专利名称：具有由支柱支撑的涡旋振荡传感器板的涡旋流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及流量计，并且具体地涉及根据测量在移动流体中形成的卡门(karman) 涡街(vortex street)中的涡旋的频率或周期的原理工作的流量计。
发明内容
涡旋流量计包括包含隔膜的组件。隔膜密封该组件的基部端以形成隔离室。所述组件适于密封流动通道的侧壁中的开口。支撑支柱从组件突出到流动通道中。在一种结构中，涡旋振荡传感器板具有支撑在隔膜上的第一边缘。涡旋振荡传感器板具有未被支撑的相对的第二边缘。涡旋振荡传感器板具有上游边缘和下游边缘。上游边缘和下游边缘被支撑支柱支撑。可旋转支柱沿涡旋振荡传感器板的中心区域延伸。可旋转支柱延伸通过隔膜。 可旋转支柱将涡旋振荡传递给在隔离室内的感测位置处的传感器。电子发射器电路接收传感器输出并提供与流体的流动有关的输出。
图1显示涡旋流量计的侧视截面图；图2显示图1的涡旋流量计的端视图；图3显示感测涡旋的设备的侧视截面图；图4显示沿图3中的线4-4截得的前视横截面图；图5显示图3-4中所示的设备的仰视图；图6显示图3-5中所示的设备的斜视图；图7A、7B、7C示出了制造设备的过程步骤。
具体实施例方式在如下所述的实施例中，感测涡旋的设备定位于涡旋流量计中的涡旋脱落杆的下游。该设备包括感测涡旋的涡旋振荡传感器板。涡旋振荡传感器板具有由上游支撑支柱和下游支撑支柱支撑的上游边缘和下游边缘。涡旋振荡传感器的上边缘支撑在隔膜上。涡旋振荡传感器板的下边缘未被支撑并且响应于涡旋而自由移动。可旋转支柱连接到涡旋振荡传感器板并且穿过隔膜进入到隔膜后面的隔离室。可旋转支柱延伸到隔离室中并将涡流振荡传递给隔离室中的适当位置。隔离室中的传感器感测涡流振荡。传感器连接到提供表示涡旋振荡频率的电输出的发射器电路。涡旋振荡频率表征通过涡旋流量计的流体流动速度。支撑支柱的使用允许涡旋振荡传感器板薄且具有低的质量。支撑支柱的使用增加涡旋振荡传感器板的刚度。减少的质量和增加的刚度增加了感测的固有共振频率，从而产生较宽的感测频率范围并提高了信噪比。支撑支柱限制涡旋振荡传感器板的上游边缘和下游边缘的不期望的振颤。图1显示涡旋流量计100的侧视截面图。涡旋流量计100包括流动管102，所述流动管用于携载通过流动管102的流体的流体流104。流动管102包括圆形圆筒侧壁103。 流体流104可以包括液体或气体。管法兰106、108连接到流动管102。管法兰106、108包括用于利用螺栓(未示出)安装到流体管道系统的诸如螺栓孔110、112的螺栓孔。管法兰 106,108包括用于对流体管道系统的对接法兰进行密封的密封面114、116。涡旋流量计100包括在流动管102内的涡旋脱落杆118。涡旋脱落杆118包括非流线体形状。涡旋脱落杆118在上游位置120处连接到流动管102。当流体流104流动通过脱落杆118时，在流体流104中产生涡旋。该涡旋称为冯卡门涡街。当流体流104通过下游位置122时存在该涡旋。下游位置122定位于上游位置120的下游。流动管102包括在侧壁103中的开口 124。涡旋流量计100包括穿过开口 IM的设备126。该设备1 密封开口 124，使得流动管102中的流体不会通过开口 IM泄漏。该设备126延伸到流体流104中并感测下游位置122处的涡旋。该设备1 感测流体流104 中的涡旋并将涡旋的机械运动传递给在流体流104外部的位置128。该设备1 不是脱落杆118的一部分。该设备1 在下游与涡旋脱落杆118间隔开一距离。以下结合图3-7更详细地说明该设备126。涡旋流量计100包括发射器140。发射器140包括电子发射器电路142。发射器 140包括机械传感器144，所述机械传感器感测位置1 处的机械运动并提供表征该机械运动的电传感器信号。机械传感器144通过导线146连接以将电传感器信号提供给电子发射器电路142。电子发射器电路142将电传感器信号转换成提供给输出导线148的标准化传输信号。电子发射器电路142根据感测到的冯卡门涡街的振荡提供与通过流动管102的流体流104有关的输出。机械传感器144感测在感测位置128处的涡旋振荡并在导线146 上提供传感器输出。电子发射器电路142从机械传感器144接收传感器输出并在输出导线 148上输出标准化传输信号。