用于科里奥利流量计的平衡杆制造技术

本发明专利技术涉及一种用于直管式科里奥利流量计的平衡杆。该平衡杆最好是以能够提供大量与平衡杆成为一体的流量计元件的方法制造的。这些整体式元件包括：在平衡杆每一个端部处的支撑杆、在平衡杆每一侧上的并且能够提高横向振动频率的肋条元件、有助于将驱动器安装到平衡杆和由平衡杆所包围的一个流管上的表面、有助于将传感器安装到平衡杆和流管上的表面、能够降低平衡杆在驱动模式下以及在第二弯曲模式下的共振频率的空隙。整体质量使平衡杆的振幅低于流管的振幅。所述能够降低平衡杆在第二弯曲模式下的共振频率的元件还使流量计校准系数与密度无关。理想的是，利用一种能够使平衡杆整体成形的铸造方法制造平衡杆，但是也可以任何能够生产一种具有上述与平衡杆成为一体的一些元件或所有元件的流量计的方法制造平衡杆，例如利用机械加工方法。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种科里奥利流量计，特别涉及一种用于科里奥利流量计的平衡杆。本专利技术还涉及一种用于制造单管式科里奥利流量计的平衡杆的方法。技术问题科里奥利流量计的特征在于流管，当物质流经该流管时使该流管以其共振频率振动。当没有物质流经时，流管上的每一点以与流管上的其它点同相的方式振动。位于流管上不同点处的两个传感器(通常为速度传感器)产生正弦信号，当没有物质流经时，两个传感器所产生的正弦信号是同相的，而当物质流经时，两个传感器所产生的正弦信号具有一个相位差。这个相位差是由流经振动流管的物质所产生的科里奥利力形成的。在沿着流管长度方向上的任意两个点之间的相位差的大小是与物质流的质量流速成比例的。科里奥利质量流量计利用能够确定这个相位差并产生一种表示质量流速以及其它关于物质流的信息的输出信号的信号处理。科里奥利流量计可具有单一的流管和一个相关的平衡杆或者具有多个流管。重要的是，科里奥利流量计的振动结构包括一个动态平衡系统。在具有一对流管的科里奥利流量计中，流管之间是反相振动的以形成一个动态平衡系统。在单流管式流量计中，流管以与一个相关的平衡杆反相的方式振动以形成动态平衡系统。科里奥利流量计中的振动系统是以包括装有物质的流管的振动元件的共振频率工作的。这种要求对于双流管式流量计是没有问题的，这是因为两个流管是相同的，它们都装有流动的物质，因此可具有相同的共振频率。但是，对于单管式流量计，若要满足这个要求是问题。流管以及周围的平衡杆是具有不同物理特性和振动特性的不同结构件。流管是一个圆筒形元件，它与平衡杆相比具有较小的直径。在现有技术中所涉及的流量计中，平衡杆是一个较大的同心的圆筒形管。对于长度相同的圆筒，随着直径增大，刚度比质量增大得快。因此，平衡杆(在没有增加质量的情况下)的共振频率高于装有物质的流管的共振频率。由于希望使平衡杆和装有物质的流管具有相同的共振频率，因此现有技术中所涉及的流量计采用一些方法，诸如在平衡杆中设置配重以使平衡杆的共振频率被减小至流管的共振频率。美国专利US5,691,485和US 5,796,012中披露了这样的方案。尽管现有技术中所涉及的这样方案对于使平衡杆的共振频率与流管的共振频率相匹配是有效的，但是采用机械方法(诸如增加配重)会带来结构笨重以及成本增加的问题。另外，在需要测量的流体密度特别高或特别低的情况下，需要使用特殊的配重以维持一种平衡的结构。现有技术中所涉及的单管式流量计具有的另一个问题是，其中所用的平衡杆是一种圆筒形元件，这会产生所不希望的接近于科里奥利偏转信号频率的频率。科里奥利信号具有等于流量计的第一弯曲模式的频率(驱动频率)。希望能够利用有效信号处理使科里奥利偏转信号具有大振幅并且可在频率上将科里奥利偏转信号与不需要的振动分离。这使信号处理电路能够在没有受到不需要的信号干扰情况下对科里奥利偏转信号进行处理。由于圆筒是一种在所有振动平面中具有相同振动频率的对称结构，因此圆筒形平衡杆的使用是一个问题。圆筒形平衡杆可能具有所不希望的在频率上等于科里奥利偏转信号的横向振动(垂直于驱动平面)。另一个问题是现有技术中所涉及的流量计使用诸如设置在圆筒形平衡杆上的配重的部件。配重可降低平衡杆的共振频率，但是对于所需的振动频率与不需要的振动频率的分离却没有起到什么作用。配重的使用会提高成本并且是不希望的，而且会限制流量计的密度范围。现有技术中所涉及的单管式流量计具有的另一个问题是，将传感器和驱动器安装在一个圆筒形平衡杆上。传感器和驱动器是具有磁体和线圈的组合装置，其中磁体安装在流管上，而线圈安装在平衡杆上。将线圈安装到平衡杆上需要特殊的机械加工以使线圈能够被固定在平衡杆上。由于难以在圆筒表面上进行安装，因此在平衡杆上机械加工出平台。