质量流量计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种质量流量计。该质量流量计包括密闭的壳体和设置在壳体内的测量组件。测量组件包括竖直设置的浮盘和用作流体流动路径的一根测量管，浮盘与壳体的内壁间隔开并且能在壳体内作阻尼运动，测量管通过两个间隔开的固定件与浮盘的固定相连。测量管的处于两个固定件之间的部分形成单个的测量段，在测量段设置有振动式激励器和检测器。根据本发明的质量流量计仅具有一根测量管，从而确保了质量流量计的高精度。
【专利说明】
质量流量计
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种计量装置，特别涉及一种质量流量计。
【背景技术】
[0002]在石油化工、天然气、医药、食品等多种领域中，都需要精确计量或控制流体的流量，在这种情况下必须要使用流量计。最常用的流量计是科氏质量流量计，这是由于科氏质量流量计具有精度高、可靠性好和稳定性好等多种优点。
[0003]在现有技术中，常用的科氏质量流量计通常包括壳体、平行设置的两个测量管或由一个测量管扭曲成的两个两平行的测量段、流体分流器、激励器以及检测器。为了使得科氏质量流量计具有高的测量精度，必须要使该两个测量管或两个测量段完全相同，并且该两个测量管内的流体的量也要完全相同。然而，在实际情况中，难以满足上述的条件，这导致科氏质量流量计的测量精度难以控制。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提出了一种质量流量计。根据本发明的质量流量计仅具有一根测量管，从而确保了质量流量计的高精度。
[0005]根据本发明的质量流量计包括密闭的壳体和设置在壳体内的测量组件。测量组件包括竖直设置的浮盘和用作流体流动路径的一根测量管，浮盘与壳体的内壁间隔开并且能在壳体内作阻尼运动，测量管通过两个间隔开的固定件与浮盘固定相连。测量管的处于两个固定件之间的部分形成单个的测量段，在测量段设置有振动式激励器和检测器。
[0006]根据本发明的质量流量计只有一根测量管和单个的测量段，这彻底消除了由两根测量管或两个测量段导致的所有测量误差，由此大幅提高了质量流量计的测试精度。由于浮盘不与壳体接触并且做阻尼运动，这使得外界环境的振动变化几乎不会影响到浮盘和浮盘上的测量管的振动状态，即几乎完全避免了外界环境对测量精度的不利影响，这使得质量流量计的测试精度得以进一步大幅提高。此外，由于只有一根测量管，因此也无需再设置流体分流器，这简化了质量流量计的结构并且降低了其制造成本。
[0007]在一个实施例中，浮盘通过设置在竖直面内的多个弹性件与壳体的内壁相连并被支撑在壳体的内部。弹性件不但能够吸收从外界传递到壳体内部的振动，还能够尽量减小浮盘由于测量管的振动而导致的振动，从而最大程度上保持了测量管的振动状态不被干扰或发生变化，这有助于提高质量流量计的测量精度。
[0008]在一个实施例中，设置有偶数个弹性件，并且偶数个弹性件对称式设置。当测量管振动时，浮盘将受到测量管的交变振动力，产生振动。通过对称布置的弹性元件，可以避免浮盘与壳体产生共振，即振动能量不会通过弹性件传到到壳体，同时来自外界的振动也不会通过弹性件传到到浮盘，影响测量管的振动。由此大幅提高了质量流量计的测量精度。
[0009]在一个实施例中，浮盘的质量与测量管的质量之比至少为1000:1。也就是说，浮盘的质量远大于测量管(即使其充满了被测液体)的质量，这使得浮盘的固有频率远大于测量管的固有频率。例如，浮盘的质量与测量管的质量之比至少为1000:1意味着:在相同弹性系数时，浮盘的固有频率比测量管的固有频率小31.6倍，由此几乎可以完全避免浮盘与测量管产生共振，这有助于进一步提高质量流量计的测量精度。
