专利名称：科里奥利流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种科里奥利流量计，更确切地说，涉及一种具有一主体的科里奥利流量计，该主体包含一使流体在其中流动的直的测流管以及固定到测流管两端且与测流管同轴或平行的谐振元件；并且该流量计具有校正装置，用于校正由于流体密度差别、测流管材料因温度变形差别以及测流管和谐振元件温度差别所引起的仪器计量误差，输出针对仪器计量误差而校正的精确的质量流信号。
众所周知，科里奥利流量计是一种质量流量计，其通过振动测流管并检测作用在测流管上的与流体的质量流速率成比例的科里奥利力，测量在两端支承的测流管中流动的流体的质量流速率。当在测流管的中心部分沿与支承轴线垂直的方向按交变方式驱动测流管时，按照在测流管二支承点和中心部分之间的对称位置处产生的相位差检测该科里奥利力。
如果上述流量计的测量导管是单一直的测流管，可以按小的尺寸构成，易于维护。然而，为了按照规定的幅值驱动直的测流管可能需要很大的能量，而测定相位差所需的位移值则很小。因而，单一直的导管型流量计可能易于受到外部振动的影响，并可能使信噪比降低。
为了解决上述问题，本申清人先前提出了这样一种科里奥利流量计，其具有同轴配置的双层管壁式的导管，由其中流有被测流体的内管(测流管)以及一个两端固定在内管外侧上并具有附着有衡重的外管(谐振元件)组成，该衡重用于使外管的固有频率等于内管的固有频率，按照一个具有恒定的数值的谐振频率、以反相方式驱动内管和外管。
上述科里奥利流量计可以利用很小的能量驱动使内管按很大的幅度振动，因而，可以高灵敏地检测位移。这种小的直导管式流量计很小且易于维护。然而，这种流量计存在这样一个问题，即被测流体密度的变化引起内管和外管的频率值(frequency arnplitude)之比变化，从而当控制内管和外管的激振频率使得驱动频率总是具有恒定值时，却导致按照流体密度的反函数使仪器计量误差产生变化。因而，仍然需要能高精度地测流宽范围密度流体的质量流速率的流量计。
此外，具有测流管和这样种谐振元件的流量计，其中该谐振元件与测流管同轴或平行配置并且其两端在测流管上支承，受到调节以便使其固有频率等于测流管的固有频率，由于外部温度、流体温度以及测流管和谐振元件之间的误差的影响使谐振频率变化的结果，在测流管和谐振元件之间可能产生频率差。这一频率差在按谐振方式驱动的导管型科里奥利流量计中在校正仪器计量误差或测定被测流体的密度时会引起误差。
由于上述科里奥利流量计的内管在两端可同轴连接到外部管道系统上，从而保证易于清洁它的内部并易于在很小的空间内安装，因此该流量计很小且易于使用和维护。然而，该流量计通常必须结合各种具有不同温度和密度的流体一同工作，这些流体在同轴的双直管主体中的内管中流动。这可能改变流量计主体的固有频率，使流量计的相位差测量系统的仪器计量误差产生变化 因此，同轴的双直管型科里奥利流量计需要校正由于其中的被测流体的物理性质可能引起的仪器计量误差。
根据上述问题，本发明的目的之一是提供一种双谐振直管或平行的谐振直管型科里奥利流量计，该流量计包括用于根据流体密度和导管谐振频率之间的预定相互关系以及流体密度和仪器计量误差之间的预定相互关系(两者都存储在存储器中)自动校正由于被测流体的密度变化引起的仪器计量误差(位移)的装置。
本发明的另一个目的是提供一种双谐振直管或平行的谐振直管型科里奥利流量计，该流量计可以在存储器中存储对于多种已知密度的流体在谐振频率和仪器计量误差之间相互关系的预置数据，并具有根据被测流体的谐振频率与所存储的具有已知密度的流体的谐振频率之差，自动校正仪器计量误差的装置。
本发明的再一个目的是提供一种双谐振直管或平行的谐振直管型科里奥利流量计，其具有用于自动补偿由于则流管和谐振元件的弹性系数以及二阶截面力矩(secondary sectional moments)不均匀的热变化所引起的频率差，测流管和谐振元件在材料和形状方面彼此不同，因而由于温度变化产生不同的变形。
