CN204924334U - 一种基于扭振的流体质量流量计 - Google Patents

Abstract

一种基于扭振的流体质量流量计，它包括壳体、测量管、第一波纹管、第二波纹管、流体入口法兰、流体出口法兰、扭振梁、紧固装置、第一激振器、第二激振器和拾振器；壳体的左右壁上分别开有一个通孔，第一波纹管和第二波纹管的一端分别通过法兰与左右壁上的通孔连接，另一端通过法兰分别与测量管的两端连接，紧固装置设置在壳体上壁上，扭振梁上端穿过壳体设置在紧固装置中，下端固定在测量管上；两个激振器设置在壳体内底壁上且关于扭振梁的轴线对称设置；拾振器设置在壳体内底壁上。本实用新型不仅能够最大限度地消除外界振动对流体质量流量检测精度的影响，并且可显著降低流体温度及压力的变化对其检测精度的影响。

Description

一种基于扭振的流体质量流量计

技术领域

本实用新型属于流体质量流量检测技术领域，具体涉及一种基于扭振的流体质量流量计。

背景技术

目前，在大部分行业中，用以实现对流体的质量流量进行检测的仪器主要是科里奥利质量流量计，它主要包括振动管、激振器、拾振器、外壳和控制器五大模块，该种质量流量计具有突出的优点：检测精度高、稳定性强、检测效率高等，其检测原理是当流体流经科里奥利质量流量计时，充满流体的振动管在激振器的作用下受迫振动，振动管中的流体受到科里奥利力的作用，并作用给振动管一个力，使得在振动管上以过振动管的正中间的横截面为对称面的任意两对称位置处的振动存在相位差，沿振动管对称安装的两个拾振器拾取它们所在位置处的相位差，因为流经振动管的流体的质量流量与拾取的相位差之间具有确定的函数关系，所以可由拾取的相位差求得流体的质量流量。

市场上大部分科里奥利质量流量计中振动管的两端与外壳之间采用的是刚性连接，当科里奥利质量流量计受到的外界振动过于剧烈时，其内部振动管的振动便会受到外界振动的影响，从而使得检测的流体的质量流量不准确；此外，由于传统的科里奥利质量流量计检测流体的质量流量的核心部件是振动管，当使用传统的科里奥利质量流量计检测流体的质量流量时，其内部的振动管的形状、结构和性能参数等均应固定不变，然而，当被检测的流体的温度及压力发生变化时，均会使得振动管的刚度发生变化，进而使得振动管的振动特性发生变化，从而使得科里奥利质量流量计的检测值出现显著变化，致使检测精度降低。

实用新型内容

为了克服以上技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种基于扭振的流体质量流量计，其能够显著降低外界振动、待测流体温度及压力变化等因素对流体质量流量检测精度的影响。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，包括壳体、测量管、第一波纹管、第二波纹管、流体入口法兰、流体出口法兰、扭振梁、紧固装置、第一激振器、第二激振器和拾振器；所述壳体为密封的长方体壳体，壳体的左壁上开有第一通孔，所述第一通孔的圆心为壳体左壁的位于壳体左壁的垂直中心线上，壳体的右壁上开有第二通孔，所述第二通孔的圆心位于壳体右壁的垂直中心线上，壳体左壁的垂直中心线和壳体右壁的垂直中心线位于同一垂直平面中；所述第一波纹管的一端通过法兰与第一通孔连接，第一波纹管的另一端通过法兰与测量管的一端连接，所述第二波纹管的一端通过法兰与第二通孔连接，第二波纹管的另一端通过法兰与测量管的另一端连接；所述流体入口法兰设置在壳体左壁上第一通孔处，流体入口法兰与壳体为一体化结构且与第一通孔同轴，所述流体出口法兰设置在壳体右壁上第二通孔处，流体出口法兰与壳体为一体化结构且与第二通孔同轴；所述紧固装置设置在壳体的上壁上；所述扭振梁上端穿过壳体设置在紧固装置中，下端固定在测量管上，且扭振梁的轴线穿过紧固装置的几何中心并垂直于测量管的轴线；所述的第一激振器和第二激振器设置在壳体内底壁上，第一激振器和第二激振器关于扭振梁的轴线对称设置；所述拾振器设置在壳体内底壁上，拾振器的几何中心位于测量管的中间横截面平面上且拾振器与测量管不接触。

