具有轴向顺应性的罩端部的科氏流量计制造技术

一种流量计，位于一个罩内，具有用于罩端部的顺应性隔板。这些隔板具有轴向顺应性，足以使流量管能够随热变化而自由地膨胀／收缩，并不产生流量管的永久变形。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及科氏流量计，特别涉及用一个具有轴向顺应性端部的罩封闭的科氏流量计。问题直管式科氏质量流量计在该技术中是已知的。它们可以包括这样的流量计，就是有一个单独的平直流量管、一个围绕该流量管的圆筒形平衡管，以及一个包围流量管和平衡管二者的更大的圆筒形罩。这样一种流量计示于美国专利5,398,554中。平衡管的两端用牵引杆刚性地固定在流量管上。流量管固定在包括厚端板的罩的端部上。流量管延伸而越过罩的两端部并连接在一管道上。流量计罩的主要目的是为包围在罩内的流量计部件提供物理保护。这些部件可以包括敏感装置，如驱动器、敏感器和相关的电子部件。人们希望，这些部件从操作流量计的环境中得到物理保护。这种保护是由罩提供的，罩用具有足够厚度的强度大的材料有利地制成。在操作中，流量管相对于平衡管异相地受到电气-机械振动，平衡管的设置用来减少与单独一根未受平衡的流量管有关的振动。此种振动将科氏加速度传递给流过流量管的物料。对该科氏加速度的反作用力对流量管的振动方式形状形成微小变形。该变形是有用的，由连接到流量管或与其关联的传感器测量。这些传感器可以是速度型的或位移型的。流量管中的物料流率正比于由沿平直流量管的长度安置的两个此类传感器产生的信号之间的时间或相位延迟。这些传感器的输出信号加到电子设备上，这些电子设备为流量管中的物料产生所要的信息，如质量流率。双重直管科氏流量计也是已知的。它们类似于单个直管流量计，不同之处是它们有一个与第一流量管平行的第二流量管。该第二流量管替代该单个流量管实施例的平衡棒。这两个流量管在其两端处连接到流量分流岐管上，后者将物料分到两个流量管上。双重流量管计可以具有或没有使流量管彼此连接的牵引杆。双重流量管科氏质量流量计的流量管彼此异相地振动，而不是与一个平衡棒异相地振动。除此之外，其操作与单个直管流量计相同。两种类型的直管科氏流量计中的质量流量测量取决于流量管变形或弯曲，这种变形或弯曲是由物料流产生的科氏力或流量管受到的同时发生的电气-机械振动产生的。人们常常希望，科氏质量流量计的精度达到读数的0.1％。因此流量管的变形必须唯一地取决于所产生的科氏力，而不受外力和应力包括那些在流量计不同部分之间操作温度差异所产生的应力的影响。这些热应力可以在流量管中产生不希望有的轴向张力或压缩力。轴向张力往往使流量管刚性变大而使它们不易响应所产生的科氏力。这造成流量计灵敏度降低，而由科氏力产生的真实流量信息的报告量减少。同样，轴向压缩力使流量管软化，造成所产生的科氏流量信息报告量过大。传统上，直管科氏流量计的制造使罩的两端刚性极大，因此，由连接的管道从外部施加的载荷所产生的力由刚性的罩端部传递到罩上而不是到流量管上。这使流量管与外部载荷成功地隔离，但是罩端部以及罩的刚性产生由流量管的热膨胀/收缩与流量管和流量计罩之间的温度差异导致的问题。在直管科氏流量计中，在流量管内物料和流量计罩外部空气之间常常存在的温度差可使流量管具有与罩不同的温度。这导致流量管的热膨胀量与罩的热膨胀量不同。这些刚性的罩端部阻止此种差异膨胀并产生一个沿轴向压缩(或拉伸)流量管的轴向力，导致流量管中高的轴向应力和所指示的流率产生误差。流量管和其罩之间的温度差异造成流量管上的轴向应力，或者是轴向压缩型，或者是轴向张力型。除了影响流量计精度外，这些应力能够超过组成流量管的物料的屈服应力。一个轴向的张应力可以将流量管端部从罩的端部上撕裂下来，或者可以撕裂流量管本身。这种应力也可以使流量管永久变形，从而使其校准因子永久变化，并使其无用。例如，如果一个不锈钢流量管长20英寸(50.8cm)，比罩热200°F(93.3℃)，那么它力图比罩膨胀0.036英寸(0.091cm)。如果罩和罩端部相当刚性，那么将在流量管中形成约每平方英寸50,000磅(7.25牛顿/平方米)的压缩应力。该应力可能充分地高，从而使流量管永久屈服或变形。当流量管比罩更凉时，存在类似状况，但该应力是张力而非压缩力。