本发明的再一个目的是提供一种双谐振直管或平行的谐振直管型科里奥利流量计，其具有用于自动补偿与由其中流有不同温度流体的测流管的热膨胀以及接近测流管配置的谐振元件的热膨胀所引起的轴向载荷相对应的频率差的装置。
本发明的再一个目的是提供一种代表质量流计算器的科里奥利流量计变换器，其通过与对先前校正和标准化的流体流量进行计量而得到的参考值进行比较，能方便地确定各自补偿的仪器计量误差，以便校正由于在同轴的双直管型科里奥利流量计中流动的流体温度和密度效应所引起的基本仪器计量误差加上各种相关的仪器计量误差。
图1是用于解释本发明的科里奥利流量计结构的视图。
图2是用于解释按照权利要求1限定的本发明的一个实施方案的曲线图。
图3是用于解释按照权利要求2限定的本发明的一个实施方案的曲线图。
图4是用于解释按照权利要求3、4限定的本发明的另一种科里奥利流量计的结构的视图。
图5是用于解释按权利要求5限定的本发明的科里奥利流量计变换器的视图。
图6是用于解释按权利要求6限定的本发明的一个实施方案的视图。
下面以举例的方式选取同轴双导管组成主体的科里奥利流量计作为本发明的一个实施方案，并首先介绍它的工作情况。
图1表示本发明的科里奥利流量计的结构。在图1中，该流量计包含内管1、外管2、环形法兰3、4、振动器5，传感器6、7、衡重8、双振动式导管10、驱动电路20、谐振频率检测电路30、仪器计量误差校正电路40、质量流速率计算电路50和输出端51。
该双振动式导管10由内管1、外管2和衡重8组成。内管1是一直的导管，它的轴线用0-0表示，管中流有被测流体。外管2在两端具有环形法兰3、4，利用二法兰将外管同轴安装在内管1的外圆柱形表面上。衡重8固定在外管2的外壁的中心部分处。这一衡重8用于使外管2的固有频率与内管1的固有频率相等。
衡重8的重量是可调的，以便根据包括用于驱动双管壁式导管的振动器5的质量和传感器6和7的质量的重量来确定固有频率。
振动器5由诸如附着到外管2上的线圈5a和同轴安装到内管1上的铁芯5b组成。线圈5a利用驱动电路20按闭环方式被激励，来自两个传感器6、7的其中之一的信号输入到驱动电路20(下文将介绍)。内管1和外管2按照恒定数值的谐振频率以彼此反相的方式被驱动。
传感器6和7具有相同的标准特性，在双管壁式导管10上相对于振动器5以对称方式配置在相反的位置。传感器6、7分别由线圈6a、7a和磁铁6b、7b组成，分别以同轴方式安装在外管2和内管1上。它们用于检测内管1和外管2的相对位移。
振动器5以交变方式驱动内管1，使之沿与轴线0-0垂直的方向按照规定数值的交变谐振频率产生振动。因而，在传感器6和7的位置处科里奥利力沿相反的方向作用在内管1上，在这种情况下，二传感器产生的输出信号形成与该科里奥利力成比例的相位差ΔT。因此，这一相位差ΔT与质量流速率Qm成比例。该相位差ΔT还与用于测流流体流速的内管1的幅值δI成比例，并具有如下的表达式(1)ΔT＝KIδIQm…(1)其中KI是常数。
幅值δI是被测流体密度的函数并用如下方程(2)来表示δI=K21+K3+K4ρK5----(2)]]>其中K2到K5是恒定值。
即，流体密度的变化不可避免地伴随内管幅值OI的变化连同外管2相对于内管1的幅值比的变化，即使利用振动器5按照相同的幅值来驱动内管1和外管2。因而，根据方程(2)，内管1的幅值δI按照密度ρ的一个反函数变化。
作用在内管1上的总质量通过将振动器5、传感器6、7以及内管1本身的质量值加在一起来确定。其上再加上在内管1内部流动的密度为ρ的流体质量，从而得到内管1的单位质量ΔmI。在这种情况下，固有频率用f来表示，这一单位质量ΔmI可以表达如下f=12πK6ΔmI+K7K8ΔmIδI2+K9δI2----(3)]]>其中K6到K9是恒定值。