[0010]在一个实施例中，弹性件为弹簧。弹簧的弹性系数为k= 4±0.5kgf/mm。当弹簧的弹性系数小于3.5kgf/mm时，弹簧会发生变形导致难以稳定地支撑浮盘。而当弹簧的弹性系数大于4.5kgf/mm时，在外力作用下，弹簧难以被拉伸或压缩，这导致在浮盘和壳体之间形成了近似于刚性连接。刚性连接不能隔离外界振动，也不能防止浮盘(或测量管)的振动能量外传，从而会不利地影响质量流量计的测量精度。
[0011]在一个优选的实施例中，弹簧以预压紧的方式安装。预压紧的弹簧会从各个方向给浮盘施加力，以确保浮盘仅能在很小的范围内运动。由此，即使该质量流量计意外受到极大的碰撞时，浮盘也不会在壳体内剧烈运动，这对测量管和质量流量计起到很大的保护作用。在一个实施例中，弹簧的预压缩量可以为1-1.6_。
[0012]在一个具体的实施例中，浮盘为长方体形，弹簧的数量为4个并且分别与浮盘的四个侧壁相连。
【申请人】意外发现，如果使用数量大于4个的弹簧来支撑浮盘时，处于浮盘的同一侧壁上的至少两个弹簧由于受力情况不同而导致浮盘振动状态不稳定，这会极大地影响质量流量计的测量精度。因此，根据本发明的方案，在每个侧壁上仅设置一个弹簧会避免浮盘振动状态不稳定，进而提高了质量流量计的测量精度。
[0013]在一个实施例中，振动式激励器设置在测量段中心处，检测器的数量为两个并且设置为关于激励器对称。激励器通过闭环控制系统使测量管的测量段产生振动。当测量管内没有流体时，两个检振器检测的信号为同向信号，即信号没有相位差。当流体流过测量管时，由于存在科氏效应，两个检振器检测的信号产生了相位偏移，即产生了相位差，而这个相位差与测量管内部的流体质量流量成正比，进而实现了流体质量流量的测量。
[0014]在一个实施例中，测量段包括沿竖直方向延伸的两个延伸区和沿水平方向延伸并与两个延伸区连通的测量区。激励器处于测量区的中心，两个检振器处于测量区与延伸区的连接处。测量区与延伸区的连接处是整个测量段的拐弯处，因此检振器在该连接处能够测得最大的相位偏移，这有助于提高质量流量计的测量精度。
[0015]在一个实施例中，还可以在壳体内充入干燥的惰性气体。例如，可以为氮气、二氧化碳气体等。这些气体可防止弹性件、浮盘以及测量管被腐蚀，由此使得质量流量计能够长时间地保持稳定的性能。
[0016]在一个实施例中，测量管的在两个固定件外侧的区域形成了入口段和出口段，在入口段或出口段上设置温度传感器。基于温度传感器测得的数据，可以补偿由于液体温度变化而影响测量管的振动频率和质量流量的灵敏度。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在:(I)本发明的质量流量计只有一根测量管和单个的测量段，这彻底消除了由两根测量管和/或两个测量段导致的所有测量误差，由此大幅提高了质量流量计的测试精度。(2)浮盘的设置使得外界环境几乎不会影响到浮盘和浮盘上的测量管的振动状态，而且还避免了浮盘的振动传递到壳体以及壳体之外，这使得质量流量计的测试精度得以进一步大幅提高。(3)由于只有一根测量管，因此也无需再设置流体分流器，这简化了质量流量计的结构并且降低了其制造成本。
【附图说明】
[0018]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0019]图1示意性地显示了根据本发明第一实施例的质量流量计的结构。
[0020]图2是图1的A向视图。
[0021]图3示意性地显示了测量管。
[0022]图4示意性地显示了的浮盘。
[0023]图5示意性地显示了另一类型的测量管。
[0024]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0026]图1是根据本发明的第一实施例的质量流量计I的结构示意图。如图1所示，质量流量计I包括密闭的壳体2和设置在壳体2内的测量组件3。测量组件3包括竖直设置的浮盘4和固定安装在浮盘4上的一根测量管5，在测量管5上安装有振动式检测器61和检测器62、63。测量管5的入口段57和出口段58延伸到壳体2之外，以使得待测量的流体能够流出和流出测量管5(或质量流量计I)。应理解的是，测量管5的入口和出口穿过壳体2的位置也进行了密封。浮盘4在与壳体2的内壁间隔开并且可在壳体2内做阻尼运动。
