断开式平行管科里奥利质量流量计制造技术

属于一种测量流体质量流量的科里奥利流量计。两组断开的平行测量管位于护管内，并装在两个基座间，由电磁力驱动，使左、右直管以各自基座为支点上、下做正弦振动，同时流体在管内从左向右流动。测量管在科氏力作用下，产生位移，压电传感元件将其转变为电信号送入时间差检测电路，得到代表所测质量流量的时间差信号Δｔ。本设计采用两组断开平行管，实现了差功平衡，消除环境振动干扰，适宜低密度流体测量，且灵敏度高。（*该技术在1999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】
属于一种测量流体质量流量的流量计。流量测量是工业生产和商品计量中的一个重要参数，通常人们比较容易测得一个容积流量，然而很多场合更需要连续地、高精度测量质量流量，于是往往在测得容积流量的基础上，进一步检测出流体介质的温度、压力或者密度，对容积流量值进行补偿修正运算后，间接确定质量流量，但精度较低。为了能够直接测出质量流量，美国Micromotion公司率先在市场上推出了U形管科里奥利流量计(参见美国专利US4422338)，随后日本东京计器株式会社于82年8月公开了一种单根直管式科里奥利流量计，该流量计将一根整直管固定在支架的两端上，使其中间悬空，再用电磁振荡驱动器驱动直管使其产生正弦振荡。设一假想中心线把直管分为左管和右管两段，左管内流体是从定点流向动点，即可视为从旋转或振动中心向外流出，在右管内的流体则是流向另一个旋转或振动中心，于是左右两管上感受的科里奥利力方向正好相反。假定管子由上向下振动，那么其通过水平轴线时，左管尚在轴线上，右管就已过轴线。然后通过两个由触发器组成的时间差检测器，测量它们之间的相位差，即可得知被测质量流量。这种直管式科里奥利流量计，在振动过程中整个直管受到科里奥利力(以下简称科氏力)作用时，左、右两段半管产生变形方向相反，必然是半段管子(如左管)，向某一方向变形时，不可避免地受到另半段管子与之相反方向变形的牵制，使其达不到最大变形点(指直管中心位置)便改变了变形方向。此外，直管变形时，会使管子长度延长△l，于是使管子沿轴向产生一个应变ε＝ (Δl)/(l) ，由此产生的应变力阻碍管子的继续变形，显然，管子感受的科氏力愈大，变形愈大，则ε＝ (Δl)/(l) 也愈大，阻碍管子变形力也就增加。其次，上述直管即要感受科氏力产生的变形，以便通过检测变形确定流量，同时管子还承受着被测流体的压力，保证流体不能外溢，这样，管壁须保持一定厚度，而厚度愈大，同样大小的科氏力产生的变形也愈小。综上所述，这种科里奥利流量计的直管在科氏力作用下，所产生的位移或变形很小，这就限制了流量计的灵敏度，特别是对于密度小的气体，其质量流量小，故科氏力小，变形不够大，因此无法检测，故限制了流量计的测量下限。本专利技术的目的，就是要设计一种测量范围宽，灵敏度高，抗干扰性强的测量流体质量流量的流量计。为此，本设计采用如下技术方案本设计包括了两组相互平行、且从中间断开的测量管，将其安装在中空的护管内，本设计的驱动与检测装置分别是机械振荡驱动装置和时间差检测电路，而传感部件采用8片压电传感元件，固定装置是两个基座，最外部是1个壳体。上述机械振荡驱动装置包括4块扇形永久磁铁、电压放大器、可控增益放大器、功率驱动器、AGC取样放大器即自动增益控制取样放大器、以及采用内开放外封闭式磁路的电磁铁，此电磁铁中有两个相互串联的线圈L1、L2。上述8片压电传感元件中的1片，将机械振荡信号转变为电信号输送到电压放大器的输入端，电压放大器输出端接可控增益放大器的输入端，而可控增益放大器输出端又接功率驱动器的输入端，功率驱动器输出端分别和AGC取样放大器的输入端以及电磁铁中串联的两个线圈L1、L2输入端相联，而串联的L1、L2另一端接地。上述的时间差检测电路包括信号放大器和逻辑运算器。压电传感元件还将电信号输送到时间差检测电路中的信号放大器进行放大。上述的两组断开的平行测量管实际上是两根相互平行的直管，使其从中间断开后，变为左、右两对相互平行的管子，它们安放在1根中空的护管内，然后安装在上述的两个基座中间，并使其两端分别与两个基座相互固结。此外，此两组平行测量管位于中间断开的4个端部分别安装4块扇形永久磁铁。而上述的电磁铁则安装在4块永久磁铁对应的护管外。上述电磁铁设计成内开放外封闭式磁路，是为减少漏磁对测量电路的影响。当电磁铁中线圈L1、L2通以正弦交流电时，其磁化方向随之周期性地改变，交替地吸引和排斥4块永久磁铁，带动平行测量管产生机械正弦振荡。科里奥利流量计的工作原理是基于科里奥利力原理当一个物体在旋转系统中以速度V沿径向运动时，将受到科里奥利力 其中m－受力物体质量 －物体在旋转坐标系中的速度矢量 －旋转角速度矢量。如附图说明图15所示的围绕X－X′轴旋转的直管，如果里面有流体流动，则由于科氏力作用，管壁将受到流体的作用力。