根据一个实施例，标准化传输信号包括4-20毫安的双线发射器输出信号。根据另一个实施例，4-20mA的信号为电子发射器电路142和机械传感器144 提供所有通电。根据其它实施例，输出导线148上的标准化传输信号148包括CAN、HART、 PR0FIBUS或其它公知的标准工业通信信号。导线148可以包括两线过程控制回路，其中相同的两根线给装置提供动力并传送数据。在一个结构中，通信回路是其中例如使用射频 (RF)通信无线传输数据的无线过程控制回路。图2示出了图1的涡旋流量计的端视图。图2中使用的附图标记与图1中使用的附图标记相同。如图2所示，设备126的在流动管102内的一部分在涡旋脱落杆118的后面沿下游方向对齐。如下文结合图3-6更详细地描述的那样，图1-2中的设备1 包括涡旋振荡传感器板、支撑支柱和可旋转支柱，所述可旋转支柱将机械运动传递给机械传感器 144。图3显示了设备200(与图1-2中所示的设备1 相对应)的侧视横截面图。设备200包括组件202。组件202包括隔膜204，所述隔膜密封组件202的基部端206以在组件202中形成隔离室208。组件202密封流动通道214的侧壁212(与图1中的侧壁103相对应)中的开口 210(与图1中的开口 IM相对应)。根据一个实施例，一个或多个0形环 211被压缩在组件202与侧壁212之间以提高密封。根据一个方面，隔膜204包括用于密封侧壁212中的开口 210以在下游位置122处形成隔离区208的隔膜装置。设备200包括上游支撑支柱216和下游支撑支柱218。支撑支柱216、218从组件
5202突出到流动通道214中。根据一个实施例，支撑支柱216、218包括拐角角撑板217、219， 所述拐角角撑板为支撑支柱216、218提供另外的支撑。设备200包括涡旋振荡传感器板220，所述涡旋振荡传感器板具有支撑在隔膜204 上的第一边缘222。涡旋振荡传感器板220具有与第一边缘相对的未被支撑的第二边缘 224。涡旋振荡传感器板220具有上游边缘2 和下游边缘228，所述上游边缘和所述下游边缘被支撑支柱216、218支撑。根据一个实施例，支撑支柱216、218限制上游边缘2 和下游边缘228由于通过传感器板220的涡旋而造成的振颤。设备200包括可旋转支柱230。可旋转支柱230沿涡旋振荡传感器板220的中间部分延伸。可旋转支柱230延伸通过隔膜204。可旋转支柱230将涡旋振荡传递给在隔离室208内的感测位置232。根据一个方面，可旋转支柱230包括用于将涡旋振荡238从涡旋振荡传感器板220传递到隔离室208中的感测位置232处的传感器242的可旋转支柱状装置。可旋转支柱230联接到位置232处的传感器M2。传感器242可以是常规设计并且可以包括电容传感器、磁性传感器、光学传感器、压电传感器、或用于感测机械振荡或机械振荡频率的其它传感器。传感器242感测可旋转支柱230的旋转振荡。传感器242安装到组件202。根据一个实施例，传感器242感测可旋转支柱230的运动。根据另一个实施例，传感器242感测由可旋转支柱230施加在传感器242上的力。根据又一个实施例，传感器242不会限制可旋转支柱230的运动。根据又一个实施例，传感器242限制可旋转支柱 230的运动。图4显示图3中所述的设备200的前视横截面图(沿图3的线4_4截得的截面图)。根据一个实施例，可旋转支柱230绕旋靠近隔膜204的转轴线234通过惯性被平衡。 惯性平衡具有如下优点该设备对平移振动噪声的灵敏度降低。根据另一个实施例，任选的粘性材料主体236被定位成与隔离室208中的可旋转支柱230接触。粘性材料主体236使可旋转支柱230的旋转运动衰减。根据另一个实施例， 可旋转支柱230的旋转运动238的振荡具有至少为0. 4的阻尼比(zeta)。粘性阻尼几乎对固有共振频率没有影响，但是限制振颤。根据另一个实施例，可旋转支柱230的旋转运动 238的振荡具有比将被感测的涡旋振荡的频率上限高至少20%的受控固有共振频率。将被感测的频率上限大致与流动流体的特征相对应，尤其是不管流动流体是气体或液体。涡旋振荡的频率是流动流体的速度的已知函数。涡旋振荡频率与流体速度之间的关系以经验的方式通过对流量计的校准测试来确定。根据一个实施例，隔膜204的边缘处的半径(例如，半径223)对刚度具有影响，并且所述半径的尺寸被形成为控制隔膜204的刚度。