需要钻安装孔并且在安装孔中攻出安装螺纹。所带来的问题是，在机械加工出平台后，对于保留足够的螺纹可能没有足够的壁厚。最终，需要在平台的中心处机械加工出一个大孔以使磁体能够穿过平衡杆壁并且伸入到线圈中心中。这是一种耗时、麻烦且高成本的方法。接着必须使线圈安装在圆筒形平衡杆的表面上。因此，每一个不同的流量计又需要不同的线圈。平台的使用可使一种标准的线圈用于大多数科里奥利流量计上。现有技术中所涉及的使用一种圆筒形平衡杆直管的科里奥利流量计具有的另一个问题的是，一种单独的元件(被称为支撑杆)必须被固定在平衡杆的端部上。支撑杆是一种类似环形的元件，它具有一个垂直于平衡杆的纵向轴线的平面。每一个支撑杆的外周边在平衡杆的每一个端部处被固定到平衡杆的内壁上。每一个支撑杆具有一个用于接收流管的中心开口，流管穿过支撑杆并且终止于端部的法兰中。支撑杆通常是被铜焊或焊接到平衡杆的外周边上以及流管的内周边上。支撑杆提供了一个能够使支撑杆和流管被连接成单一振动结构的途径。在支撑杆和其它部件之间的接合部分的整体性是很重要的。如果四个铜焊或焊接接合部分中的任何一个是不完善的或者出现裂缝，那么会降低流量计的工作性能和可靠性。还有一个问题是，在一个重要区域中存在四个接合部分。因此可以看出，在单管式科里奥利流量计中使用一种圆筒形元件作为平衡杆产生下列问题，即，平衡杆共振频率的降低、平衡杆横向振动的减小、驱动器和传感器线圈在平衡杆上的安装以及需要一个单独的支撑杆将平衡杆的端部和流管连接在一起。解决方案本专利技术能够解决上述和其它问题并且在本领域中作出一种改进，本专利技术涉及一种设备以及该设备的制造方法，所述设备包括一种能够克服现有技术中所涉及的圆筒形平衡杆所产生的上述问题的平衡杆。本专利技术所涉及的平衡杆包括一种空心的细长元件，所述空心的细长元件具有一个轴向中心部分、设置在所述中心部分每一侧的空隙以及在每一个端部上的圆筒形元件。平衡杆还包括在平衡杆长度方向上延伸的整体式侧肋条。最好利用一种铸造方法制造这种平衡杆，这种铸造方法能够提供带有用于安装驱动器和传感器元件的孔的平表面。在所述中心部分每一侧设置空隙能够降低平衡杆在驱动平面中振动的刚度。这将降低平衡杆的共振频率以使平衡杆的共振频率等于装有物质的流管的共振频率。这种降低平衡杆共振频率的方法对于在现有技术中所涉及的流量计中使用配重的方法是一种改进。配重以相同的方式在所有的方向上降低振动频率。但是通过设置空隙能够选择性地降低在一个平面中的驱动模式振动频率。在本专利技术中，空隙设置在平衡杆中的在驱动模式下承受最大弯曲应力的区域中。这使平衡杆材料保留在中性轴附近的区域中并且能够降低在驱动平面中的共振频率。但是，不会大大地降低在横向上的振动频率。对于横向振动，空隙使材料从中性轴区域中被去除并且使材料保留在弯曲应力最高的区域中。空隙具有另一个优点。从平衡杆轴向中心区域去除在驱动模式下的刚度使剩下的驱动模式刚度中的大部分存在于平衡杆的端部处和支撑杆中。刚度的这种定位有助于流量计在一个宽的流体密度范围内保持平衡。在一种平衡的流管流量计中，平衡杆以及支撑杆构成了动态系统。流管以与平衡杆异相的方式振动。支撑杆中的一些部分与流管一起振动，而支撑杆中的其它部分与平衡杆一起振动。在每一个支撑杆中不进行振动的节面将这两组分开。当流体密度增大时，节面朝着流管的方向向内移动。在移动中，节面将支撑杆的一个区域从节面的流管一侧转移到节面的平衡杆一侧。这将该区域的质量从流管(太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种科里奥利流量计（１００），所述科里奥利流量计具有： 用于接收物质流的流管（１０１）； 平衡杆（１０２），所述平衡杆具有通过支撑杆装置（１０５）而与所述流管接合在一起的端部； 驱动器（Ｄ），所述驱动器能够以一种驱动频率使所述流管和所述平衡杆反相振动，所述驱动频率基本上等于所述流管在带有物质流时的共振频率，所述振动和所述物质流共同作用以使所述流管产生科里奥利偏转； 与所述流管接合的传感器装置（ＬＰＯ、ＲＰＯ），所述传感器装置产生响应于所述科里奥利偏转并表示关于所述物质流的信息的信号； 其特征在于： 所述科里奥利流量计还包括： 在所述平衡杆上的至少一个肋条元件（２０３），所述肋条元件能够提高所述平衡杆的横向振动的共振频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CB范克莱维，GT兰哈姆，RB加尼特，CJ奥利拉，RE科亨，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]