专利名称：流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于流动介质的流量计，它按照科氏原理工作，有最好柱状的尤其是圆柱形的外壳；有至少一根设在外壳内部并在其两端与外壳连接的最好基本上是直的科氏测量管；有一个最好柱状的尤其是圆柱形的装在科氏测量管上的桥；有至少一个作用在科氏测量管上的振动发生器；以及有至少一个检测科氏力和/或以科氏力为基础的科氏振动的测量值传感器，其中，桥相对于在科氏测量管与外壳连接的端部之间的科氏管中点对称设置并设计为对称的；以及，振动发生器和测量值传感器在科氏测量管和桥之间起作用。
按科氏原理工作的流动介质的流量计已知有各种方案(例如参见德国专利DE4124295和德国专利公告DE4143361以及分别在那里的第1栏20至27行列举的小册子，德国专利DE4224397和在那里的第一栏23至30行列举的小册子以及德国专利DE19601342)，并在实际工作中得到越来越广泛的应用。
按科氏原理工作的流动介质流量计的基本区别在于，有一类其科氏测量管基本上设计为直的，通常设计为准确地直的，另一类其科氏测量管设计为环形的。此外，在所谈论的流量计中的区别在于，有一类只有一根科氏测量管，另一类有两根科氏测量管。在有两根科氏测量管的方案中，在流动技术方面它们可以互相串列或彼此平行。
上述一根或多根科氏测量管设计为直的类型的流量计，机械结构简单并因而可以比较低成本地制成。在这种情况下，一根或多根科氏测量管的内表面可以良好地加工，例如可以抛光。此外它们的压力损失也比较小。按科氏原理工作以及其一根或多根科氏测量管设计为直的流量计中可能存在这样的缺点，即，由热引起的膨胀或热引起的应力以及从外部作用的力和力矩，都可能导致测量误差和机械损伤，亦即应力裂纹。
专业界已经针对上面提出的具有直的科氏测量管的流量计中存在的问题进行研究(尤其可参见德国专利DE4124295、德国专利公告DE4143361和德国专利DE4224379)。其中这样一来基本上解决这些问题，即，一方面将科氏测量管与桥按一种沿轴向不可能相对运动的方式互相连接，所以科氏测量管/桥连接点的轴向距离便意味着科氏测量管的振动长度；另一方面将科氏测量管具有拉伸预应力地装在桥的内部(德国专利DE4124259)和/或科氏测量管与桥用相同的或几乎相同的热膨胀系数的材料制造(德国专利公告DE4143361)和/或设置一个检测科氏测量管振动长度改变的长度改变传感器，用于根据振动长度和应力修正测量值(德国专利DE4224379)。总之，成功地提供了具有直的科氏测量管按科氏原理工作的流量计，它的测量误差只有约0.1％(参见KROHNE测量技术有限公司的说明书“Zulassung des Corimass G-Geraetes zum eichpflichtigen Verkehr”)。
按科氏原理工作的只有一根直的科氏测量管的流量计，与具有两根直的科氏测量管或具有一根环形科氏测量管的流量计相比，有显著的优点。与具有两根直的科氏测量管的流量计相比的优点主要在于，不再需要在具有两根科氏测量管时所要求的流动分配器和流动聚合器。与具有一根环形科氏测量管或具有两根环形科氏测量管的流量计相比的优点主要在于，直的科氏测量管的制造可以比环形的科氏测量管简单；直的科氏测量管的压力降比环形的科氏测量管的低；以及，直的科氏测量管比环形科氏测量管能更便于清洗。
但按科氏原理工作和有一根直的科氏测量管的流量计在物理和机械方面存在固有的缺点(参见欧洲专利公告EP0521439)按科氏原理工作的流量计要求一根或多根科氏测量管借助于至少一个振动发生器处于振动之中；由于一根或多根科氏测量管振动以及由于介质通过一根或多根科氏测量管流动，从而引起科氏力或科氏振动。
