CN1199032C - 用于科里奥利流量计的平衡杆 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

用于科里奥利流量计的平衡杆

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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US 5,691,485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。

美国专利US 4,831,885披露了一种科里奥利式质量流量计，其中流管是以一种约等于在一种较高的反对称模式下(例如第二模式)的强迫或自然振动频率的共振频率振动。在优选实施例中，该流量计是对称的并且在振幅最大的位置处具有椭圆横截面的部分，该部分对于振动具有较低的抗弯性能。该优选实施例使用了电子信号检测/处理装置，该电子信号检测/处理装置在等距离的振动方向上但是在流管对称平面的相对两侧产生两个与流管速度成比例的信号，产生两个信号的和以及两个信号之间的差，对信号的和进行积分，对积分的信号以及两个信号之间的差进行解调以产生峰值振幅信号，并且将峰值振幅信号分开以形成与质量流速成比例的输出信号。该优选实施例还设有一种新的声波抑制器，所述声波抑制器包括旁通管和安装在流管内的柔性膜片，从而可通过使声波穿过膜片传播来抑制声波，从而使流量计与声波隔离。

美国专利US 5,381,697披露了一种能够使流动介质根据科里奥利原理工作的质量流量计，它包括一种可装有流动介质的用于测量的直管、作用在测量管上的振动器以及两个用于检测科里奥利力和/或基于科里奥利力的科里奥利振动的传感器。该流量计还具有载体管，载体管用于固定测量管、振动器、两个传感器以及两个温度传感器，所述温度传感器能够检测测量管的温度并根据测量管的温度对测量值进行修正。测量管和载体管以不能进行相对的轴向移动的方式相互连接在一起，并且在测量管和载体管连接点之间的轴向距离表示测量管的振动长度。这种质量流量计是这样设计的，即，能够以一种简单的方式使测量值基本上与温度变化无关以及与从外部施加的作用力无关，并且使一个能够检测测量管的振动长度变化的长度变化检测传感器可根据在测量管上的振动长度和应力对测量值进行修正。

发明内容

本发明能够解决上述和其它问题并且在本领域中作出一种改进，本发明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。本发明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例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。在本发明中，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(太重)转移到平衡杆(太轻)，从而有助于使流量计保持平衡。被转移的质量也具有与质量相关的刚度。但是，由于短弹簧的刚度高于长弹簧的刚度(其它一切是相等的)，因此刚度沿着另一个方向被转移，即从平衡杆转移到流管。这也有助于通过提高已被稠密流体降低的流管共振频率来使流量计保持平衡。刚度转移还能够降低平衡杆共振驱动频率，使其更接近流管驱动频率。如果能够使这两个共振频率之间保持相等，那么流管和平衡杆将调节它们的振幅以保持平衡。

当流体密度改变时，这种转移质量和刚度的方法是一种在一个宽的流体密度范围内使流量计保持平衡的理想方法，但是在现有技术中所涉及的流量计中，这种转移质量和刚度的方法所能够转移的质量或刚度是远不够的。平衡杆较小，因此由移动节面所转移的质量也较小。另外，现有技术中所涉及的流量计的平衡杆刚度散布在整个平衡杆圆筒中，因此刚度转移也是较小的。但是，在本发明所涉及的平衡杆利用空隙去除了中心区域中的刚度。这使刚度集中在平衡杆的端部处和支撑杆中。因此，随着流体密度的改变，节面的移动能够转移更多的刚度。比起已有技术的流量计来，在流体密度的宽范围上得到较好的平衡。

本发明所涉及的平衡杆中的空隙还可降低平衡杆的第二弯曲振动模式的共振频率。这种模式的形成类似于流管的科里奥利偏转，这种模式在平衡杆的中心具有一个节点并且在节点的每一侧上具有符号相反的偏转振幅。平衡杆的第二弯曲模式可由流管的科里奥利偏转激发。平衡杆的这种激发被称为类似科里奥利的响应或偏转，这是由于它类似于流管的科里奥利偏转。由于第二弯曲共振频率高于科里奥利偏转频率的频率(也被称为驱动频率)，因此平衡杆的类似科里奥利的偏转与流管的科里奥利偏转是同相的。这种同相运动减小了流管的表观的科里奥利偏转振幅，这是因为传感器检测的是流管和平衡杆之间的相对运动。来自于传感器的表观科里奥利偏转信号较小会降低流量计的敏感性。但是，由于平衡杆第二弯曲模式的类似科里奥利激发所导致的敏感性降低能够使流量计的流动敏感性与流体密度无关。

