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CN101981417B - 双驱动器振动流量计 - Google Patents

双驱动器振动流量计 Download PDF

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Abstract

根据本发明提供了一种双驱动器振动流量计(100)。所述双驱动器振动流量计(100)包括第一流管(102A)与大致位于所述第一流管(102A)附近的第二流管(102B)。所述第一和第二流管(102A、102B)包括纵向长度(L)。所述双驱动器振动流量计(100)还包括第一驱动器(121)与第二驱动器(122)，所述第一驱动器包括第一和第二驱动器部分(121A、121B)并被附加到所述第一和第二流管(102A、102B)，其中所述第一驱动器(121)位于沿着所述第一和第二流管(102A、102B)的第三纵向位置(Y)处；所述第二驱动器(122)包括第一和第二驱动器部分(122A、122B)并被附加到所述第一和第二流管(102A、102B)，其中所述第二驱动器(122)大致位于所述第三纵向位置(Y)处并且与所述第一驱动器(121)基本隔开。所述第一驱动器(121)与所述第二驱动器(122)基本一致地使所述第一和第二流管(102A、102B)振动。

Description

双驱动器振动流量计
技术领域
本发明涉及一种振动流量计，更具体地涉及一种双驱动器振动流量计。
背景技术
振动导管传感器(诸如科氏质量流量计与振动密度计)典型地通过检测包含流材料的振动导管的运动来操作。可以通过处理从与导管关联的运动换能器(transducer)接收的测量信号来确定与导管中的材料关联的特性，诸如质量流、密度等。填充振动材料的系统的振动模式通常受容纳导管的质量、硬度和阻尼的综合特性以及容纳在其中的材料影响。
典型科氏质量流量计包括在管道中或其它传输系统中串列(inline)地连接的一个或多个导管以及系统中的传送材料，例如流体、浆液等。每个导管可以被看作具有一组自然振动模式，例如包括简单弯曲、扭转、径向以及耦合模式。在典型的科氏质量流量测量应用中，当材料流过导管时，在一个或多个振动模式中激发导管，并且在沿着导管间隔的点处测量导管的运动。典型地由周期地扰动导管的致动器(例如诸如音圈型驱动器的机电装置)提供激发。可以通过测量换能器位置处的运动之间的时间延迟或相位差确定质量流速。典型地采用两个这种换能器(或运动敏感传感器，pickoff sensor)来测量一个或多个流导管的振动响应，并且所述两个换能器典型地被置于致动器的上游和下游位置。通过线缆(诸如通过两个独立的线对)将所述两个运动敏感传感器连接到电子仪器。仪器从两个运动敏感传感器接收信号并处理这些信号以获取质量流速测量。
振动流量计经常被用于测量相对低压力中的流动流体的质量流速。然而，存在对非常高流体压力下的质量流量测量的需要。在非常高流体压力的条件下，必须将流导管和其它流处理设备构造得重而坚固。
然而，这种结构强度使流量计组件的振动存在问题，因为高压流量计组件基本是刚性的。高压流量计组件还使对振动的响应的测量难以量化，因为振动响应由于刚性而相对小。此外，由于结构质量对非结构质量的比例，即流动流体的质量大大小于流导管的质量，所以流管振动频率受流材料的流体密度的影响将不高。在小的频率改变的情况下，所得到的振动幅度以及因此得到的传感器电压将变得极小，从而导致低的仪表灵敏度。对相对小的传感器电压进行分辨将更困难，因为信噪比将极小。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种双驱动器振动流量计。所述双驱动器振动流量计包括第一流管与大致位于所述第一流管附近的第二流管。所述第一和第二流管包括纵向长度L。所述双驱动器振动流量计还包括第一驱动器与第二驱动器，所述第一驱动器包括第一和第二驱动器部分并被附加到所述第一和第二流管，其中所述第一驱动器位于沿着所述第一和第二流管的第三纵向位置Y处；所述第二驱动器包括第一和第二驱动器部分并被附加到所述第一和第二流管，其中所述第二驱动器大致位于所述第三纵向位置Y处，并且与所述第一驱动器基本隔开。所述第一驱动器与所述第二驱动器基本一致地使所述第一和第二流管振动。