ΔmI＝K10+K11·ρ…(4)其中K10和K11是恒定值。
其中流有密度为ρ的流体的内管的固有频率f只有在从方程(2)、(3)和(4)中消去内管1的幅值δI的情况下才能作为密度ρ的函数F(ρ)来表示。
f＝F(ρ)…(5)因而，如果利用谐振频率检测器30来检测由驱动电路20以谐振方式驱动的振动器的频率f，可以根据方程(5)确定流体密度(ρ)。
假如流体密度ρ和内管1的谐振频率f(即固有频率)之间的相互关系是已知的，根据方程(5)由所测的谐振频率ft可以确定流体密度ρt。当流体密度ρt确定时，根据所存储的密度和仪器计量误差之间相互关系的数据可以校正仪器计量误差。
本发明通过确定第一相互关系(流体密度-谐振频率)和第二相互关系(流体密度一仪器计量误差)、存储测量的数据、通过将由流体流量测量而得到的谐振频率与第一相互关系数据比较确定流体密度、通过将所得密度与第二相互关系数据比较由所得到的密度确定仪器计量误差以及补偿所测定的仪器计量误差，能够校正由于流体密度变化所引起的仪器计量误差。
图2(A)和2(B)是用于解释本发明的一个实施方案的示意图。图2(A)是表示流体密度ρ和谐振频率f之间相互关系的曲线图(曲线A)。图2(B)是表示流体密度ρ和仪器计量误差E之间相互关系的曲线图(曲线B)。
图2(A)中的曲线A是通过取流体密度ρ作为横坐标(水平轴)以及谐振频率f作为纵坐标(竖直轴)绘制的。这一与方程(5)的函数相关的曲线是先前通过计算或实验确定的并且作为第一相互关系数据存储在仪器计量误差校正电路40中。图2(B)中的曲线(B)是通过取流体密度ρ作为横坐标以及仪器计量误差作为纵坐标绘制的。这一曲线是根据方框(2)和(1)通过计算或者根据一定条件通过实验先前确定的，这一条件即将在规定温度下具有参考密度ρ0的例如为水的流体取作为参考流体，对于这种参考流体将仪器计量误差E0定义为0(E0＝0)。在仪器计量误差校正电路40中将该特性数据作为第二相互关系数据进行存储。由图2(A)中的曲线A根据测量的谐振频率ft确定流体密度ρt，然后由图2(B)中的曲线B确定与所确定的流体密度ρt相对应的仪器计量误差Et。计算并校正所确定的仪器计量误差E0与参考值E0的偏差ΔE。
可以将仪器计量误差和频率差Δf(介于一种流体的谐振频率f和具有参考密度的参考流体的参考谐振频率f0之间的差)进行存储并用于校正仪器计量误差。本发明通过对于多种具有有同密度值的流体预先确定和存储仪器计量误差偏差与谐振频率差(与参考流体的谐振频率相比)之间的关系、通过将由流体流量测量而得到的谐振频率与存储的数据进行比较确定频率差、测定也可以校正由于流体密度变化所引起的仪器计量误差。
图3是用于解释本发明的另一实施方案的附图。在图3中，该曲线图(直线C)表示谐振频率和仪器计量误差E之间的相互关系。
图3中，水平轴(X轴)表示谐振频率，垂直轴(Y轴)表示仪器计量误差。直线C是通过两个点P1和P2给出的，该二点分别为X轴和Y轴垂线的交点，即P1是由具有已知密度的流体(例如20℃的水)流量的谐振频率(参考频率) f01作为横坐标、同时由仪器计量误差E01(E01＝0)作为纵坐标确定的，而P2是由具有已知密度的流体(例如0.7克/立方厘米的油)流量的谐振频率f02作为横坐标同时由仪器计量误差E02作为纵坐标确定的。将直线C的数据存储在仪器计量误差校正电路40中，该电路确定谐振频率f1(按照一定的实际流体的流量测量的)和参考谐振频率f0之间的频率差Δf，并求出点Pt，在该点经过ft横坐标的垂线与直线C相交，与点Pt对应的纵坐标为Et，然后，确定与纵坐标Et的仪器计量误差的偏差ΔE，并且按照例如(ΔE％/ΔfHz)校正仪器计量误差。虽然为了清晰起见直线C是按照直线表示的，但严格地说也可以按照曲线来表示。