现有技术中所涉及的科里奥利流量计的流动敏感性会随着流体密度的增大而降低。流量计电子设备必须对这种转变进行补偿。导致这种转变的原因是，传感器信号输出的幅值与流管和平衡杆之间的相对速度是成比例的。在物质流经时，流管经受科里奥利偏转，而现有技术中所涉及的平衡杆却没有受到这样的作用影响。每一个传感器输出是产生相移的流管的科里奥利偏转速度和无相移的平衡杆速度的矢量和。这样，传感器之间的净相移会因平衡杆的无相移振动而被降低。如果平衡杆振动驱动振幅大于流管振动驱动振幅，那么净相移输出将会被大大地降低。如果平衡杆振动驱动振幅小于流管振动驱动振幅，那么净相移输出的降低仅是略微降低。美国专利US 5,969,265中的图27和图28详细地示出了这种原理。

流动敏感性相对于流体密度的这种转变是由于流管和平衡杆之间的振幅比随着流体密度的改变而改变所导致的。对于一种高密度的流体，流管驱动振幅低于平衡杆驱动振幅并且流动敏感性降低。对于一种低密度的流体，流管驱动振幅高于平衡杆驱动振幅并且流动敏感性提高。

本发明所涉及的平衡杆利用能够降低平衡杆第二弯曲模式频率的空隙克服了这个问题。如前面所描述的，由流管的科里奥利偏转所导致的平衡杆第二弯曲模式的同相类似科里奥利激发会降低流量计的敏感性。平衡杆第二弯曲模式的类似科里奥利激发的程度随着平衡杆第二弯曲共振频率与科里奥利(驱动)频率之间的频率分离的变化而变化。如果两种频率是接近的，那么第二弯曲的类似科里奥利偏转的振幅较大并且流动敏感性的降低程度增大。如果所述频率分离较大，那么平衡杆第二弯曲的类似科里奥利偏转的振幅较小并且流动敏感性的降低程度减小。平衡杆第二弯曲模式的频率不会随着流体密度的变化而改变，但是驱动频率却会随着流体密度的变化而改变。这样，对于一种稠密流体，驱动频率降低，驱动频率和类似科里奥利偏转的共振频率之间的频率分离增大，敏感性的降低程度下降。类似地，对于一种低密度流体，驱动频率增大，频率分离减小，敏感性的降低程度增大。流动敏感性相对于流体密度的这些转变是与因振幅比的改变而导致的敏感性相对于密度的转变是相反的。通过使平衡杆第二弯曲频率与驱动频率适当地分隔开，可使因改变振幅比而改变的敏感性和因改变平衡杆第二激发而改变的敏感性相互抵消。这会使流量计的流动敏感性与流体密度无关。

设置在平衡杆中心部分两侧上的空隙用于使平衡杆的第二弯曲频率定位，从而使流量计的流动敏感性与流体密度无关。较大的空隙能够降低驱动频率和平衡杆第二弯曲频率；朝着传感器所处位置的方向使空隙向外移动能够提高驱动频率并且降低平衡杆第二弯曲频率。通过设置尺寸和位置适当的空隙，能够使频率分离被设定为修正值以使流动敏感性与流体密度无关。

本发明所涉及的平衡杆还具有一个中心部分，所述中心部分能够使平衡杆驱动振幅低于流管的驱动振幅。如前面所描述的，在流量已知的情况下，无相移平衡杆运动使传感器信号之间的相移减小。通过使质量处于平衡杆的中心部分并且使刚度处于端部，平衡杆的驱动振幅可被降低同时还能够使流量计保持平衡。使平衡杆驱动振幅小于流管的驱动振幅能够增大来自于传感器的相移，从而提高了流量计的流动敏感性。对于一种铸造而成的平衡杆，无需付出过多的努力或者增加成本即可以将任意数量的质量和刚度加入到平衡杆的任何的位置中以降低平衡杆的振幅。

本发明所涉及的平衡杆的另一个优点是，侧肋条能够增大横向振动的频率同时还能够使平衡杆的驱动平面振动基本上不受到影响。这可使所不希望的横向振动的振幅达到最小同时增大它们的频率。利用侧肋条对振动频率进行控制能够使所需的科里奥利偏转信号被提供给相关的流量计电子设备同时能够减少表示所不希望的频率的信号数量以及提高与科里奥利偏转信号的频率分离程度。这有助于科里奥利偏转信号的信号处理并且能够提高科里奥利流量计输出数据的精度。