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器关于所述第一与第二流管基本上质量平衡。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一和第二流管的大致中心操作。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器在所述第三纵向位置Y处基本沿直径相对地位于所述第一和第二流管上。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一与第二流管的大致中心操作，其中，所述第一驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致顶部区域并从所述第一与第二流管的大致顶部区域延伸，并且，所述第二驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致底部区域并从所述第一与第二流管的大致底部区域延伸。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一与第二流管的大致中心操作，其中，所述第一驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致顶部区域并从所述第一与第二流管的大致顶部区域延伸，并且，所述第二驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致底部区域并从所述第一与第二流管的大致底部区域延伸，其中所述第一驱动器与所述第二驱动器基本一致地扩张与收缩以使所述第一与第二流管在反向振动运动中运动到一起以及分开。
优选地，所述第一驱动器的所述第一驱动器部分至少部分是空心，并且其中当所述第一驱动器部分与所述第二驱动器部分运动到一起时所述第二驱动器部分至少部分地运动到所述空心中，而且其中所述第二驱动器的所述第一驱动器部分至少部分是空心，并且当所述第一驱动器部分与所述第二驱动器部分运动到一起时所述第二驱动器部分至少部分地运动到所述空心中。
在本发明的一个方面，提供了一种双驱动器振动流量计。所述双驱动器振动流量计包括第一流管与大致位于所述第一流管附近的第二流管。所述第一和第二流管包括纵向长度L。所述双驱动器振动流量计还包括第一驱动器与第二驱动器，所述第一驱动器包括第一和第二驱动器部分并被附加到所述第一和第二流管，其中所述第一驱动器位于沿着所述第一和第二流管的第三纵向位置Y处，并且被附接到所述第一与第二流管的大致顶部区域并从所述第一与第二流管的大致顶部区域延伸；第二驱动器包括第一和第二驱动器部分并被附加到所述第一和第二流管，其中所述第二驱动器大致位于所述第三纵向位置Y处并且与所述第一驱动器基本隔开，并且被附接于所述第一与第二流管的大致底部区域并从所述第一与第二流管的大致底部区域延伸。所述第一驱动器与所述第二驱动器基本一致地使所述第一和第二流管振动。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器关于所述第一与第二流管基本质量平衡。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一与第二流管的大致中心操作。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器在所述第三纵向位置Y处基本沿直径相对地位于所述第一和第二流管上。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器基本一致地扩张与收缩以使所述第一与第二流管在反向振动运动中运动到一起以及分开。
优选地，所述第一驱动器的所述第一驱动器部分至少部分是空心，并且其中当所述第一驱动器部分与所述第二驱动器部分运动到一起时所述第二驱动器部分至少部分地运动到所述空心中，而且其中所述第二驱动器的所述第一驱动器部分至少部分是空心，并且其中当所述第一驱动器部分与所述第二驱动器部分运动到一起时所述第二驱动器部分至少部分地运动到所述空心中。