本发明的上述特征与校正被测流体的密度变化所引起的仪器计量误差相关。然而，科里奥利流量计除了上述的流体密度的影响以外还可能受到温度的影响(例如与温度相关的灵敏度和频率的变化)。
在双管壁式直管型科里奥利流量计中，组成双管壁式导管的内管1和外管2通常在材料和断面形状方面是彼此不同的。当内管1和外管2产生热变形时，根据材料和形状决定的各个管的固有频率可能按不同的方式变化，导致改变其耦合频率，即双管壁式直管的谐振频率的变化同时使仪器计量误差发生漂移。因此，需要补偿由于温度变化引起的仪器计量误差。
本发明还能对当内管和外管分别改变它们的温度时引起的仪器计量误差漂移进行校正。
图4表示本发明的科里奥利流量计的结构。在图4中，示有内管1、外管2、环形法兰3、4、振动器5、传感器6、7、衡重8、温度传感器9a、9b、振动式同轴双管式主体10、驱动电路20、谐振频率检测电路30、仪器计量误差校正电路40、质量流速率计算电路50、输出端51。
当内测流管具有二阶截面力矩I1、质量M1和弹性模量E1以及外管2具有二阶截面力矩I2、质量M2和弹性模量E2时，内管1的固有频率f1由方程(6)来表示，外管2的固有频率f2由方程(7)来表示。f1=12π(K12E1I1K13M1)12----(6)]]>其中K12和K13是恒定值。
外管2的固有频率f2表示如下f2=12π(K14E2I2K15M2)12----(7)]]>其中K14和K15是恒定值。
具有由方程(6)确定的固有频率f1的内管1和具有由方程(7)确定的固有频率f2的外管2产生一耦合的频率f，即可由方程(3)表示的谐振频率f。然而，弹性模量E1、E2和二阶截面力矩I1、I2随温度变化而变化。如果温度从起始值变化一个数值t，弹性模量E1、E2和二阶截面力矩I1、I2分别变化到E’1、E’2和I’1、I’2，弹性模量E’1、E’2和二阶截面力矩I’1、I’2表示如下，其中α和β是温度系数E’1＝(1+αt)E1…(8)E’2＝(1+αt)E2…(9)I’1＝(1+βt)I1…(10)I’2＝(1+βt)I2…(11)当将(E1)作为一参考值以及采用一个常数γ时，得到如下的表达式。
(E1I1)’＝(1+αt)E1I1…(12)(E2I2)’＝(1+αt)E2I2…(13)根据方程(6)和(7)，通过将上述方程(8)到(11)或方程(12)到(13)代入相应的方程(6)和(7)来计算内管1的固有频率f1’和外管2的固有频率f2’，由方程(3)得到参考谐振频率f’并且随后计算频率差Δf。根据所确定的频率Δf计算仪器计量误差并校正。
内管1和外管2按同轴方式支承并构成双管壁式直的导管。当流体流动时，由于流体发热使内管1改变其温度，使得其管壁温度与管2的管壁温度不同。同时，内管和外管产生热膨胀并在其中沿轴向产生不同的应力。这些应力影响各管的谐振频率。压应力降低每个管的谐振频率而张应力增加谐振频率。因此，如果内管1温度变高，它的频率f1’变小，外管的频率f2’则增加。这样，耦合频率便受到影响。
当内管由于其中流动的流体发热而改变其温度故引起两管温度不同时，本发明还能校正在内管1和外管2沿它们的轴向产生的热应力形成的载荷P引起的谐振频率变化。
内管1和外管2每个管都粘接有温度传感器，用于检测各自管壁的温度。根据方程(8)到(11)或方程(11)和(12)校正在方程(6)和(7)中的弹性模量E和二阶截面力矩I，然后，确定在它们的检测温度下，内管1的固有频率f1’和外管2的固有频率f2’。进而，将作用在内管1和外管2上的应力乘以各自的校正系数以及当应力作用在管上时各管的固有频率。
对应所产生的应力已经进行校正的内管1的固有频率f1”和外管2的固有频率f2”表示如下；f1”＝K16，f1’…(14)f2”＝K17，f2’…(15)其中K16和K17是校正系数。现在通过利用方程(14)和(15)根据方程(3)可以确定耦合频率f”。