传统上使用两种方法来减小热感生的应力。最普通的方法是，用热膨胀系数比制造罩的材料的热膨胀系数更小的材料来制造流量管。通常用钛来制造流量管，因为钛的膨胀系数小而抗腐蚀性能好。然后使用其热膨胀系数为钛的约两倍的不锈钢作为罩。罩的温度决定于从较热的(在该例子中)流量管流入的热量和向较冷的大气丧失的热量。通过合适的设计从流量管到罩的传导路径，将流量管设计成，罩的平衡温度位于流动物料温度和罩的周围空气温度之间的半中间处。因为罩的膨胀系数是流量管的两倍，所以形成的流量管轴向应力与流体温度无关。其次，由于钛的膨胀系数较低和弹性模量较低，因此通过热应力损坏流量计的可能性大大减小。该设计有若干问题。最严重的问题是，它只能压热平衡的状态下工作。如果流量管中的物料温度突然变化，那么流量管温度几乎瞬时变化，而它花费时间使罩的温度跟随该变化。在该瞬时间内，流量管沿轴向受到压力，导致测量误差。当使用不同温度系数的材料来减小管子热应力的另一问题是，不管流体温度多少，流量管只是在单一环境温度下才是没有应力的。这是因为罩的平衡温度处于管子温度和环境温度的半中间。因为对于每个流量温度只有一个罩温度会形成一无应力流量管，所以接下去是，只有一个环境温度会形成无应力流量管。这很容易用简单情况来举例说明，就是流体和环境(以及管子和罩)的温度相同的情况。如果当管子和罩为70°时流量管无应力，那么当管子和罩的温度为100°时管子处在张力中，因为钢罩力图膨胀得比钛管更大。另一方面，如果管子和罩为40°，那么罩收缩得比流量管更大，因而流量管处在压缩中。用不同材料制造罩和流量管的第三个严重问题是制造成本。钛很昂贵且难以制造。它不能用常规工艺焊接到不锈钢上，而且只能困难地钎接到不锈钢上。减小热感生的管子应力的另一种广泛使用的实践和方法是在流量管中设计一种几何应变释放。弯管流量计落入该范畴。这包括其流量管为U形、V形以及非平直的不规则形状的所有其它流量管。对于直管流量计，应力释放传统上位于罩端和一靠近罩端的牵引杆部件之间。在该位置中，流量管在动力学上是非活性的，因此应变释放的性能不影响流量管的振动部分的动力学。在所用的各种应变释放设计中有O形环、滑动接头、金属波纹管，以及起有孔隔板作用的减小流量管直径。这些应变释放方法充分地操作，以完成其预定作用，但它们有其自己的独特问题。波纹管和滑动接头设计的主要问题是，它们不易清洗。这是一个严重的问题，因为可清洗性是顾客选择直管流量计的最普遍理由之一。在靠近管子端部处使用减小的流量管直径以便释放应变的流量计的缺点是流体压力降高。还存在其它几何设计，但它们都有缺点，如可清洗性、压力降或排水性能。上面讨论了与流量管和围绕的罩之间的热应力关系有关的问题。在一个具有固定在流量管上的平衡管的单管流量计中，就温度差异和热应力而言，平衡管和流量管之间的关系与罩和流量管之间的关系是相同的。平衡管通常通过其端部刚性地固定在流量管上。这样，流量管和平衡管之间的膨胀问题与上述的流量管和罩之间的膨胀问题相同。也应当理解，虽然有使具有厚的非顺应性罩端部的流量计尽可能减小流量管膨胀/收缩问题的各种技术，但是没有一种是不存在缺点的。特别是，热瞬变状态和变化的环境温度的问题仍然没有解决。解决方案本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流量计，包括 一个圆筒形罩（１０２）； 一个盘状隔板机构（２０２），组成所述罩的至少一端并置于所述罩内，垂直于所述罩的纵轴； 所述隔板机构的周边，固定在所述罩的圆筒形壁（１０１）上； 一个基本上平直的流量管机构（１０４），安置于所述罩内，平行于所述罩的纵轴，所述流量管机构的端部通过所述隔板机构延伸到一个终端（１０３），该终端适合于联接到一物料源和一物料容器上； 所述隔板机构的横向尺寸显著大于其厚度，其轴向顺应性显著地大，使所述流量管机构能够沿轴向膨胀／收缩，而没有随所述流量管机构内的热变化而产生的相对于所述罩的永久变形。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：CB范克勒维，RS洛维，GT朗哈姆，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]