在本发明的一个方面，提供了一种使双驱动器振动流量计振动的方法。所述方法包括对位于所述双驱动器振动流量计的第一流管上与第二流管上的第三纵向位置Y处的第一驱动器供能。所述第一与第二流管包括纵向长度L。所述方法还包括对基本位于所述第一流管与所述第二流管上的第三纵向位置Y处的第二驱动器供能。所述第二驱动器与所述第一驱动器基本隔开。所述第一驱动器与所述第二驱动器基本一致地使所述第一流管与所述第二流管振动。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器关于所述第一与第二流管基本质量平衡。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一与第二流管的大致中心操作。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器在第三纵向位置Y处基本沿直径相对地位于所述第一与第二流管上。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一与第二流管的大致中心操作，其中，所述第一驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致顶部区域并从所述第一与第二流管的大致顶部区域延伸，并且，所述第二驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致底部区域并从所述第一与第二流管的大致底部区域延伸。
优选地，所述第一驱动器与所述第二驱动器一起有效地对所述第一与第二流管的大致中心操作，其中，所述第一驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致顶部区域并从所述第一与第二流管的大致顶部区域延伸，并且，所述第二驱动器被附接到所述第一与第二流管的大致底部区域并从所述第一与第二流管的大致底部区域延伸，其中所述第一驱动器与所述第二驱动器基本一致地扩张与收缩以使所述第一与第二流管在反向振动运动中运动到一起以及分开。
优选地，所述第一驱动器包括至少部分为空心的第一驱动器部分，并且其中当所述第一驱动器部分与第二驱动器部分运动到一起时所述第二驱动器部分至少部分地运动到所述空心中，而且其中所述第二驱动器包括至少部分为空心的第一驱动器部分，并且当所述第一驱动器部分与第二驱动器部分运动到一起时第二驱动器部分至少部分地运动到所述空心中。
附图说明
在所有附图上，相同的附图标记表示相同的元件。应该理解附图不一定成比例。
图1示出了根据本发明的实施例的双驱动器振动流量计。
图2是根据本发明的实施例的双驱动器振动流量计的剖面图AA。
图3示出了根据本发明的实施例的电磁体的细节。
具体实施方式
图1-3和以下描述给出了具体的示例以教导本领域的技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。为了教导发明原理的目的，一些传统方面已被简化或忽略。本领域的技术人员将意识到来自这些示例的变化可以落入本发明的范围内。本领域的技术人员将意识到可以以各种方式组合下述的特征来形成本发明的多种变化。因此，本发明不被限定于下述的特定示例，而是由权利要求及其等同物来限定。
图1示出了根据本发明的实施例的双传感器振动流量计100。双传感器振动流量计100可以包括例如科氏流量计。可选地，双传感器振动流量计100可以包括密度计。双传感器振动流量计100包括具有纵向长度L的第一流管102A和第二流管102B、以及端元件105。撑杆103可以被附加到流管102A和102B，并可以确定双传感器振动流量计100的一些振动特征。端元件105可以提供附接能力来将双传感器振动流量计100连接到管道或导管。此外，端元件105可以提供分流能力，以将流体流基本在第一流管102A与第二流管102B之间分开。双传感器振动流量计100还包括运动敏感传感器108-111以及一个或多个驱动器121、122。
振动流量计100可以包括直管振动流量计，如图所示。可选地，振动流量计100可以采用弯曲的或不直的流管。
可以设计双传感器振动流量计100用于高压应用，并且可以利用相当厚的导管壁构造它。因此，流管硬度非常高，从而导致传感器处的低流管振动幅度。结果，传感器处的流管的变形相对小。此外，由于结构质量与非结构质量的比例，流管的固有振动频率(即，谐振频率)受流过流管的流动流体的流密度影响不高。因此，运动敏感传感器处的振动频率的变化比上质量流速的变化相对极小，从而导致低灵敏度。典型地，所关联的电子仪表(未示出)可能需要50mV的输入来精确地测量振动频率。由于小的振动幅度，运动敏感传感器将输出非常小的电压幅度。