在沿管的轴向施加载荷P的情况下，用于校正在两端处固定的管的固有频率的校正系数C通常表示如下C=(K18-K19K20PEI)12----(16)]]>其中K18到K20是常数。
因此，能够对谐振频率的频率差Δf进行包括针对各管应力影响的校正，这一频率差可以利用各管的输入温度信号以及存储在仪器计量误差校正电路中的方程(14)和(15)来计算。
图5表示一种体现本发明的科里奥利流量计的结构。在图5中示有内管1、外管2、环形法兰3、4、振动器5、传感器6、7、衡重8、温度传感器9a、9b、振动式同轴双管主体10、驱动电路20、谐振频率检测电路30、仪器计量误差校正电路40、质量流速率计算电路50、输出端51、质量流量计变换器60。
振动式22管主体10由内管1、外管2和衡重8组成。内管1是一直管，它的轴线用0-0表示，其中流有被测流体。外管2在两端处具有环形法兰3、4，利用该法兰将外管同轴固定在内管1的外壁上。衡重8固定在外管2外壁的中心部分。这一衡重8用于使外管2的固有频率等于内管1的固有频率。
衡重8的重量是可调的，以便对于包括用于驱动双管式主体10的振动器5的质量以及传感器6和7的质量在内的外管重量确定该固有频率。
用于检测内管1温度的温度传感器9a附着在内管的外壁上，同时，用于检测外管2温度的温度传感器9b附着在外管2的外壁上。二个温度传感器9a和9b通过在外管2的管壁中形成的通孔引线或利用连接端连接到仪器计量误差校正电路40上。
振动器5由诸如附着到外管2上的线圈5a以及以同轴方式安装到内管1上的铁芯5b组成。利用其上由两个传感器6和7的其中之一输入信号的驱动电路20对线圈5a激励 由内管1和外管2组成的振动式双管主体10按照恒定数值的谐振频率被驱动。
传感器6和7具有相同的标准特性并相对于振动器5以对称方式配置在双直管式主体10上相反的两侧。每个传感器6、7包括诸如由线圈6a、7a和磁铁6b、7b，它们分别以同轴方式安装在外管2和内管1上。二个传感器连接到质量流计算电路50。它们用于在检测位置检测由内管1和外管2之间的相对速度位移确定的相位信号。由两个相位信号产生相位差信号及由所述相位差信号确定质量流。
质量流量计变换器60包含驱动电路20、谐振频率检测电路30、仪器计量误差校正电路40和质量流速率计算电路50。
如上所述，驱动电路20驱动振动器5，以便按照恒定数值的谐振频率振动该振动式双管主体10。这一电路构成一闭环型谐振驱动系统，其检测由成对传感器6、7的其中之一输出的信号，对检测到的信号放大以及驱动振动器5。根据流体的密度和温度和流量计的安装状态，可以很宽范围地改变谐振频率。因此，谐振频率是一个基本的要素，根据本发明其决定了补偿的仪器计量误差。利用谐振频率检测电路30来检测谐振频率。
仪器计量误差校正电路40是代表基于本发明的质量流量计变换器60的特征的基本部分。
如果利用支承装置在两端支承的测量管按恒定的振动幅值来驱动，在流体的温度、压力和密度的影响下以及测量管材料的弹性模量的影响下，驱动频率可能变化。与之相似，振动式双管主体10的内管1由于流体的温度、压力和密度以及内管材料的弹性模量的影响可能改变它的谐振频率。另外，由于两管的温度差、各管中产生的热应力之差以及各管的材料和形状的差别，使得振动式双管主体10可能改变内管1和外管2的固有频率。因此，内管1和外管2之间的幅值比可能变化，尽管它们是按照恒定的振动幅度驱动的。