根据本发明的第一实施例，以铸造的方法制造平衡杆能够在制造过程中提供用于驱动器和传感器的孔和安装表面，在装配所述流量计时驱动器和传感器被安装在平衡杆上。这使传感器的安装基座包括添加到支撑杆上的材料而不是将以机械加工的方式去掉材料。通过增加基座，不会使平衡杆的壁厚局部地减小，这样具有足够多的材料以对用于传感器安装紧固件的孔进行攻丝。

本发明第一实施例的另一个优点是，制造方法包括设置与平衡杆端部成为一体的支撑杆。整体式支撑杆具有一个中心开口以接收流管，所述流管在流量计整个长度上延伸并且延伸到位于每一端部处的法兰。整体式支撑杆消除了两个原来在连接支撑杆和平衡杆时所必需的重要的铜焊接合部分。

本发明第一实施例的另一个特征和优点是，本发明所涉及的侧肋条与平衡杆是一体的，从而使侧肋条在空隙区域中为平衡杆提供了附加的横截面积。增加的横截面积能够减小由于流管或壳体在平衡杆上施加的压缩热作用力或拉伸热作用力而在平衡杆中所产生的高应力。如果在现有技术中所涉及的一种管式平衡杆中设置位于平衡杆的中心部分每一侧上的空隙，那么将会局部地减小横截面积，这将使现有技术中所涉及的这种平衡杆的强度降低。由于温差而施加在现有技术中所涉及的这种平衡杆上的轴向应力和轴向作用力会在空隙附近的区域中产生过高的应力。但是，本发明所涉及的平衡杆会因为具有侧肋条而使在这些区域中的横截面积增大，从而使热应力被减小到一个能够接受的程度。

以铸造的方式制造具有上述所有特征的平衡杆的方法无需在现有技术中所涉及的圆筒形平衡杆的制造过程中需要的许多机械加工、焊接或铜焊工艺。本发明所涉及的平衡杆克服了目前在现有技术中所涉及的直管式科里奥利流量计所存在的缺点，因此在本领域中是一种改进。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种科里奥利流量计，所述科里奥利流量计具有：用于接收物质流的流管；平衡杆，所述平衡杆具有通过支撑杆装置而与所述流管接合在一起的端部；驱动器，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，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；其中，所述科里奥利流量计还包括在所述平衡杆的相对侧上的一对肋条，以提高所述平衡杆的横向振动的频率。

所述对肋条最好与所述平衡杆成为一体。

所述对肋条最好固定在所述平衡杆上。

所述对肋条的取向是与所述平衡杆的纵向轴线平行的。

所述对肋条最好在所述平衡杆的整个长度上延伸。

所述肋条延伸的长度小于所述平衡杆的长度；以及

所述平衡杆是圆筒形的并且包围所述流管。

所述平衡杆最好包括空隙；所述肋条在所述平衡杆中位于所述空隙附近的部分中增大了所述平衡杆的横截面积，从而能够提高所述平衡杆的轴向刚度，并且当所述流管的长度变化时都能够抵抗轴向地施加在所述平衡杆上的拉伸作用力和压缩作用力。

所述科里奥利流量计最好包括一个驱动器，该驱动器包括驱动磁体和驱动线圈，还包括：

在所述平衡杆中的用于接收所述驱动器的磁体的孔；以及

在所述孔附近的第一安装元件，所述第一安装元件与所述平衡杆是一体的并且能够将所述驱动器的线圈固定到所述平衡杆上。

所述能够固定所述驱动线圈的第一安装部件最好包括：

在所述平衡杆上的轴向中心元件；以及

在该中心元件上的平表面，所述平表面具有中心开口，所述中心开口能够使所述驱动磁体穿过所述中心开口伸入到所述驱动线圈中。

该科里奥利流量计最好还包括与所述平衡杆成为一体的第二安装元件，第二安装元件能够使所述传感器装置固定到所述平衡杆上。

所述能够固定所述传感器的第二安装部件最好包括平表面，所述平表面具有在所述平衡杆中的开口，所述开口有助于使所述传感器装置的线圈固定到所述平衡杆上。

该科里奥利流量计最好还包括与平衡杆成为一体并且能够使所述平衡杆的共振频率降低向所述装有物质的流管的共振频率的元件。

所述能够降低所述平衡杆的共振频率的元件最好还包括与所述平衡杆成为一体并且能够提高所述平衡杆挠性的元件。

所述能够提高所述平衡杆部分挠性的元件最好包括在所述平衡杆中并且位于所述平衡杆中心部分的每一个轴向侧上的空隙。

与所述平衡杆成一体的元件最好使平衡杆振动幅度小于所述流管的振动幅度。

与所述平衡杆成一体的元件最好能够降低所述平衡杆的第二弯曲频率，以使所述科里奥利流量计的校准系数与所述流动物质的密度无关。

所述支撑杆装置最好限定为单独的支撑杆，每一个支撑杆在所述平衡杆的不同端部处与所述平衡杆成为一体；

每一个支撑杆是具有中心开口和垂直于所述平衡杆纵向轴线的表面的圆形元件，所述中心开口用于接收流管。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种制造用于科里奥利流量计的平衡杆的方法，所述方法包括下列步骤：