【申请人】对浮盘4的阻尼运动解释如下:振动的浮盘4受到阻力的作用而使其运动幅度随时间逐渐衰减。这种运动方式与弹簧振子的阻尼振动非常类似。
[0027]如图1和4所示，浮盘4大体为长方体形。应特别注意的是:测量管5的测量段53应完全处于浮盘4的范围内。在一个实施例中，浮盘4的长度L要大于测量段53的有效长度30?50mm，宽度W要大于测量段53的有效宽度30?50mm，这样可以确保测量段53以及安装在其上的零件都处于浮盘4的范围内。当然，浮盘4也可以具有任何适当的其他尺寸或形状。在图1所示的实施例中，浮盘4的长度L与宽度W限定了浮盘4的安装面41;长度L或宽度W与厚度D限定了浮盘4的侧面42。测量管5则通过两个间隔开的固定件51、52固定安装在浮盘4的安装面41上。
[0028]浮盘4的质量与测量管5的质量之比至少为1000:1。这使得浮盘4的固有频率与测量管5的固有频率显著不同，几乎可以完全避免浮盘4与测量管5产生共振，这有助于进一步提高质量流量计I的测量精度。
[0029]为了实现浮盘4的阻尼运动，在图1所示的实施例中，使用了设置在竖直面内的四个弹簧11、12、13、14将浮盘4与壳体2连接在一起。例如，弹簧11连接在浮盘4的顶部侧壁421和壳体2之间，弹簧12连接在浮盘4的底部侧壁422和壳体2之间，弹簧13连接在浮盘4的侧向侧壁423和壳体2之间，弹簧14连接在浮盘4的侧向侧壁424和壳体2之间。这样，弹簧11和12仅在竖直方向上对浮盘4施加作用力，弹簧13和14在水平方向和竖直方向上对浮盘4施加作用力。在弹簧11、12、13、14的支撑作用下，浮盘4与壳体2间隔开。此外，当浮盘4振动时，这些弹簧会吸收振动，以使浮盘4作阻尼运动。使用弹簧11、12、13、14来支撑浮盘4是非常有益的，这是由于这些弹簧可以吸收来自外界环境的振动能量，以避免外界振动对测量管5的振动产生干扰。此外，这些弹簧还可以吸收浮盘4的振动能量以降低其振动幅度。这样，可以大幅提高质量流量计I的测量精度。
[0030]优选地，四个弹簧11、12、13、14呈对称式设置。这样，在浮盘4振动时，相对设置的弹簧能够对浮盘4施加同向的力，这有助于降低浮盘4的振动或使浮盘4保持稳定的振动状态，进而提高质量流量计I的测量精度。此外，当测量管5振动时，对称布置的四个弹簧11、12、13、14可以避免浮盘4与壳体2产生共振，即振动能量不会通过弹簧传到到壳体I，同时来自外界的振动也不会通过弹簧传到到浮盘4，由此大幅提高了质量流量计I的测量精度。
[0031]该四个弹簧11、12、13、14还以预压紧的的方式安装。例如，弹簧的预压缩量可以为1-1.6_。这些预压紧的弹簧从各个方向给浮盘4施加力，以确保浮盘4仅能在很小的范围内运动。由此，即使该质量流量计I意外受到极大的碰撞时，浮盘4也不会在壳体内剧烈运动，这对测量管5和质量流量计I起到很大的保护作用。
[0032]这些弹簧的弹性系数为k = 4±0.5kgf/mm。应理解的是，这些弹簧的弹性系数可以彼此不相同，例如弹簧13和14的弹性系数可以比弹簧11和12的弹性系数更大，这是由于浮盘4以及设置在其上的部件的重力会导致水平方向的弹簧13和14向下弯曲，这不利于将浮盘4的振动状态保持稳定或降低浮盘4的振动。此外，这些弹簧的弹性系数不应过大(例如大于4.5kgf/mm)，这是由于过大的弹性系数使得弹簧吸收振动的能力大幅降低，这也不利于将浮盘4的振动状态保持稳定或降低浮盘4的振动。同样，弹簧的弹性系数不应过小(例如小于3.5kgf/mm)，这是由于过小的弹性系数使得弹簧不能支撑浮盘4，而且也不利于将浮盘4的振动状态保持稳定或降低浮盘4的振动。