因此，振动式双管主体10与单一直管相比会形成复杂的振动现象。在一谐振系统中，振动式双管主体10可以具有复杂的振动模式，该振动模式是由被测流体的物理特性以及状态参数以及由它的组件的材料和形状决定的，从而引起流量计的仪器计量误差的变化。根据本发明，引起仪器计量误差变化的因素可分类为内管1的温度变化、内管1和外管2之间的温度差以及振动式双管主体10的谐振频率的变化。即，通常通过进行复杂计算确定的仪器计量误差分类为由于内管1的温度变化引起的第一补偿仪器计量误差值、由内管1和外管2之间的温度差所形成的第二补偿仪器计量误差值以及由谐振频率差引起的第三补偿仪器计量误差值。通过将这三种仪器计量误差值加在一起确定总的仪器计量误差值，然后进行校正。
对于内管温度变化需要确定的第一补偿仪器计量误差值是假设为仅由内管1的热膨胀引起的仪器计量误差，并从总的仪器计量误差分离出来。这种仪器计量误差按照如下方式确定首先确定参考流体的参考温度，例如为0℃，按照与流体温度(被测值)和参考温度值之间的差成比例的方式计算仪器计量误差。第一补偿仪器计量误差Ct表示如下Ct＝K1(Tx-Ta)…(17)其中Ta是参考温度，K1是预定的比例常数。
由于内管1和外管2之间的温度差Δt所引起的第二补偿仪器计量误差值Cdt是这样引起的、即该温度差引起作用在内管1和外管2上的热应力从而改变各自的轴向载荷，导致它们的振动模式变化。这样就引起仪器计量误差，可以总的仪器计量误差中分离出来。通过利用与变量Δt(上述温度差Δt)的相关关系和系数Ka、Kb和Kc来确定第二仪器计量误差Cdt，表示如下
Cdt＝KaΔt2+KbΔt+Kc…(18)由振动式双管主体10的谐振频率差Δf引起的第三补偿仪器计量误差值是这样的，即流有不同密度流体的内管1可能改变它的固有频率，因此，由内管1和外管2的固有频率形成的耦合频率(即谐振频率)发生变化，导致需要校正的仪器计量误差。根据内管振动幅值对外管振动幅值的比，决定由于在内管1中流动的流体的密度差引起的仪器计量误差。然而，为了确定上述仪器计量误差必须进行十分复杂的振动计算。由于要提出一个包括进行这种复杂计算的电路的变换器是困难的，本发明采用如下的装置合成的仪器计量误差与谐振频率差Δf相关。该误差还与被测量的(流体)频率fx以及要根据内管1的弹性常数β以及参考温度Tw之间的差进行校正和标准化的参考(流体)频率ft和测量频率fx之差成比例。即，仪器计量误差被决定为与频率ft的周期值Pw(例如，在参考温度0℃)成反比的误差值。因此，按照如下表达式来计算第三补偿仪器计量误差值Cffx＝fx-ft＝fx{1/Cl+β(Tx-Tw)0.5}/PW…(19)CF＝Af’x2+Bf’x+C…(20)其中A、B和C是系数。
因此，总的仪器计量误差ΔE包含第一补偿仪器计量误差值Ct(用于补偿由于内管温度引起的误差)、第二补偿仪器计量误差值Cdt(用于补偿由于内管1和外管2之间的温度差Δt引起的误差)以及第三补偿仪器计量误差值Cf(用于补偿由于流体密度差Δρ和谐振频率差Δf引起的误差)。仪器计量误差校正电路40输出根据如下表达式确定的总的仪器计量误差ΔEΔE＝Ct+Cdt+Cf…(21)质量流计算电路50得到与由传感器6和7输出的科里奥利力成比例的相位差信号ΔT并确定与该相位差信号ΔT成比例的质量流Qa。所确定的质量流Qa是一个对于利用方程(21)确定的仪器计量误差ΔE要校正的数值。即，质量流Qa具有如下的表达式，其中Ka是用于计算质量流的相位差信号Δt的比例常数。
Qa＝Ka+(1+ΔE)ΔT＝Ka(1+Ct+Cdt+Cf)ΔT…(22)对于上述仪器计量误差ΔE所校正的质量流Qa的信号最终通过输出端51输出。
虽然，迄今参照各附图已介绍了各同轴的双管型科里奥利流量计，还有一种直管型导管的科里奥利流量计，这种流量计具有的单一测流管装有以与测流管平行的方式支承的匹配平衡体。这种类型的科里奥利流量计存在与双管型科里奥利流量计相同的问题。
本发明还涉及使平行管型科里奥利流量计能够对仪器计量误差进行相同种类校正，正如对同轴的双管型科里奥利流量计所介绍的一样。