形成所述平衡杆，所述平衡杆是细长元件，所述细长元件具有径向中心开口用于接收流管；

形成与所述平衡杆成为一体的支撑杆，所述支撑杆在所述细长元件的每一个端部处具有一个中心开口；

在所述平衡杆中形成至少一个空隙；

在所述平衡杆的相对侧上形成一对肋条用于提高所述平衡杆的横向振动频率；

至少一个肋条元件包括在所述平衡杆的侧面上的肋条，所述肋条的取向是与所述平衡杆的纵向轴线平行的；以及

所述肋条包括能够在所述至少一个空隙附近的区域中增大所述平衡杆的横截面积并且当所述流管的长度变化时能够抵消轴向地施加在所述平衡杆上的拉伸作用力和压缩作用力的元件。

所述方法包括下列步骤：形成与所述平衡杆成为一体的第一安装元件，所述第一安装元件能够使驱动器固定到所述平衡杆上，所述第一安装元件限定了在所述平衡杆上的轴向中心元件，以及在所述中心元件上形成平表面，所述平表面具有能够使所述驱动器固定在所述平衡杆上的中心开口。

所述方法最好还包括下述步骤：形成与所述平衡杆成为一体的第二安装元件，所述第二安装元件能够使所述传感器装置固定到所述平衡杆上，所述第二安装元件包括平表面，所述平表面具有在所述平衡杆中的开口，该开口有助于使所述传感器装置固定到所述平衡杆上。

所述方法最好还包括下述步骤：在所述平衡杆中的空隙使所述平衡杆的共振频率降低向所述装有物质的流管的共振频率；所述能够降低所述平衡杆的共振频率的空隙包括与所述平衡杆成一体的且能够提高所述平衡杆的挠性的空隙；所述能够提高该平衡杆挠性的空隙包括限定在所述平衡杆中的位于所述平衡杆中心部分的每一个轴向侧上的空隙；所述能够降低所述平衡杆的共振频率的空隙还能够使所述科里奥利流量计的校准系数与所述流动物质的密度无关。

所述能够降低所述平衡杆的共振频率的空隙还能够使所述科里奥利流量计的校准系数与所述流动物质的密度无关。

所述方法最好还包括下述步骤：形成与所述平衡杆成为一体并且能够使所述平衡杆的振幅小于所述流管的振幅的空隙。

所述形成的步骤包括形成铸型，所述铸型具有：限定所述平衡杆的一个细长元件的腔，所述细长元件具有径向中心开口以用于接收流管；限定与所述平衡杆成为一体的支撑杆的腔，所述支撑杆在所述细长元件的每一个端部处具有一个中心开口；限定在所述平衡杆中的至少一个空隙的腔；限定与所述平衡杆成为一体的所述对肋条的腔，用于提高所述平衡杆的横向振动频率；所述形成的方法包括下列步骤：利用熔融材料充填所述腔以形成所述平衡杆；以及将所述已形成的平衡杆从所述铸型中取出。

最好，所述形成的步骤包括形成铸型的步骤，所述铸型还具有：限定与所述平衡杆成为一体的第一安装元件的腔，所述第一安装元件能够使驱动器固定到所述平衡杆上，所述第一安装元件限定了在所述平衡杆上的轴向中心元件和在所述中心元件上的平表面，所述平表面具有能够使所述驱动器固定在所述平衡杆上的中心开口。

所述形成的步骤最好包括形成铸型的步骤，所述铸型具有：限定与所述平衡杆成为一体的第二安装元件的腔，所述第二安装元件能够使所述传感器装置固定到所述平衡杆上，所述第二安装元件包括平表面，所述平表面具有在所述平衡杆中的开口，所述开口有助于使所述传感器装置固定到所述平衡杆上。