现有技术中的一个方法是简单地放大来自运动敏感传感器的信号。然而，对于放大存在实际的上限，特别是在噪声环境中。放大的噪声可以使对于传感器信号的分辨变得困难或不可能。
双传感器振动流量计100包括位于沿着第一和第二流管102A和102B的第一纵向位置X处的第一运动敏感传感器108和第二运动敏感传感器109。第一运动敏感传感器108包括第一和第二传感器部分108A和108B，并且第二运动敏感传感器109包括第一和第二传感器部分109A和109B。虽然第一运动敏感传感器108和第二运动敏感传感器109都位于第一纵向位置X处，但第二运动敏感传感器109与第一运动敏感传感器108基本隔开。在一些实施例中，第一运动敏感传感器108和第二运动敏感传感器109在第一纵向位置X处基本相对地位于两个流管102A和102B上。在一些实施例中，第一运动敏感传感器108和第二运动敏感传感器109在第一纵向位置X处基本沿直径相对地位于两个流管102A和102B上。在一些实施例中，第一运动敏感传感器108和第二运动敏感传感器109基本被附接或附加到第一和第二流管102A和102B的顶部和底部区域，如图中所示。因此，第一运动敏感传感器108和第二运动敏感传感器109基本沿直径相对地布置就位。
此外，双传感器振动流量计100包括位于沿着第一和第二流管102A和102B的第二纵向位置Z处的第三运动敏感传感器110和第四运动敏感传感器111。第三运动敏感传感器110包括第一和第二传感器部分110A和110B，并且第四运动敏感传感器111包括第一和第二传感器部分111A和111B。第四运动敏感传感器111基本位于第二纵向位置Z处，并且与第三运动敏感传感器110隔开。在一些实施例中，第三运动敏感传感器110和第四运动敏感传感器111基本相对地位于两个流管102A和102B上。
第二纵向位置Z与第一纵向位置X隔开。因此，第三与第四运动敏感传感器110和111与第一和第二运动敏感传感器108和109在纵向上隔开。
双传感器振动流量计100还包括位于沿着第一和第二流管102A和102B的第三纵向位置Y的一个或多个驱动器121、122。所述一个或多个驱动器121、122使流管102A、102B基本上相对地振动，交替地使流管102A、102B向着和远离彼此运动。
在一个实施例中，仅需要单个(即第一)驱动器121。在这样的实施例中(未示出)，单个驱动器可以近似地位于第一和第二流管102A和102B之间，诸如在它们之间的空隙中。
可选地，如果流管102A、102B非常硬则需要多于一个驱动器。例如，为了在第一和第二流管102A和102B中获得期望的振动幅度，可以使用两个驱动器121和122。两个驱动器121和122可以位于相同的纵向位置Y处，并且可以基本一致地使流管102A和102B振动。因此，两个驱动器121和122可以使流管运动到一起以及分开。
第三纵向位置Y与第一纵向位置X和第二纵向位置Z均隔开。在一些实施例，第三纵向位置Y可以基本位于第一纵向位置X与第二纵向位置Z之间的中心。
每个运动敏感传感器108-111都包括耦接到相应流管的两个传感器部分。运动敏感传感器108包括耦接到第一流管102A的第一传感器部分108A以及耦接到第二流管102B的第二传感器部分108B。运动敏感传感器109包括耦接到第一流管102A的第一传感器部分109A以及耦接到第二流管102B的第二传感器部分109B。运动敏感传感器110包括耦接到第一流管102A的第一传感器部分110A以及耦接到第二流管102B的第二传感器部分110B。运动敏感传感器111包括耦接到第一流管102A的第一传感器部分111A以及耦接到第二流管102B的第二传感器部分111B。
在流管102A和102B的振动期间，流管的反向运动使得两个对应的传感器部分朝着和远离彼此运动，从而导致两个传感器部分的相对运动，分离和聚合。这还导致所产生的传感器电压信号。
在一些实施例中，第一传感器部分108A-111A至少部分空心，并且，当第一传感器部分108A-111A与第二传感器部分108B-111B聚合时，第二传感器部分108B-111B至少部分地运动进空心区域150。可选地，传感器可以具有其它的配合形状。