图6是本发明的一个实施方案的断面图。在图6中，数码11代表测流管、数码12代表匹配平衡体，数码13和14代表支承板。其它的在功能上与图1所示元件相似的元件被标以相同的数码。
在图6中所示的科里奥利流量计具有其中流有被测流体的直的测流管11以及在支承板13和14上平行于测流管支承的匹配平衡体12。该匹配平衡体上附着有衡重8，用于使匹配平衡体12的固有频率等于测流管11的固有频率。测流管11和匹配平衡体12在它们的中心部分具有振动器5并在距振动器5相同距离处对称配置传感器6和7。此外，测流管11和匹配平衡体12以谐振方式由振动器5驱动，这两者都支承在支承板13和14上。该匹配平衡体可以是杆、管或板。
在图6中所示的科里奥利流量计中，流体仅在测流管11中流动，匹配平衡体12与测流管11以平行隔开的方式支承并具有配重8。因此，流体的密度和温度以及测流管11和匹配平衡体12之间的温度差产生的影响，与对在图1、4、5中所示的双直管型科里奥利流量计所介绍的影响相似。相应地可以将与上述相同的仪器计量误差校正装置应用到图6中所示的单测流管型流量计。
由以上介绍可以明显看出，根据本发明可以产生如下的良好效果仅通过检测谐振频率不需要检测内管和外管之间的频率比就可校正由于被测流体密度变化所引起的仪器计量误差。
仅通过存储谐振频率和仪器计量误差之间的相互关系就能得到相同的效果，即按照低成本就能进行仪器计量误差校正。
通过利用简单的校正电路就能校正由于内管温度变化引起的仪器计量误差的变化，即使在内管与外管在材料和形状方面不同的情况下。
当由于在内管中流动的流体使内管被加热并改变其温度时，虽然由于内管和外管温度差的作用在内管和外管中产生不同的轴向应力，但可方便地校正所形成的仪器计量误差。
根据本发明，能够提供一种变换器，该变换器通过自动校正总的仪器计量误差能使同轴双直管型科里奥利流量计能精确地测定流体的质量流速率，该总的仪器计量误差是由内管和外管的固有频率变化引起的，这又源于流体的温度和密度按如此方式变化，即由内管单纯的热膨胀引的第一补偿仪器计量误差值Ct、由于内管和外管之间的温度差引起的第二补偿计量误差值Cdt以及在测量的谐振频率(对于被测流体)和校正后和标准化的频率(对于参考流体)之间的差Δf所引起的第三补偿仪器计量误差值Cf分别计算并加在一起，得到所测质量流校正所需的总的仪器计量误差。这种变换器简单、成本不高，不再需要为了校正测量结果而进行复杂的计算。
根据本发明，能够提供一种小型的高准确度直管型科里奥利流量计，其像基于本发明的同轴双直管型科里奥利流量计一样，能可靠地测量质量流，不良流体密度和温度状态的影响。
权利要求
1.一种科里奥利流量计，包含一个由其中流有被测流体的内管(1)以及同轴安装在内管(1)上并在其上按两端(3、4)固定的外管(2)组成的双导管，所述外管(2)其上附着有衡重(8)，用于使外管(2)的固有振动频率与内管(1)的固有振动频率相等；用于按照谐振频率驱动双管壁式导管(10)的驱动装置(5，20)；用于对与作用在双管壁式导管(10)上的科里奥利力成比例的相位变化进行检测的一对传感器(6，7)；以及根据传感器(6，7)的输出用于确定质量流速率的质量流速率计算器(50)；其特征在于还设有存储装置，用于存储关于在先前确定的流体密度和谐振频率之间的第一相互关系的数据以及关于在所述流体密度和仪器计量误差之间的第二相互关系的数据；以及仪器计量误差校正装置(40)，用于当流体在科里奥利流量计中流动时，通过将谐振频率与在存储装置中存储的第一相互关系数据相比较来确定被测流体的密度以及通过将所确定的流体密度与存储在存储装置中第二相互关系数据相比较来校正仪器计量误差。
