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科氏质量流量计传感器及其测量管装置

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,尤其涉及科氏质量流量计传感器及其测量管装置。
 
背景技术
科里奥利质量流量计,简称科氏质量流量计,是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表,它可以直接用于测量介质的质量流量、密度和温度,具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点,在石化行业得到了广泛应用。
质量流量计由传感器,变送器及数字指示累积器三部分组成,科氏质量流量计的传感器根据科里奧利效应制成的,包括测量管、电磁驱动器、和电磁检测器、分流器等部分。电磁驱动器使测量管以其固有频率振动,而流量的导入使U型的测量管在科氏力的作用下产生一种扭曲,在它的左右两侧产生一个相位差,根据科里奥利效应,该相位差与质量流量成正比。电磁检测器把该相位差转变为相应的电平信号送入变送器,经滤波、积分、放大等电量处理后,转变成与质量成正比的模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。质量流量计的测量原理以牛顿第二运动定律为基础
F=ma
式中F-流体作用力:m-被测介质质量;a-加速度
当流体通过两个平行的测量管时,会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力,该力使测量管振荡而发生扭曲,这一扭曲现象被称之为科里奥利现象。根据牛顿第二运动定律,测量管扭曲量的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比的。当流体流过测量管时,流体就会受到科里奥利力的作用,测量管里流体所受科里奥利力的反作用,产生进口和出口的相位差。当流体为零时,测量管在固有频率下振动,测量管不产生扭曲,流体进口和出口的相位差为零。当有流体流经测量管时进口处管子振动减速,出口处管子振动加速,进口与出口产生相位差,当质量流量增加时该相位差也增加,通过安装于进口和出口测量管上电磁信号检测器可测得相位差。
目前科氏质量流量计采用常见的测量管有S形测量管、U形测量管、双J形测量管、B形测量管、单直管形测量管、双直管形测量管、Ω形测量管、△型测量管、双环形测量管等。
根据牛顿第二运动定律,测量管扭曲量的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比的。当流体流过测量管时,流体就会受到科里奥利力的作用,测量管里流体所受科里奥利力的反作用,产生进口和出口的相位差。
当流量为零时,测量管在固有频率下振动,测量管不产生扭曲,流体进口和出口的相位差为零。
然而,在测量系统中,流体质点作用在测量管上的科氏力是很小的,这给精确的测量带来很大的困难。若要提高测量精度需要提高测量管的振动频率、增加测量管的振动幅度或增加流体的流速,然而,振动频率的提高,严重地影响测量管的寿命,而振幅的提高就需提供较大的动力,増加流速既增加了测量管上的静压,也增大流量计对整个系统的压力损失。以上这些能够提高测量精度的因素对流量计本身和测量系统都是不利的。因此,如何在不影响流量计本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度,成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
 
发明内容
本发明提供了一种科氏质量流量计传感器的测量管装置,其能够在不影响流量计。
本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度。本发明还提供了一种包括上述测量管装置的科氏质量流量计传感器。
本发明提供的科氏质量流量计传感器的测量管装置,包括第一U型测量管和第二U型测量管;所述第一U型测量管的轴心线所在平面与所述第二U型测量管的轴心线所在平面相平行,且所述第一U型测量管与所述第二U型测量管对称设置;所述第一U型测量管和所述第二U型测量管均设有驱动线圈和用于检测二者相对称的点的振动相位的检测线。
优选地,所述驱动线圈设置于所述第一U型测量管和所述第二U型测量管的中间。
优选地,所述第一U型测量管和所述第二U型测量管的侧管与中间管通过圆角过渡。
优选地,所述圆角的半径小于或等于所述侧管的端点至所述中间管的长度的一半。
优选地,所述第一U型测量管和所述第二U型测量管均为不锈钢材质。
本发明还提供了一种科氏质量流量计传感器,包括如上任一项所述的测量管装置。
本发明提供的科氏质量流量计传感器的测量管装置,包括第一U型测量管和第二U型测量管;所述第一U型测量管的轴心线所在平面与所述第二U型测量管的轴心线所在平面相平行,且所述第一U型测量管与所述第二U型测量管对称设置:所述第一U型测量管和所述第二U型测量管均设有驱动线圈和用于检测二者相对称的点的振动相位的检测线圈。需要说明的是,上述第一U型测量管与第二U型测量管对称设置,是指以二者轴心线所在平面的中间平面为对称面呈对称分布,流体从第一U型测量管和第二U型测量管二者相对称的一端同时流入,驱动线圈用于驱动第一U型测量管和第二U型测量管产生振动,检测
线圈用于检测第一U型测量管和第二U型测量管的相位,由于第一U型测量管和第二U型测量管振动频率的相位差成正比,因此,通过上述相位差可得到流体的质量流量。由于在达到同样的科氏力作用下,第一U型测量管和第二U型测量管的相位差值大于U型测量管自身的变形量,因此,以第一U型测量管和第二U型测量管的相位差值为参数计算出来的质量流量精度更高。因此,本发明提供的测量管装置,能够在不影响流量计本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度。
本发明还提供了一种科氏质量流量计传感器,包括如上所述的测量管装置。如此设置,本发明提供的科氏质量流量计传感器,其能够在不影响流量计本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度。
 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中第一U型测量管或第二U型测量管示意图
图1中
侧管一11、中间管一12、圆角的半径一R、侧管的端点至中间管的长度一L。
 