在图中所示的实施例中，双传感器振动流量计100包括第一和第二驱动器121和122。第一和第二驱动器121和122一起工作以使流管相对地振动。两个驱动器组合在一起提供提高的驱动功率。第一驱动器121包括耦接到第一流管102A的第一驱动器部分121A以及耦接到第二流管102B的第二驱动器部分121B。第二驱动器122包括耦接到第一流管102A的第一驱动器部分122A以及耦接到第二流管102B的第二驱动器部分122B。
在一些实施例中，第一驱动器部分121A/122A至少部分空心，并且，当第一驱动器部分121A/122A与第二驱动器部分121B/122B聚合(即，它们朝向彼此运动)时，第二驱动器部分121B/122B至少部分地运动进空心区域。可选地，驱动器可以具有其它的配合形状。
双平衡的驱动器布置与现有技术不同。在一个现有技术方法中使用了单个驱动器，其中两个驱动器部件被布置成作用于一个或两个流管的中心。可选地，在另一现有技术驱动器设计中，现有技术驱动器可以从流管中心线偏离，并因此可以包括流管的相对侧上的质量平衡，以平衡两个现有技术驱动器部件的质量。
第一驱动器121和第二驱动器122关于第一和第二流管102A和102B基本上质量平衡。第一驱动器121和第二驱动器122一起有效地对第一和第二流管102A和102B的大致中心操作。结果，第一驱动器121和第二驱动器122不对第一和第二流管102A和102B施加任何扭力或扭矩。在一些实施例中，第一驱动器121和第二驱动器122在第三纵向位置Y处基本沿直径相对地位于第一和第二流管102A和102B上。
在图中所示的实施例中，第一驱动器121被附接到第一和第二流管102A和102B的大致顶部区域，并从所述大致顶部区域延伸。相应地，第二驱动器122被附接到第一和第二流管102A和102B的大致底部区域，并从所述大致底部区域延伸。结果，第一驱动器121和第二驱动器122基本一致地扩张和收缩以使第一和第二流管102A和102B在反向振动运动中运动到一起以及分开。此外，驱动器121和122的基本平衡的布置确保阻尼力也同样基本平衡。
图2是根据本发明的实施例的双驱动器振动流量计100的剖面图AA。在图中的纵向位置Y处切取剖面AA。该剖面示出了第一和第二流管102A和102B，并且示出了所关联的从第一和第二流管102A和102B延伸的安装元件131和132。安装元件131和132使第一和第二驱动器121和122能够附接。
安装元件131A和131B从第一和第二流管102A和102B的顶部区域150延伸，而安装元件132A和132B从底部区域151延伸。从而，驱动器121和122有效地对第一和第二流管102A和102B的中心操作。然而，也可以考虑其它位置，并且这些其他位置在本说明书和权利要求的范围内。顶部和底部区域150和151的标识仅为了说明的目的，而不是将驱动器121和122(或振动流量计100，就此而言)限定到任何具体方向上。
在一些实施例中，第一和第二驱动器121和122包括安装伸出体134、永磁体部分135/137、以及电磁体部分136/138。因此，第一驱动器部分121A可以包括结合到电磁体部分136的安装伸出体134，而第二驱动器部分121B包括结合到永磁体部分135的安装伸出体134。两个安装伸出体134附加到安装元件131A和131B。在一些实施例中，两个安装伸出体134可以被可调整地附加到安装元件131A和131B。类似地，第二驱动器122可以包括结合到安装伸出体的永磁体部分137以及结合到安装伸出体134的电磁体部分138。类似地，第二驱动器122的两个安装伸出体134附加到安装元件132A和132B。第二驱动器122的两个安装伸出体134可以被可调整地附加到安装元件132A和132B。从而，当电磁体部分136和138被致动时，永磁体部分135和137可以交替地吸引和排斥，使第一和第二流管102A和102B基本相对地振动。
永磁体部分135和137可以包括接收电磁体136和138的至少一部分的空心139和140。永磁体部分135和137的一些或全部可以包括永磁体。因此，当两个驱动器部分运动到一起时，电磁体136和138至少可以部分地运动到空心139和140中。应该理解，磁体135/137与电磁体136/138的布置可以交换，并不被限定于所示的安排。