所述形成的步骤包括形成铸型的步骤，所述铸型具有腔，该腔在该平衡杆中限定出空隙，以便能使所述平衡杆的共振频率降低向所述装有物质的流管共振频率。

该形成步骤包括形成铸型步骤，所述铸型具有在所述平衡杆中限定出空隙的腔，该空隙使所述平衡杆的振幅小于所述流管的振幅。

所述方法包括利用物质充填所述腔以构成所述平衡杆的步骤。

附图说明

从下面参照附图对本发明的详细描述中可以更好地理解本发明的这些和其它优点，在附图中：

图1示出了一种已装配完成的具有本发明所涉及的平衡杆的直管式科里奥利流量计；

图2进一步示出了平衡杆的具体细节；

图3示出了图2中所示的平衡杆，其中平衡杆与贯穿平衡杆的流管结合在一起，并且平衡杆还与固定在图2中所示的平衡杆每一端处的壳体连接件结合在一起。

具体实施方式

对图1进行的描述

图1示出了设置在直管式科里奥利流量计100中的本发明所涉及的平衡杆102。图1中所示的流量计100包括平衡杆102、位于平衡杆102内的流管101以及封装流管和平衡杆的壳体103。流管在流量计100的整个长度上从法兰109的输入端114穿过锥形连接件116、穿过壳体连接件117和平衡杆102、穿过位于流量计右侧的锥形连接件116延伸到流量计输出端上的法兰109。法兰109包括多个孔111以便于连接一个可与流量计100相连的供给系统。法兰109具有一个从法兰表面112突出的圆形垫圈113，垫圈113与法兰109是一体的。流管101的左侧末端穿过法兰109和垫圈113并且与垫圈113的左轴向表面平齐，流管101的左侧末端以密封的方式固定在垫圈113上。流管101以密封且固定的方式与锥形连接件116相连以使流管的振动达到最小。流管101穿过支撑杆105，支撑杆105以固定的方式与流管101、壳体连接件117以及平衡杆102的左端连接在一起。

壳体103具有壳体壁104，壳体103在每一端处利用焊接件106与锥形的壳体端部107相连，锥形的壳体端部107具有一个颈部108，颈部108延伸到每一个法兰109的轴向内表面。每一个壳体连接件117在其端部处与壳体103的壁104的内表面110相连。壳体连接件117能够使流管和平衡杆端部的振动达到最小。

平衡杆102具有一个驱动器D和一对传感器LPO和RPO，驱动器D与平衡杆102的中心元件119相连。驱动器D以公知的方式使平衡杆102和流管101反相振动。流经振动的流管101的物质流在流管中产生科里奥利偏转。左传感器LPO和右传感器RPO可以常规的方式对这些科里奥利偏转进行检测。由传感器所产生的输出信号通过导体122和123被传送给流量计电子设备125，导体122和123穿过馈通装置121。流量计电子设备125还通过导体124将一种信号提供给驱动器D，从而能够利用驱动器D使流管和平衡杆以装有物质的流管的共振频率振动。流量计电子设备125通过导体122和123接收传感器信号，对这些信号进行处理并通过路径126将输出数据提供给一个应用电路(未示出)。通过路径126输出的信息包括关于物质流的信息。

对图2和图3进行的描述

图2和图3进一步披露了本发明所涉及的平衡杆的具体细节。图2进一步地示出了图1中所示平衡杆102的具体细节。图3进一步披露了平衡杆102的具体细节，其中流量计处于部分装配的状态下，平衡杆102与流管101、壳体连接件117以及支撑杆105连接在一起。

在图2中，平衡杆102包括一个圆筒形部分，所述圆筒形部分具有一个输出端204、一个右主体部分201和一个左主体部分202。主体部分201和202的形状如由输出端204所示为圆筒形。肋条203在包括左主体部分202和右主体部分201的平衡杆的每一侧上。平衡杆102还包括中心元件119，中心元件119具有一个用于接收驱动器D的一个磁体的孔221。平衡杆102还包括位于中心元件119左侧的空隙218以及位于中心元件119右侧的空隙219。平衡杆还包括位于左主体部分202上的一个传感器支承件207以及位于右主体部分201上的一个类似的传感器支承件208，传感器支承件207具有一个平表面209，传感器支承件208具有一个平表面211。传感器支承件207包括一个用于接收左传感器LPO的一个磁体的孔212。传感器支承件208包括一个用于接收右传感器RPO的线圈的孔213。孔214以及表面209和211有助于使传感器RPO和LPO的线圈的支承硬件与平衡杆102接合在一起。平表面216和217有助于设置平衡杆102的支承件或平衡配重(未示出)。这些平衡配重用于对流量计的平衡进行微调以克服制造过程中所出现的一些差异。在中心元件119中的开口221有助于使一个磁体被插入到驱动器D的线圈中。螺纹孔222有助于使一个驱动器线圈的线圈硬件安装在平衡杆上。