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种科氏质量流量计传感器的测量管装置,其能够在不影响流量计本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度。本具体实施方式还提供了种包括上述测量管装置的科氏质量流量计传感器。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参考图1,本具体实施方式提供的科氏质量流量计传感器的测量管装置,包括第U型测量管和第二U型测量管:第一U型测量管的轴心线所在平面与第二U型测量管的轴心线所在平面相平行,且第一U型测量管与第二U型测量管对称设置;第一U型测量管和第二U型测量管均设有驱动线圈和用于检测二者相对称的点的振动相位的检测线圈。需要说明的是,上述第一U型测量管与第二U型测量管对称设置,是指以位于二者轴心线所在平面的中间的中间平面为对称面呈对称分布,流体从第一U型测量管和第二U型测量管相对称的一端同时流入,驱动线圈用于驱动第一U型测量管和第二U型测量管产生振动,检测线圈用于检测第一U型测量管和第二U型测量管的相位,由于第一U型测量管和第二U型测量管振动频率的相位差成正比,因此,通过上述相位差可得到流体的质量流量。
由于在达到同样的科氏力作用下,第一U型测量管和第二U型测量管的相位差值大于U型测量管自身的变形量,因此,以第一U型测量管和第二U型测量管的相位差值为参数计算出来的质量流量精度更高。
因此,本具体实施方式提供的测量管装置,能够在不影响流量计本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度。
作为优选及举例,驱动线圈设置于第一U型测量管和第二U型测量管的中间管12需要说明的是,第一U型测量管和第二U型测量管均包括中间管12和与中间管12相连通的侧管11,两端的侧管11和中间管12共同形成了U型结构。将驱动线圏设置在中间管12上,能够带动第一U型测量管和第二U型测量管的各个位置产生较为均匀地振动,进一步提高了测量精度。
另外,第一U型测量管和所述第二U型测量管的侧管与中间管通过圆角过渡。作为优选,圆角的半径R小于或等于側管的端点至所述中间管的长度L的一半。如此设置,第一U型测量管和第二U型测量管的尺寸分布合理,能够使作用在管上的科氏力明显,测量管的变形加大,信噪比增加,减少了外界带来的干扰,提高了灵敏度,实现了更加精确的测量,获得了误差较小的数据。
另外,本具体实施方式中第一U型测量管和所述第二U型测量管优选采用不锈钢材质,不锈钢材质的测量管弹性较好、性能稳定,也能够进一步保证测量精度。
本具体实施方式还提供了一种科氏质量流量计传感器,包括如上所述的测量管装置。如此设置,本具体实施方式提供的科氏质量流量计传感器,其能够在不影响流量计本身和测量系统的基础上,提高测量系统的测量精度。该有益效果的推导过程与上述测量管装置所带来的有益效果的推导过程大体类似,故本文不再贅述。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情況下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相致的zui宽的范围。
 
 
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