2.一种科里奥利流量计，包含一种由其中流有被测流体的内管(1)和同轴安装在内管(1)上并在其上按两端(3，4)固定的外管(2)组成的双导管，所述外管(2)其上附着有衡重(8)，用于使外管(2)的固有振动频率等于内管(1)的固有振动频率；用于按照谐振频率驱动双管壁式导管(10)的驱动装置(5，20)；用于对与作用在双管壁式导管(10)上的科里奥利力成比例的相位变化进行检测的一对传感器(6，7)；以及根据传感器的输出用于确定质量流速率的质量流速率计算器(50)；其特征在于，还提供有存储装置，用于存储关于在频率差和与先前已知的标准谐振频率相关的仪器计量误差漂移差值之间相互关系的数据；以及仪器计量误差校正装置(40)，用于根据在存储装置中存储的标准谐振频率和当流体在科里奥利流量计中流动时测量的频率之间的差校正仪器计量误差。
3.如权利要求1或2所述的科里奥利流量计，其特征在于，内管(1)和外管(2)具有各自的温度传感器(9a，9b)，能够检测随着流体在流量计中流动从标准温度到工作温度的各管的温度变化；以及设有仪器计量误差校正装置(40)，用于针对在标准温度下的标准谐振频率和在按照一定流体流量工作时测定的温度下的谐振频率之间的差来校正仪器计量误差，所述测量的谐振频率按照内管和外管的材料的弹性模量和形状变化。
4.如权利要求1、2或3所述的科里奥利流量计，其特征在于，内管(1)和外管(2)具有各自的温度传感器(9a，9b)能够检测两管的温度变化并测定两管的温度差，这种温度差引起内管和外管的轴向载荷产生不均匀的变化；以及设有仪器计量误差校正装置(40)，用于校正由于谐振频率与标准谐振频率的差引起的仪器计量误差的变化，所述频率差是由于内管和外管的温度差形成的。
5.一种科里奥利流量计，具有一变换器，该变换器包含由其中流有被测流体的内管(1)和同轴安装到内管(1)上并在其上按两端(3，4)固定的外管(2)组成的双管式主体，所述外管(2)其上附着有衡重(8)，用于使外管(2)的固有振动频率等于内管(1)的固有振动频率；用于按照具有恒定数值的谐振频率驱动双管式主体(10)的驱动装置(5，20)；以及用于检测与作用在双管式主体(10)上的科里奥利力成比例的相位差的一对传感器(6，7)，其特征在于，该变换器根据一对传感器(6，7)的输出确定质量流，并具有检测内管(1)温度的温度检测装置(9a)、检测外管(2)温度的温度检测装置(9b)、用于根据内管(1)的温度变化补偿仪器计量误差的温度校正装置、用于根据内管(1)温度和外管(2)温度之间差值对仪器计量误差进行补偿的温度差校正装置，谐振频率校正装置，用于补偿对于振动式双管式主体(10)的谐振频率，所述频率是按照通过的流体的流量测量的，与振动式双管式主体(10)的谐振频率，所述频率是按照通过流体经校正和标准化的流量测量的，这二种谐振频率的差引起的仪器计量误差，以及用于根据利用温度校正装置、温度差校正装置和谐振频率校正装置所确定的各个补偿仪器计量误差值的和校正仪器计量误差的仪器计量误差校正装置(40)。
6.如权利要求1或2或5所述的科里奥利流量计，其特征在于，振动式双导管包含其中流有被测流体的测流管(11)以及平行于测流管轴线按两端(13、14)固定在测流管(11)上的直管型匹配平衡体(12)，以及所述直管型匹配平衡体(12)设有衡重(8)，用于使匹配平衡体的固有振动频率等于测流管(11)的固有振动频率。
全文摘要
一种可按谐振方式驱动的直管型科里奥利流量计能够校正由于被测流体的密度和温度变化所引起的仪器计量误差。流体密度的变化引起内管和外管的幅值比变化,导致仪器计量误差漂移。仪器计量误差检测电路存储谐振频率和流体密度之间的相互关系以及流体密度和仪器计量误差之间的相互关系,并且根据检测到的谐振频率对仪器计量误差进行校正。
文档编号G01F1/84GK1177097SQ9711056
公开日1998年3月25日 申请日期1997年4月18日 优先权日1996年9月19日
发明者五味信吾, 北见大一, 远藤孝史, 松冈健一, 一濑公宏, 二川修, 小林诚司, 小林一英 申请人:株式会社椭圆