平衡杆102与现有技术中所涉及的利用圆筒形元件作为平衡杆的直管式科里奥利流量计的平衡杆相比是具有优势的。在支撑杆102上设置侧肋条203是有益的，这是因为侧肋条能够抑制所不希望出现的支撑杆102横向振动同时对所需要的垂直振动的影响却很小，特别是对驱动模式的垂直振动影响很小。侧肋条203以及它们的中心部分224和225还具有这样一个优点，即，它们在平衡杆最靠近空隙218和219的区域中为平衡杆结构提供了附加的横截面积。肋条的附加横截面积为平衡杆提供了强度以抵抗由壳体和流管所施加的拉伸应力和压缩热应力。肋条部分224和225能够补偿由空隙218和219所带来的刚度损失。现有技术中所涉及的利用管形材料机加工而成的平衡杆缺少肋条，如果这样的平衡杆具有类似于空隙218和219的空隙，那么在平衡杆靠近这些空隙的区域中的热应力会高得无法承受。

由于平衡杆102包括有助于将传感器RPO和LPO安装到平衡杆102上的元件207和208，因此为平衡杆102带来了另一个优点。元件207和208的平表面209和211为传感器RPO和LPO在平衡杆上的安装提供了一种理想的表面。平衡杆102与现有技术中所涉及的平衡杆相比是具有优势的，这是因为现有技术中所涉及的平衡杆仅是一个具有用于安装传感器线圈的螺纹孔和用于接收传感器磁体的大孔的圆筒形元件。或者，现有技术中所涉及的平衡杆可能具有用于每一个传感器的机加工平台。但是，这将使平衡杆在螺纹孔区域处过薄。所设置的元件207和208以及它们的平表面209和211能够有助于传感器线圈和相关硬件的安装。

由于中心元件119所含的部分具有开口221，因此为本发明所涉及的平衡杆带来了另一个优点。在中心元件119的每一侧设置空隙218和219能够降低平衡杆102的刚度来提高平衡杆102的挠性。这能够使平衡杆驱动模式的共振频率降低到装有物质的流管的共振频率。为了使流量计能够以无振动的形式工作，共振频率的匹配是必须的。去除平衡杆中心附近区域的刚度以使剩余的刚度集中在支撑杆105的区域中，从而有利于流量计在一个较宽的流体密度范围内保持平衡。这相对于现有技术中所涉及的流量计具有明显的优势，这是因为对于现有技术中所涉及的流量计的包括一个圆筒形元件的平衡杆，必须通过增加配重对这种圆筒形元件校准和调节以使平衡杆驱动频率与装有物质的流管的频率相匹配。另外，必须提供不同的配重以使平衡杆能够用于不同密度的流体。

设置空隙218和219还带来的这样一个优点，即，它们能够降低平衡杆在第二弯曲模式下的刚度。这将第二弯曲共振频率降低向这样一个点，即，使平衡杆响应于流管的科里奥利偏转而产生的类似科里奥利偏转能够消除流动敏感性相对于流体密度的变化。由于这能够使流量计的校准系数与密度无关，因此这是有优势的。

由于中心元件119中包含壁厚大于平衡杆其它部分壁厚的部分而使中心元件119中所包含的部分具有较大的质量，因此为本发明所涉及的平衡杆带来了另一个优点。这样的质量使平衡杆的驱动模式振幅降低并且使其低于流管的驱动模式振幅。它所带来的优点是，能够提高如前面所述的流量计的流动敏感性。质量向着驱动模式振幅最大的平衡杆中心处集中使平衡杆材料具有一种最佳使用效果。处于振幅较小的平衡杆的端部附近的相同质量几乎不会影响流量计平衡或振幅比。现有技术中所涉及的流量计的平衡杆是由均匀壁厚的管材构成的。这样就必须在平衡杆上设置能够增加质量的元件。

由于本发明所涉及的平衡杆包括与平衡杆102成为一体的支撑杆105，因此为本发明所涉及的平衡杆带来了另一个优点。与现有技术中所涉及的流量计的平衡杆相比，这是一个独特的优点，在现有技术中所涉及的流量计中，平衡杆和支撑杆是独立元件，并且必须被制作和装配，在流量计的装配过程中必须将它们相互固定在一起。将在平衡杆和流管之间的铜焊或焊接接合部分从四个减少至两个能够降低制造成本以及提高流量计的可靠性。