在具有两根直的科氏测量管或具有一根或两根环形科氏测量管的流量计中，科氏测量管或环形科氏测量管的有效振动部分设计成一致的，并通常这样配置和均匀激振，即，使它们彼此相对振动。这样做带来的好的效果是使此振动系统总体上对外不起振动系统的作用。质量中心的位置保持不变，产生的力被补偿。其结果是在装有这种流量计的管路系统中没有被引入振动，以及，管路系统的振动也不影响测量结果。
在按科氏原理工作的只有一根直的科氏测量管的流量计中，当然没有由彼此相对振动的科氏测量管带来的上述好的效果。质量中心不是保持不变的，产生的力也没有得到补偿。其结果是，一方面将振动传递给了其中装有这种流量计的管道系统中，另一方面管道系统的振动也可能影响测量结果。
为了克服上述按科氏原理工作的只有一根直的科氏测量管的流量计固有的缺点，往往将其中装有这种流量计的管路系统附加地夹紧。其中，将流动介质引向流量计的管和流动介质从流量计导出的管通常相隔一定距离地夹紧，这一距离等于10至15倍管路直径。
考虑到上述按科氏原理工作并只有一根直的科氏测量管固有的问题，已经建议在夹紧科氏测量管的地方设所谓的反谐振器，它应当有规定带宽的至少调谐为科氏测量管一种固有振动的谐振谱(参见欧洲专利公告EP0521439)。但是业已证明，总体上讲采取这一措施后对于本来已经非常准确地工作的流量计并没有带来改善。
引言中已阐明，设在科氏测量管上的桥属于本发明所涉及的这种流量计。在先有技术中此桥也采用其它的名称，亦即“补偿柱”(在德国专利DE4124295中和在德国专利公告DE4143361中)或“支承管”(在德国专利DE4224379中)。在这里称之为桥的，在其它地方称为“补偿柱”或“支承管”。因此采用普通的术语桥，因为这一构件并不一定必须涉及一个柱体或一根管。重要之处仅仅是科氏测量管与桥的下述配合作用，即，科氏测量管/桥的连接点轴向距离规定了科氏测量管的工作必需的激振区，以及桥相对于科氏测量管在科氏测量管与外壳连接的端部之间的中点，对称的配置和对称的设计。
引言还阐明，属于本发明涉及的流量计的至少有一个作用在科氏测量管上的振动发生器和至少一个检测科氏力和/或以科氏力为基础的科氏振动的测量值传感器，以及，振动发生器和测量值传感器“在科氏测量管与桥之间是有效的”。因此可见，科氏测量管相对于桥被激振，以及，在科氏测量管与桥之间产生的科氏力或科氏振动被测量值传感器通常被两个测量值传感器所检测。
本发明的目的是改进已知的、按科氏原理工作的本发明所涉及的流量计中有关已详细阐明的由于此流量计只有一根直的科氏测量管引起的问题。
在达到前面详细引出并描述的目的的按本发明的流量计中，主要和基本的特征在于，桥设有一个相对于中点基本上对称设置并设计为对称的平衡系统。此平衡系统本身最好是一种能振动的系统，它由配重和平衡弹簧组成。特别有利的是按本发明的设计如前言所述是与一种具有一根设计为直的测量管的流量计相结合。除此以外，按本发明谋求的通过设置平衡系统的隔振，也可有利地结合一根弯曲的测量管或多根直的或弯曲的测量管使用，在没有设置平衡系统时它们的质量中心不是静止的。
采用本发明的规定应能达到，在按本发明的流量计中尽管只有一根科氏测量管，这一振动系统总体上对外几乎没有或完全没有起这种振动系统的作用。因此可以谋求将此平衡系统设计为，使桥的振幅很小，最好趋近于零。专家们可以根据经验适当地设计此平衡系统。但也可以(或在按经验设计时)考虑采用下列按一次近似的公式X1K1F0=[1-(WW22)2][1+K2K1-(WW11)2][1-(WW22)2]-K2K1]]>式中X1＝桥的振幅；K1＝桥的刚度；K2＝平衡系统的刚度；W＝科氏测量管的固有频率；W11＝桥的固有频率；W22＝平衡系统的固有频率；F0＝激振科氏测量管的力。