优选地，所述紧固装置包括前紧固装置、后紧固装置和第四通孔，所述的前紧固装置和后紧固装置通过螺栓连接，所述第四通孔的轴线经过所述的紧固装置的几何中心并垂直于所述测量管的轴线，所述扭振梁的上端设置在第四通孔内且与第四通孔过盈配合；所述的前紧固装置和后紧固装置分别通过螺栓固定在壳体的上壁上。

优选地，所述扭振梁由上圆柱和下圆柱组成，所述上圆柱设置在紧固装置中，所述下圆柱的上端与上圆柱的下端固定连接，下圆柱的下端开有第三通孔；所述测量管穿过第三通孔且与第三通孔过盈配合。

优选地，所述扭振梁的上圆柱和下圆柱为一体化结构，且上圆柱的直径大于下圆柱的直径。

优选地，所述扭振梁为横截面是矩形的柱体，扭振梁的下端通过夹紧装置与测量管连接，所述夹紧装置通过螺栓固定在扭振梁上。

优选地，所述夹紧装置包括第一夹紧装置和第二夹紧装置，第一夹紧装置和第二夹紧装置通过螺栓固定在扭振梁上，夹紧装置内开设有第五通孔，所述测量管穿过第五通孔且与第五通孔过盈配合。

优选地，所述壳体和紧固装置的刚度远大于所述扭振梁的刚度。

优选地，所述扭振梁的数量可以为多根，两根及两根以上数量的扭振梁沿测量管的轴向方向且关于测量管的中间横截面平面对称分布设置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的测量管的两端分别通过一个波纹管与壳体连接，能够有效地减小外界振动对该流体质量流量计检测精度的影响；通过将扭振梁的上端固定在设置壳体上壁上紧固装置的通孔内，避免了流体质量流量计受到的外界振动过于剧烈时导致内部扭振梁的振动便会受到外界振动的影响现象发生，从而使得检测的流体的密度更加准确；由于流体质量流量计的壳体和紧固装置的刚度远大于扭振梁的刚度，避免了扭振梁与壳体和紧固装置产生共振现象从而使扭振梁的刚度发生变化最终导致流体质量流量计的检测精度降低的现象发生。

本实用新型通过在流体质量流量计设置扭振梁来测量流体的质量流量，不仅能够最大限度地消除外界振动对流体质量流量检测精度的影响，并且检测精度高，同时，在使用该扭振式流体质量流量计检测流体的质量流量时，可显著降低流体温度及压力的变化对其检测精度的影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的整理结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的俯视结构示意图；

图3是本实用新型实施例1的主视剖面图；

图4是本实用新型实施例1的俯视剖面图；

图5是本实用新型实施例1的左视剖面图；

图6是图3中第一波纹管的放大示意图(即图3中B处的5倍放大图)；

图7是本实用新型所述紧固装置的放大示意图(5倍放大图)；

图8是本实用新型所述扭振梁的结构示意图；

图9是本实用新型横截面是矩形时扭振梁与夹紧装置和测量管的连接示意图；

图10是本实用新型所述夹紧装置的结构示意图；

图11是本实用新型实施例2的整理结构示意图；

图12是本实用新型实施例2的主视剖面图；

图13是本实用新型实施例2的俯视剖面图；

图中：1壳体、2测量管、3第一波纹管、4第二波纹管、5流体入口法兰、6流体出口法兰、7扭振梁、701上圆柱、702下圆柱、703第三通孔、8紧固装置、801前紧固装置、802后紧固装置、803第四通孔、9第一激振器、10第二激振器、11拾振器、12第一通孔、13第二通孔、14夹紧装置、1401第一夹紧装置、1402第二夹紧装置、1403第五通孔。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。