总之，由于平衡杆102具有符合装有平衡杆的流量计要求的特定和已知的操作特征，因此平衡杆102是具有优势的。利用铸造方法制造这种平衡杆能够使用于调整所需模式的频率的设计挠性具有它们的最佳值。利用铸造方法制造这种平衡杆还考虑到能够改变问题模式的频率的特征以使它们的频率与操作频率分离，从而消除了它们对流量计工作性能的负面影响。另外，利用铸造方法制造这种平衡杆考虑到诸如用于安装线圈的基座和整体式支撑杆的特征，从而能够降低制造成本。具有这些已知的和所需的特征的平衡杆与采用圆筒形元件作为平衡杆的现有技术相比在使用方面是非常优越的。

应该清楚地理解到，所请求保护的本发明不限于前面对优选实施例描述的内容，而且包含其它的改进和变型。例如，尽管这里所披露的本发明内容涉及的是用于一种单直管式科里奥利流量计中的一个部件，但是应该理解的是，本发明并不仅限于此并且可用于各种类型的科里奥利流量计中，例如包括具有不规则外形或曲线形外形的单管式科里奥利流量计以及具有多个流管的科里奥利流量计。

另外，前面所述的本发明平衡杆的第一实施例是利用铸造方法以一种整体式结构理想地制作出来的。但是，也可利用任何能够生产一种具有由本申请的设备权利要求所限定的平衡杆结构的平衡杆的制作方法来制作所披露的平衡杆。其它这样的制造方法包括第二实施例，其中一种能够生产单独的部件接着使这些部件一起成型以形成这里所披露的和所要求保护的平衡杆的铸造方法。这样，根据第二实施例，侧肋条可单独地被形成，接着将它们固定到一个圆筒形元件上以形成所涉及的平衡杆。还可利用一种机械加工的方法制成根据第三实施例所披露的平衡杆，或根据第四实施例，利用一种机械加工的方法生产出多个单独的部件，接着将它们接合在一起以形成这里所涉及的平衡杆。

Claims (28)

1.一种科里奥利流量计(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(105)装置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的相对侧上的一对肋条(203)，以提高所述平衡杆的横向振动的频率。

2.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述对肋条与所述平衡杆成为一体。

3.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述对肋条固定在所述平衡杆上。

4.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述对肋条的取向是与所述平衡杆的纵向轴线平行的。

5.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述对肋条在所述平衡杆的整个长度上延伸。

6.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于：

所述肋条延伸的长度小于所述平衡杆的长度；以及

所述平衡杆是圆筒形的并且包围所述流管。

7.如权利要求6所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述平衡杆包括空隙(218，219)；

所述肋条在所述平衡杆中位于所述空隙附近的部分(224、225)中增大了所述平衡杆的横截面积，从而能够提高所述平衡杆的轴向刚度，并且当所述流管的长度变化时都能够抵抗轴向地施加在所述平衡杆上的拉伸作用力和压缩作用力。

8.如权利要求5所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述科里奥利流量计包括具有驱动磁体和驱动线圈的驱动器(D)，还包括

在所述平衡杆中的用于接收所述驱动器(D)的磁体的孔；以及

在所述孔附近的第一安装部件，所述第一安装部件与所述平衡杆是一体的并且能够将所述驱动器的线圈固定到所述平衡杆上。

9.如权利要求8所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述能够固定所述驱动线圈的第一安装部件包括：

在所述平衡杆上的轴向中心元件；以及

在所述中心元件上的平表面，所述平表面具有中心开口，所述中心开口能够使所述驱动磁体穿过所述中心开口伸入到所述驱动线圈中。

10.如权利要求8所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述科里奥利流量计还包括：

与所述平衡杆成为一体的第二安装元件(207、208)，所述第二安装元件能够使所述传感器装置固定到所述平衡杆上。

11.如权利要求10所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述能够固定所述传感器的第二安装部件包括平表面(209、211)，所述平表面具有在所述平衡杆中的开口(212、213)，所述开口有助于使所述传感器装置的线圈固定到所述平衡杆上。

12.如权利要求7所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述科里奥利流量计还包括在所述平衡杆中的空隙，所述空隙使所述平衡杆的共振频率降低向所述装有物质的流管的共振频率。

13.如权利要求12所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述能够降低所述平衡杆的共振频率的空隙包括与所述平衡杆成一体的且能够提高所述平衡杆的挠性的空隙(218、219)。

14.如权利要求13所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述能够提高所述部分平衡杆挠性的空隙包括在所述平衡杆中的且位于所述平衡杆中心部分的每一个轴向侧上的空隙(218、219)。

15.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述科里奥利流量计还包括在所述平衡杆中的空隙，所述空隙使所述平衡杆的振幅小于所述流管的振幅。