上面所列举的参数最好总体上这样使用，即，使平衡系统沿着与科氏测量管振动方向平行的振动方向的固有频率等于科氏测量管的固有频率。但也可以选择平衡系统的固有频率，使之等于科氏测量管固有频率的X倍或1/X倍，其中X为整数。
通过将设计为对称的平衡系统布置成涉及科氏测量管与外壳连接的端部之间的科氏测量管中点对称，保证平衡系统在桥中只引入最小程度的绕科氏测量管此中点的扭转振动。抑制这种耦合是特别重要的，因为绕中点的这种桥的振动，在科氏模式中强烈地耦合在科氏测量管反对称的振动上。因此上述耦合比较强烈和对测量精度有比较大的影响，因为绕科氏测量管中点的振动同样是反对称的，如同在科氏模式中在按基本振动激励的科氏测量管中的振动那样。
除了将平衡系统布置成基本上在科氏测量管与外壳连接的端部之间的科氏测量管的中点外，还可采取措施进一步减小桥绕此中点振动的倾向，即，使平衡系统沿着与科氏测量管振动方向垂直的振动方向，尤其是沿科氏测量管的端部与外壳连接点之间连线方向的固有频率，等于一个与科氏测量管的固有频率及其整数倍或整数的倒数有显著区别的频率。采取这样的措施保证平衡系统不会被激励而垂直于科氏测量管振动方向作振动，这种振动仍会导致桥绕此中点的振动；以及保证万一存在平衡系统沿垂直于科氏测量管振动方向的振动，也不可能耦合到科氏模式中的振动上去，所以其结果是显著提高了测量精度。
按本发明的流量计进一步通过使平衡系统沿科氏测量管/外壳之间的连接点之间的连线的调整而获得了一种用于提高测量精度的补充措施。借助于这种调整，保证平衡系统可始终布置在科氏测量管与桥这一整体的质量重心中。这种调整是必要的，因为科氏测量管与外壳这一整体的质量中心，由于加工误差引起它并不是始终位于科氏测量管与外壳连接的端部之间的科氏测量管的中点处。适当地调整到准确地在质量中心上，再一次地减少了将绕质量中心的扭转振动耦合到科氏测量管振动上去的可能性。
现在给出按本发明设计的流量计及其改进的多种可能性。为此，参阅附图对最佳实施例进行说明。在附图中表示
图1按本发明流量计第一种实施例的纵剖面，图中没有表示振动发生器和测量值传感器；图2按本发明流量计第二种实施例的与图1相应的纵剖面；图3按本发明流量计第三种实施例的与图1相应的纵剖面；图4沿线IV-IV通过按本发明流量计在图3中所示实施例的横截面；图5按本发明流量计另一种没有表示的实施例的与图4相应的横截面；图6与图1至5相比放大表示属于按本发明流量计的桥的一部分和专门设计的平衡系统第一种实施例；图7与图1至5相比放大表示属于按本发明流量计的桥的一部分和专门设计的平衡系统第二种实施例；图8与图1至5相比放大表示属于按本发明流量计的桥的一部分和专门设计的平衡系统第三种实施例；以及图9在图8中表示的专门设计的平衡系统第三种实施例俯视图。
按本发明用于流动介质的流量计涉及的是按科氏原理工作的流量计。属于按本发明的流量计的，有一个在图示实施例中为圆柱形的外壳1，装在外壳1内部的并通过其两端与外壳1连接的直的科氏测量管2，一个在图示实施例中为圆柱形的装在科氏测量管2上的桥3，以及，在图中没有表示的至少一个作用在科氏测量管2上的振动发生器和至少一个检测科氏力和/或以科氏力为基础的科氏振动的测量值传感器。
如图1至3所示，科氏测量管2与桥3按沿轴向不可能相对运动的方式互相连接；科氏测量管2/桥3连接点的轴向距离，在这里意味着科氏测量管2的振动长度。桥3相对于涉及科氏测量管与外壳连接的端部的科氏测量管的中点对称设置并设计为对称的。
图中未表示的振动发生器和一个或多个图中未表示的测量值传感器，在科氏测量管2与桥3之间起作用。德国专利DE4124295和德国专利公告DE4143361以及德国专利DE4224379的图1、2、3和5，表示了在这里的图中没有表示的振动发生器和测量值传感器可能的具体配置。