实际上，直管并非一定以角速度ω转动，如果让直管以xx′轴为固定端，围线它做正弦振动，如图16所示，那么科氏力仍存在，只不过是随着振动按正弦周期性变化。设直管上一微小长度dx感受到的科氏力为dFc＝2·dm·V·ωp(2)其中dm－直管dx内的流体质量V－流体流动速度，也可写为dx／dtωp－直管正弦振动的角速度如果令流体的质量流量q＝dm／dt，则dFc＝2·q·ωp·dx(3)于是在测量管上感受的科氏力为Fc＝∫dFc＝2·q·ωp·L(4)L代表测量管长度。如果在同一水平轴线OO′上使直管两端分别固定在基座上，由电磁力驱动，使左右两段直管分别以其基座为支点上下做正弦振动，让流体从左流入由右流出，如图17所示，那么以左边直管为例，在Fc作用下，以悬臂形式固定的直管的自由端所产生的位移记作W，则W＝A (Fc)/(ks) (5)式中A－直管的结构变形系数ks－直管的弹性模量。由(4)(5)两式得q＝ (w·ks)/(2·ωp·L·A) (6)右边直管和左边直管结构完全一样，且对称，振动方向也一致，所不同的只是流体由自由端流向支点，与左管正好相反，因此，两管受科氏力Fc后，自由端产生的位移量大小相同，方向相反。两端头通过水平中心轴线时间差△t＝ (2W)/(V0) (7)上式中V0＝ωp·L，是管端头正弦振荡通过OO′中心轴线时，垂直方向的运动速度。所以△t＝ (2W)/(ωp′·L)位移量W＝ (ωp′·L·△t)/2 (8)将(8)式代入(6)式得q＝ (ks·△t)/(4A) (9)求解某一段时间内的累积流量得到Q=∫t1t1qdt=ks4AΣt=t1t1Δt........(10)]]>显而易见，只要求得△t，再乘上固定系数 (k)/4 (s)/(A) ，便可确定流量q，从(9)式还可看出，测量结果q和Q不受角频率ωp的影响，只与管子的特性参数ks和A有关。时间差△t的测量由上述时间差检测电路完成。上述压电传感元件输出的信号经时间差检测电路信号放大器中运算放大器放大后送入其逻辑运算器进行逻辑运算，最后输出代表两个信号时间差△t的脉冲n。本设计具有如下优点1、由于采用两组平行且断开的测量管，为其两个相反方向的变形设置了一断点，消除了左、右两段管子之间的相互牵制，使之各段变形能够充分发展，变形曲线亦沿同一斜率进行。此外，由于平行直管结构、尺寸完全相同，感受的环境震动有同频、同相、等幅的特点，在运算放大器的输入电路中作为共模信号相互抵消。而科氏力Fc产生的有用信号，则是以差动的型式送入运算放大器进行放大。再者，断开式结构在振荡变形过程中完全避免了轴向应变的影响。加之护管的存在，使测量管壁可设计得很薄，从而使断开式测量管比非断开的位移量大约高出1～2个数量级，因而能够测量低密度介质的质量流量，如气体、比重小的液体等。2、由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量流体质量流量的断开式平行管科里奥利流量计，其特征在于，是由两组相互平行且断开的测量管（８、８′、９、９′）、护管（１２）、机械振荡驱动装置（１６）、时间差检测电路（１７）以及作为传感部件的８片压电传感元件（３、３′、４、４′、５、５′、６、６′）、２个基座（２、２′）与壳体（１４）组成，所述机械振荡驱动装置（１６）包括４块扇形永久磁铁（１０、１０′、１１、１１′）、电压放大器（２０）、可控增益放大器（２１）、功率驱动器（２２）、ＡＧＣ取样放大器（２３）和电磁铁（１３），所述８片压电传感元件（３、３′、４、４′、５、５′、６、６′）中的１片与电压放大器（２０）输入端联接，电压放大器（２０）输出端和可控增益放大器（２１）输入端相联，可控增益放大器（２１）输出端接功率驱动器（２２）输入端，所述电磁铁（１３）采用内开放外封闭式磁路，其中的两个串联线圈Ｌ↓〔１〕、Ｌ↓〔２〕一端分别与功率驱动器（２２）输出端和ＡＧＣ取样放大器（２３）相联，其另一端接地，所述时间差检测电路（１７）包括信号放大器和逻辑运算器，压电传感元件（３、３′、４、４′、５、５′、６、６′）将电信号输送到时间差检测电路（１７）中信号放大器，所述两组断开的平行测量管（８、８′、９、９′）位于护管（１２）内，其两端分别固结在２个基座（２、２）上，４块扇形永久磁铁（１０、１０′、１１、１１′）分别位于两组平行测量管（８、８′、９、９′）断开处的４个端部，所述电磁铁（１３）安装在４块永久磁铁（１０、１０′、１１、１１′）对应的护管（１２）外。...

【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：李砚清，
申请(专利权)人：天津市自动化仪表十厂，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]