16.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述科里奥利流量计还包括在所述平衡杆中的空隙，所述空隙降低所述平衡杆的第二弯曲频率，以使所述科里奥利流量计的校准系数与所述流动物质的密度无关。

17.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述支撑杆装置(105)限定为单独的支撑杆(105)，每一个支撑杆在所述平衡杆的不同端部处与所述平衡杆成为一体；

每一个支撑杆是具有中心开口和垂直于所述平衡杆纵向轴线的表面的圆形元件，所述中心开口用于接收流管。

18.一种制造用于科里奥利流量计的平衡杆的方法，所述方法包括下列步骤：

形成所述平衡杆(102)，所述平衡杆是细长元件，所述细长元件具有径向中心开口(204)以用于接收流管；

形成与所述平衡杆成为一体的支撑杆(105)，所述支撑杆在所述细长元件的每一个端部处具有一个中心开口；

在所述平衡杆中形成至少一个空隙(218、219)；

在所述平衡杆的相对侧上形成一对肋条用于提高所述平衡杆的横向振动频率；

至少一个肋条元件包括在所述平衡杆的侧面上的肋条(203)，所述肋条的取向是与所述平衡杆的纵向轴线平行的；以及

所述肋条包括能够在所述至少一个空隙附近的区域中增大所述平衡杆的横截面积并且当所述流管的长度变化时能够抵消轴向地施加在所述平衡杆上的拉伸作用力和压缩作用力的元件(224、225)。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

形成与所述平衡杆成为一体的第一安装元件(119)，所述第一安装元件能够使驱动器(D)固定到所述平衡杆上，

所述第一安装元件限定了在所述平衡杆上的轴向中心元件，以及

在所述中心元件上形成平表面，所述平表面具有能够使所述驱动器固定在所述平衡杆上的中心开口。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

形成与该平衡杆成为一体的第二安装元件(207、208)，该第二安装元件能够使所述传感器装置(LPO、RPO)固定到所述平衡杆上，

该第二安装元件包括平表面(209、211)，该平表面具有在该平衡杆中的开口，该开口有助于使所述传感器装置固定到该平衡杆上。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

在所述平衡杆中的空隙使所述平衡杆的共振频率降低向所述装有物质的流管的共振频率；

所述能够降低所述平衡杆的共振频率的空隙包括与所述平衡杆成一体的且能够提高所述平衡杆的挠性的空隙(218、219)；

所述能够提高该平衡杆挠性的空隙包括限定在所述平衡杆中的位于所述平衡杆中心部分的每一个轴向侧上的空隙(218、219)；

所述能够降低所述平衡杆的共振频率的空隙还能够使所述科里奥利流量计的校准系数与所述流动物质的密度无关。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：在该平衡杆中的空隙使该平衡杆的振幅小于所述流管的振幅。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成的步骤包括形成铸型，所述铸型具有：

限定所述平衡杆(102)的一个细长元件的腔，所述细长元件具有径向中心开口以用于接收流管；

限定与所述平衡杆成为一体的支撑杆(105)的腔，所述支撑杆在所述细长元件的每一个端部处具有一个中心开口；

限定在所述平衡杆中的至少一个空隙(218、219)的腔；

限定与所述平衡杆成为一体的所述对肋条(203)的腔，用于提高所述平衡杆的横向振动频率；

所述形成的方法包括下列步骤：

利用熔融材料充填所述腔以形成所述平衡杆；以及

将所述已形成的平衡杆从所述铸型中取出。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述形成的步骤包括形成铸型的步骤，所述铸型具有：

限定与所述平衡杆成为一体的第一安装元件(119)的腔，所述第一安装元件能够使驱动器固定到所述平衡杆上，

所述第一安装元件限定了在所述平衡杆上的轴向中心元件和在所述中心元件上的平表面，所述平表面具有能够使所述驱动器固定在所述平衡杆上的中心开口。

25.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述形成的步骤包括形成铸型的步骤，所述铸型具有限定与所述平衡杆成为一体的第二安装元件(207、208)的腔，所述第二安装元件能够使所述传感器装置(LPO、RPO)固定到所述平衡杆上。

26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述形成的步骤包括形成铸型的步骤，所述铸型具有腔，该腔在该平衡杆中限定出空隙(218、219)，以便能使所述平衡杆的共振频率降低向所述装有物质的流管共振频率。

27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述形成的步骤包括形成铸型的步骤，所述铸型具有在所述平衡杆中限定出空隙的腔，该空隙使所述平衡杆的振幅小于所述流管的振幅。

28.如权利要求23-27之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用物质充填所述腔以构成所述平衡杆的步骤。

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