根据另一个实施例，半径(例如，半径 223)还会影响灵敏度，并且所述半径的尺寸被形成为控制灵敏度。图5显示图3-4中所示的设备200在安装在侧壁212中时的仰视图。图5显示涡旋振荡传感器板220的厚度Tft。图5显示支撑支柱216、218在设备200的下端处的最小厚度T$tt。根据一个实施例，涡旋振荡传感器板220具有比支撑支柱216、218的控制最小厚度T^i的30%小的控制厚度Tft。使用支撑支柱216、218允许涡旋振荡传感器板220较薄，从而在振荡期间产生低移动质量。支撑支柱216、218支撑涡旋振荡传感器板220的上游边缘2 和下游边缘228，
6使得涡旋振荡传感器板220是刚性的。最终的系统由于低移动质量和高刚度而使得被控制的固有共振频率增加。固有共振频率取决于系统质量和系统刚度。通过在支撑支柱226、 228与可旋转支柱230的下端之间的沟槽中使用薄涡旋振荡板可降低系统质量。图6显示图3中所示的设备200的斜视图。根据一个实施例，支撑支柱216、218 包括V形横截面Mo。如图6中最清楚地所示，设备200包括被形成为容纳0形圈211的0 形圈沟槽213。设备200包括矩形安装法兰250，所述矩形安装法兰包括诸如孔252、254、 256的安装孔，所述安装孔的尺寸被形成为容纳用于将设备200安装到流动管的螺栓。设备 200在现场工作环境中可通过移除螺栓而被更换。图7A、7B、7C示出了制造设备300(与图1-2中所示的设备1 相对应)的过程步骤。在图7A所示的第一过程步骤中，除了涡旋振荡传感器板320之外，设备300被完全形成。涡旋振荡传感器板320在图7A所示的步骤中不存在。图7A中的设备包括被切割到支撑支柱316、318中并被切割到可旋转支柱330中的狭槽350。在图7B所示的第二过程步骤中，金属板360如图所示插入狭槽350中。金属板 360通过张力被拉伸，使得金属板受到由箭头362、364所示的张力。当金属板360被拉伸并受拉时，金属板360在两侧上被连续焊接或铜焊到316、318和可旋转支柱330。在焊接或铜焊完成之后，移除张力。在图7B所示的第三步骤中，金属板360的废弃部分被扔掉，从而留下金属板360 的中心部分作为涡旋振荡传感器板320。涡旋振荡传感器板320包括当该涡旋振荡传感器板未被涡旋偏转时处于中心静止位置的储存的张应力366、368。储存的张应力增加涡旋振荡传感器板320的刚度。虽然已经参考优选实施例说明了本公开，但是本领域的技术人员将认识到在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可以在形式和细节上作出改变。例如，代替法兰式流动管，涡旋流量计可以包括无法兰式流动管。在另一个示例中，传感器242可以被构造成为组件202的组成部分。在又一个示例中，组件202的外部可以具有螺纹并且拧到具有螺纹的开口 210中，从而消除对螺栓的需要。
权利要求
1.一种涡旋流量计，包括导管，所述导管具有绕流动通道的侧壁，所述流动通道适于沿下游方向输送流体流； 涡旋脱落杆，所述涡旋脱落杆在上游位置处安装在所述流动通道中并在所述流体流中产生涡旋振荡；隔膜，所述隔膜密封所述侧壁中的开口以在下游位置处形成隔离区； 涡旋振荡传感器板，所述涡旋振荡传感器板具有支撑在所述隔膜上的第一边缘、未被支撑的相对的第二边缘、以及被支撑的上游边缘和下游边缘；可旋转支柱，所述可旋转支柱沿着所述涡旋振荡传感器板的中心区域延伸并延伸通过所述隔膜以将涡旋振荡从所述涡旋振荡传感器板传递给在所述隔离室中的感测位置处的传感器；和电子发射器电路，所述电子发射器电路从所述传感器接收传感器输出并提供与所述流体的流动有关的输出。
2.根据权利要求1所述的涡旋流量计，还包括与所述隔离室中的可旋转支柱接触的粘性材料，所述粘性材料使所述可旋转支柱的旋转运动衰减。
3.根据权利要求1所述的涡旋流量计，其中，所述涡旋振荡传感器板具有小于所述支撑支柱的最小厚度的30%的厚度。
4.根据权利要求1所述的涡旋流量计，还包括支撑支柱，所述支撑支柱限制所述上游边缘和所述下游边缘的振颤。
5.根据权利要求4所述的涡旋流量计，其中，所述支撑支柱包括V形横截面。
6.根据权利要求1所述的涡旋流量计，其中，所述可旋转支柱绕靠近所述隔膜的旋转轴线通过惯性被平衡。