在所讨论的按本发明的流量计中，桥3设有一个相对于科氏测量管的中点对称布置和设计为对称的平衡系统4。平衡系统4是一个能振动的系统，亦即由配重5和平衡弹簧6组成，并设计为使桥3的振幅很小，最好趋近于零。
在按图1和2的实施例中，只在桥3的一侧设平衡系统4。图1表示所涉及的平衡系统4，其平衡弹簧6设计为板簧。其中，设计为板簧的平衡弹簧6通过定距块7与桥3连接；配重5装在平衡弹簧6上。在按图2的实施例中，与之不同，平衡弹簧6设计为螺旋弹簧。
在按图1和2的实施例中，平衡系统4设在桥3的一侧，而按图3至5的实施例则平衡系统4的配重5同心地围绕着设计为圆柱形的桥3。在这种情况下，按图3和4的实施例，同心地围绕着桥3的配重5通过两个设计为板簧的平衡弹簧6与桥3连接，而按图5的实施例，则在同心地围绕着桥3的配重5与桥3之间设有两个设计为螺旋弹簧的平衡弹簧6。因为科氏测量管2的振动通常只发生在一个平面内，所以将围绕着桥3的配重设计为略有偏心可能是有利的。
图6进一步表示了属于按本发明的流量计的平衡系统4的一种特殊的设计。其中，平衡系统4由两个分系统4a、4b组成。在这种情况下，配重5由两个单个质量5a、5b组成，平衡弹簧6由两个单个弹簧6a、6b组成，各有一个单个质量5a或5b设在一个单个弹簧6a或6b上。平衡系统4的这两个分系统4a、4b彼此相隔一个距离地布置。
图7表示了属于按本发明的流量计的平衡系统4的另一种与图6所示设计不同的可供选择的设计。在此专门设计的平衡系统的第二种实施例中，平衡弹簧6设计为整体式的，它通过定距块7与桥3连接，在平衡弹簧6的与定距块7背对的两端，各设有一个单个质量5a和5b。
在图6和7所示的专门设计的平衡系统4的实施例中，可以这样改变平衡系统4的固有频率并与科氏测量管的固有频率相匹配，即，单个质量5a和5b可沿所属的弹簧6、6a、6b移动。这是特别有利的，因为由于制造引起的误差会使两个相同流量计的科氏测量管通常具有不同的固有频率。
在图8和9所示的专门设计的平衡系统4的第三种实施例中，有一个板簧6，一个中央配重5和多个用于将板簧6固定在桥3上的定距块7。如由图8和9可见，配重5和相应的平衡弹簧6有一个中心孔，孔中插入一个磁体8。此磁体8的作用是阻尼平衡系统4的振动，前提条件是配重5和/或板簧6用导电材料制造。这种阻尼促使改变平衡系统4的固有频率。若磁体8设计为永久磁铁，则此阻尼并因而固有频率的变动是常数。例如可以用来补偿在科氏测量管2固有频率中因加工引起的误差。与设计为永久磁铁不同的另一种可供选择的方案是，磁体8也可以设计为电磁铁。对于这种设计给予了这种可能性，即，平衡系统4的阻尼可以在流量计工作过程中改变，并因而与此同时可以改变平衡系统4的固有频率，以及可以与科氏测量管2的固有频率相匹配，科氏测量管2的固有频率在流量计工作期间例如取决于流动介质的密度和温度的不断变化。
权利要求
1.流动介质的流量计，它按照科氏原理工作，有最好柱状的尤其是圆柱形的外壳；有至少一根设在外壳内部并在其两端与外壳连接的最好基本上是直的科氏测量管；有一个最好柱状的尤其是圆柱形的装在科氏测量管上的桥；有至少一个作用在科氏测量管上的振动发生器；以及有至少一个检测科氏力和/或以科氏力为基础的科氏振动的测量值传感器，其中，桥相对于在科氏测量管与外壳连接的端部之间的科氏测量管中点对称设置并设计为对称的；以及，振动发生器和测量值传感器在科氏测量管和桥之间起作用，其特征为桥(3)设有一个相对于中点基本上对称设置和设计为对称的平衡系统(4)。
2.按照权利要求1所述的流量计，其特征为平衡系统(4)是一个能振动的系统，它由配重(5)和平衡弹簧(6)组成。