图3示出了根据本发明的实施例的电磁体136和138的细节。电磁体136和136中的每个都包括线圈部分143、支架(standoff)部分144和凸缘145。凸缘145可以被设计为紧密地配合到空心139和140中(见图2)。支架部分144可以包括可磁化或导磁材料，并且可以包括部分或全部穿过线圈部分143的芯部分。因此，支架部分144可以将磁通量导向凸缘145。类似地，凸缘145可以包括可磁化或导磁材料，其中，在由线圈143产生的磁通量的影响下，凸缘145吸引或排斥相应的永磁体135和137以使第一和第二流管102A和102B振动。

Claims (6)

1.一种双驱动器振动流量计(100)，包括：
第一流管(102A)，其包括第一上驱动器安装元件(131A)及第一下驱动器安装元件(132A)；
第二流管(102B)，其包括第二上驱动器安装元件(131B)及第二下驱动器安装元件(132B)且大致位于所述第一流管(102A)的附近，其中，所述第一和第二流管(102A、102B)包括纵向长度(L)；
第一驱动器(121)，其包括被附加到所述第一流管(102A)的第一上驱动器部分(121A)以及被附加到所述第二流管(102B)的第二上驱动器部分(121B)，其中，所述第一驱动器(121)位于沿着所述第一和第二流管(102A、102B)的第三纵向位置(Y)处，并且被附接于所述第一和第二流管(102A、102B)的大致顶部区域(150)并从所述第一和第二流管(102A、102B)的大致顶部区域(150)延伸，而且所述第一上驱动器部分(121A)和第二上驱动器部分(121B)包括可调整地附加到第一上驱动器安装元件(131A)和第二上驱动器安装元件(131B)的安装伸出体(134)；以及
第二驱动器(122)，其包括被附加到所述第一流管(102A)的第一下驱动器部分(122A)以及被附加到所述第二流管(102B)的第二下驱动器部分(122B)，其中，所述第二驱动器(122)大致位于所述第三纵向位置(Y)处并且与所述第一驱动器(121)基本隔开，并且被附接于所述第一和第二流管(102A、102B)的大致底部区域(151)并从所述第一和第二流管(102A、102B)的大致底部区域(151)延伸，而且所述第一下驱动器部分(122A)和第二下驱动器部分(122B)包括可调整地附加到所述第一下驱动器安装元件(132A)和第二下驱动器安装元件(132B)的安装伸出体(134)，其中，所述第一驱动器(121)和所述第二驱动器(122)基本一致地使所述第一和第二流管(102A、102B)振动。
2.如权利要求1所述的双驱动器振动流量计(100)，其中，所述第一驱动器(121)和所述第二驱动器(122)关于所述第一和第二流管(102A、102B)基本质量平衡。
3.如权利要求1所述的双驱动器振动流量计(100)，其中，所述第一驱动器(121)和所述第二驱动器(122)一起有效地对所述第一和第二流管(102A、102B)的大致中心操作。
4.如权利要求1所述的双驱动器振动流量计(100)，其中，所述第一驱动器(121)和所述第二驱动器(122)在所述第三纵向位置(Y)处基本沿直径相对地位于所述第一和第二流管(102A、102B)上。
5.如权利要求1所述的双驱动器振动流量计(100)，其中，所述第一驱动器(121)和所述第二驱动器(122)基本一致地扩张与收缩以使所述第一和第二流管(102A、102B)在反向振动运动中运动到一起以及分开。
6.如权利要求1所述的双驱动器振动流量计(100)，其中，所述第一驱动器(121)的所述第一上驱动器部分(121A)至少部分是空心(139)，并且其中，当所述第一上驱动器部分(121A)和所述第二上驱动器部分(121B)运动到一起时所述第二上驱动器部分(121B)至少部分地运动到所述空心(139)中，并且其中，所述第二驱动器(122)的所述第一下驱动器部分(122A)至少部分是空心(140)，并且其中，当所述第一下驱动器部分(122A)和所述第二下驱动器部分(122B)运动到一起时所述第二下驱动器部分(122B)至少部分地运动到所述空心(140)中。
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