7.根据权利要求1所述的涡旋流量计，其中，所述可旋转支柱的旋转运动的振荡的阻尼系数至少为0.4。
8.根据权利要求1所述的涡旋流量计，其中，所述涡旋振荡传感器板包括在中心静止位置中被储存的张应力。
9.根据权利要求1所述的涡旋流量计，其中，所述可旋转支柱的旋转运动的振荡具有比涡旋振荡的频率上限高至少20%的固有共振频率。
10.一种方法，包括以下步骤 提供绕流动通道的管侧壁；在上游位置处将涡旋脱落杆安装在所述流动通道中； 利用隔膜密封所述管侧壁中的开口以在下游位置处形成隔离区； 将涡旋振荡传感器板的第一边缘支撑在所述隔膜上； 提供所述振荡传感器板的未被支撑的相对的第二边缘； 提供所述振荡传感器板的被支撑的上游边缘和下游边缘；使可旋转支柱沿着所述涡旋振荡传感器板的中心区域延伸并延伸通过所述隔膜以将涡旋振荡从所述涡旋振荡传感器板传递给在所述隔离室中的感测位置处的传感器，并感测所述可旋转支柱由于通过所述流动通道的过程流体的流动而产生的振荡；以及提供电子发射器电路，所述电子发射器电路根据感测到的所述振荡接收测量所述流体的流动的传感器输出。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤将粘性材料放置成与所述隔离室中的所述可旋转支柱接触。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤将所述涡旋振荡传感器板的厚度控制到小于所述支撑支柱的最小厚度的30%。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤绕邻近所述隔膜的旋转轴线通过惯性平衡所述可旋转支柱。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤 在中心静止位置处将张应力储存在所述涡旋振荡传感器板中。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤控制所述可旋转支柱的旋转运动的振荡的固有共振频率以具有比涡旋振荡的频率上限至少高20%的固有共振频率。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤 使所述支撑支柱形成为具有V形横截面。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤 提供包括双线过程控制回路的标准化传输信号。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤 提供包括无线信号的标准化传输信号。
19.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤提供选自CAN、HART、和PR0FIBUS工业通信信号的组的标准化传输信号。
20.一种涡旋流量计，包括具有绕流动通道的侧壁的导管，所述流动通道适于沿下游方向传送流体流； 涡旋脱落杆，所述涡旋脱落杆在上游位置处安装在所述流动通道中并在所述流体流中产生涡旋振荡；隔膜装置，所述隔膜装置用于密封在所述侧壁中的开口以在下游位置处形成隔离区； 涡旋振荡传感器板，所述涡旋振荡传感器板具有支撑在所述隔膜上的第一边缘、未被支撑的相对的第二边缘、以及被支撑的上游边缘和下游边缘；可旋转支柱装置，所述可旋转支柱装置用于将涡旋振荡从所述涡旋振荡传感器板传递给所述隔离室中的感测位置处的传感器；和电子发射器电路，所述电子发射器电路从所述传感器接收传感器输出并且输出标准化传输信号。
全文摘要
在涡旋流量计(100)中，传感器板(220)定位于涡旋脱落杆(118)的下游。传感器板具有在流量计侧壁中支撑在隔膜(204)上的第一边缘(222)、和未被支撑的相对的第二边缘。传感器板的上游边缘(226)和下游边缘(228)被支撑。可旋转支柱(230)沿传感器板的中心部分延伸并延伸通过隔膜以将涡旋振荡传递给感测位置处的传感器。电子发射器电路接收传感器输出并输出标准化传输信号。
文档编号G01F1/32GK102171539SQ200980124013
公开日2011年8月31日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者亚历山大·弗拉基米罗维奇·康雨克霍夫, 弗拉迪迷尔·德米特里·波格诺夫 申请人:罗斯蒙德公司