3.按照权利要求2所述的流量计，其特征为平衡系统(4)设计为使桥(3)的振幅很小，最好趋近于零。
4.按照权利要求2或3所述的流量计，其特征为平衡系统(4)沿着与科氏测量管(2)振动方向平行的振动方向的固有频率与科氏测量管(2)的固有频率一致。
5.按照权利要求2或3所述的流量计，其特征为平衡系统(4)沿着与科氏测量管(2)振动方向平行的振动方向的固有频率，等于科氏测量管(2)固有频率的X倍或1/X倍(X为整数)。
6.按照权利要求1至5之一所述的流量计，其特征为平衡系统沿着与科氏测量管(2)振动方向垂直的振动方向的固有频率，等于一个与科氏测量管X倍固有的频率或1/X倍固有频率有显著区别的频率(X为整数)。
7.按照权利要求1至6之一所述的流量计，其特征为平衡系统(4)可沿科氏测量管(2)和外壳(1)之间连接点之间的连接线调整。
8.按照权利要求1至7之一所述的流量计，其特征为平衡系统(4)设在桥(3)的一侧。
9.按照权利要求2至8之一所述的流量计，其特征为平衡系统(4)的平衡弹簧(6)设计为板簧。
10.按照权利要求9所述的流量计，其特征为设计为板簧的平衡弹簧(6)通过定距块(7)和桥(3)连接；在平衡弹簧(6)上至少设有一个配重(5)。
11.按照权利要求10所述的流量计，其特征为配重(5)设置为可沿平衡弹簧(6)移动。
12.按照权利要求1至8之一所述的流量计，其特征为平衡弹簧(6)设计为螺旋弹簧。
13.按照权利要求1至7之一所述的流量计，其特征为平衡系统(4)的配重(5)同心地围绕着桥(3)。
14.按照权利要求13所述的流量计，其特征为同心地围绕着桥(3)的配重(5)通过至少一个设计为板簧的平衡弹簧(6)桥(3)连接。
15.按照权利要求13所述的流量计，其特征为同心地围绕着桥(3)的配重(5)通过至少一个设计为螺旋弹簧的平衡弹簧(6)与桥(3)连接。
16.按照权利要求11、13或14之一所述的流量计，其特征为平衡系统(4)由两个分系统(4a、4b)组成，也就是说，配重(5)由两个单个质量(5a、5b)组成，平衡弹簧(6)由两个单个弹簧(6a、6b)组成，以及，分别将一个单个质量(5a或5b)设在一个单个弹簧(6a或6b)上。
17.按照权利要求16所述的流量计，其特征为平衡系统(4)的两个分系统(4a、4b)互相有一个间距地布置。
18.按照权利要求11、13或14之一所述的流量计，其特征为平衡系统(4)有两个平衡弹簧(6)和两个固定在此平衡弹簧(6)上的单个质量(5a、5b)。
19.按照权利要求2至18之一所述的流量计，其特征为在测量电桥(3)上设有一个与配重(5)和/或平衡弹簧(6)相互作用的磁体(8)。
20.按照权利要求19所述的流量计，其特征为磁体(8)设计为永久磁铁或最好为电磁铁。
全文摘要
图示和说明了一种流动介质的流量计,它按照科氏原理工作,有最好柱状的尤其是圆柱形的外壳(1);有至少一根设在外壳(1)内部并在其两端与外壳(1)连接的最好基本上是直的科氏测量管(2);有一个最好柱状的尤其是圆柱形的装在科氏测量管(2)上的桥(3);有至少一个作用在科氏测量管(2)上的振动发生器;以及有一个检测科氏力和/或以科氏力为基础的科氏振动的测量值传感器,其中,桥(3)相对于科氏测量管(2)的中点在科氏测量管(2)与外壳(1)连接的端部,对称设置并设计为对称的;以及,振动发生器和测量值传感器在科氏测量管(2)和桥(3)之间起作用。按本发明,桥(3)设有一个相对于中点基本上对称设置和设计为对称的平衡系统(4)。
文档编号G01F1/84GK1182477SQ97190209
公开日1998年5月20日 申请日期1997年3月17日 优先权日1996年3月17日
发明者R·范德波尔, A·Y·候赛因, C·N·罗尔夫 申请人:克洛纳有限公司