[0033]应理解的是，还可以使用任何其他类型的弹性件来替代上述的弹簧，例如橡胶缓冲垫等，这里不再赘述。
[0034]在图1所示的实施例中，测量管5的处于固定件51、52之间的区域形成了测量段53，而在固定件51、52以外的区域形成入口段57和出口段58。优选地，测量段53包括沿竖直方向延伸的两个延伸区54、55和沿水平方向延伸并与两个延伸区54、55连通的测量区56。整体来说，测量段53是对称式的，其对称轴为延伸经过测量区56的中心的垂线。此外，测量管5是整体成型的，例如可以将直线型的测量管5经弯曲得到延伸区54、55和测量区56。测量段53还可以为其他任何适当的形状，例如大体为梯形的形式(如图5所示)。
[0035]在图1所示的实施例中，振动式激励器61处于测量区56的中心处，检振器62、63处于测量区与延伸区的连接处。整体来说，检振器62、63关于激励器61对称。在图5所示的测量管5中，也可以类似地设置激励器61和检振器62、63。激励器61和检振器62、63都是本领域中常用的装置。例如激励器61用于使测量段53振动，检振器62、63则检测测量段53的振动数据，根据科里奥利效应，就可以由此计算出流过测量管5的流体的质量流量。这里不再详细说明测量原理。
[0036]为了进一步提高质量流量计I的测量精度，还可以在测量管5的入口段57或出口段58上设置温度传感器7。由于测量段53是以固定件51、52为起点的，因此设置在入口段57或出口段58上的温度传感器7不会影响测量段53的振动，也就不会影响质量流量计I的测量精度。
[0037]此外，还可以在壳体2内充入干燥的惰性气体。例如，氮气、二氧化碳气体等。这些气体可防止弹簧、浮盘4以及测量管5被腐蚀，由此使得质量流量计I能够长时间地保持稳定的性能。
[0038]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1.一种质量流量计，包括密闭的壳体和设置在所述壳体内的测量组件， 所述测量组件包括竖直设置的浮盘和用作流体流动路径的一根测量管，所述浮盘与所述壳体的内壁间隔开并且能在所述壳体内作阻尼运动，所述测量管通过两个间隔开的固定件与所述浮盘的固定相连， 所述测量管的处于两个固定件之间的部分形成单个的测量段，在所述测量段设置有振动式激励器和检测器。2.根据权利要求1所述的质量流量计，其特征在于，所述浮盘通过设置在竖直面内的多个弹性件与所述壳体的内壁相连并被支撑在所述壳体的内部。3.根据权利要求2所述的质量流量计，其特征在于，设置有偶数个弹性件，并且所述偶数个弹性件对称式设置。4.根据权利要求2或3所述的质量流量计，其特征在于，在所述壳体内充有干燥的惰性气体。5.根据权利要求2到4中任一项所述的质量流量计，其特征在于，所述弹性件为弹簧。6.根据权利要求5所述的质量流量计，其特征在于，所述弹簧以预压紧的方式安装。7.根据权利要求1所述的质量流量计，其特征在于，所述浮盘的质量与所述测量管的质量之比至少为1000:1。8.根据权利要求5或6所述的质量流量计，其特征在于，所述浮盘为长方体形，所述弹簧的数量为4个并且分别与所述浮盘的四个侧壁相连。9.根据权利要求1到8中任一项所述的质量流量计，其特征在于，所述振动式激励器设置在所述测量段中心处，所述检测器的数量为两个并且设置为关于所述激励器对称。10.根据权利要求9所述的质量流量计，其特征在于，所述测量段包括沿竖直方向延伸的两个延伸区和沿水平方向延伸并与所述两个延伸区连通的测量区， 所述激励器处于所述测量区的中心，所述两个检振器处于所述测量区与所述延伸区的连接处。
【文档编号】G01F1/84GK105953852SQ201610366153
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】杨云博
【申请人】北京天辰博锐科技有限公司