实施例1

如图1至图10所示，本实用新型的一种基于扭振的流体质量流量计，它包括壳体1、测量管2、第一波纹管3、第二波纹管4、流体入口法兰5、流体出口法兰6、扭振梁7、紧固装置8、第一激振器9、第二激振器10和拾振器11；所述壳体1为密封的长方体壳体，壳体的左壁上开有第一通孔12，所述第一通孔12的圆心位于壳体左壁的垂直中心线上，壳体的右壁上开有第二通孔13，所述第二通孔13的圆心位于壳体右壁的垂直中心线上，壳体左壁的垂直中心线和壳体右壁的垂直中心线位于同一垂直平面中；所述第一波纹管3的一端通过法兰与第一通孔12连接，第一波纹管3的另一端通过法兰与测量管2的一端连接，所述第二波纹管4的一端通过法兰与第二通孔13连接，第二波纹管4的另一端通过法兰与测量管2的另一端连接，将测量管2的两端分别通过一个波纹管与壳体连接，能够有效地减小外界振动对该流体质量流量计检测精度的影响；所述流体入口法兰5设置在壳体左壁上第一通孔处，流体入口法兰5与壳体为一体化结构且与第一通孔12同轴，所述流体出口法兰6设置在壳体右壁上第二通孔处，流体出口法兰6与壳体为一体化结构且与第二通孔13同轴；所述紧固装置8设置在壳体1的上壁上；所述扭振梁7上端穿过壳体设置在紧固装置8中，下端固定在测量管2上，且扭振梁的轴线穿过紧固装置的几何中心并垂直于测量管的轴线；所述的第一激振器9和第二激振器10设置在壳体1内底壁上，第一激振器9和第二激振器10关于扭振梁的轴线对称设置；所述拾振器11设置在壳体1内底壁上，拾振器的几何中心位于测量管的中间横截面平面上且拾振器与测量管不接触。

优选地，如图7所示，本实用新型所述的紧固装置8包括前紧固装置801、后紧固装置802和第四通孔803，所述的前紧固装置801和后紧固装置802通过螺栓连接，所述第四通孔803的轴线经过所述的紧固装置的几何中心并垂直于所述测量管2的轴线，所述扭振梁7的上端设置在第四通孔803内且与第四通孔过盈配合；所述的前紧固装置801和后紧固装置802分别通过螺栓固定在壳体的上壁上。本实用新型通过将扭振梁的上端固定在设置壳体上壁上紧固装置的通孔内，避免了流体质量流量计受到的外界振动过于剧烈时导致内部扭振梁的振动便会受到外界振动的影响现象发生，从而使得检测的流体的密度更加准确。

优选地，如图8所示，本实用新型所述的扭振梁7由上圆柱701和下圆柱702组成，所述上圆柱701设置在紧固装置8中，所述下圆柱702的上端与上圆柱的下端固定连接，下圆柱的下端开有第三通孔703；所述测量管2穿过第三通孔703且与第三通孔过盈配合。其中，所述扭振梁的上圆柱701和下圆柱702为一体化结构，且上圆柱的直径大于下圆柱的直径。

优选地，如图9所示，本实用新型所述的扭振梁7为横截面是矩形的柱体，扭振梁7的下端通过夹紧装置14与测量管2连接，所述夹紧装置14通过螺栓固定在扭振梁7上。

优选地，如图10所示，所述夹紧装置14包括第一夹紧装置1401和第二夹紧装置1402，第一夹紧装置1401和第二夹紧装置1402通过螺栓固定在扭振梁上，夹紧装置内开设有第五通孔1403，所述测量管2穿过第五通孔1403且与第五通孔过盈配合。

优选地，本实用新型所述壳体1和紧固装置8的刚度远大于所述扭振梁7的刚度，由于流体质量流量计的壳体和紧固装置的刚度远大于扭振梁的刚度，避免了扭振梁与壳体和紧固装置产生共振现象从而使扭振梁的刚度发生变化最终导致流体质量流量计的检测精度降低的现象发生。

当上述所述的一种基于扭振的流体质量流量计的扭振梁的数量为一根时，本实用新型所述流体质量流量计对流体质量流量进行检测的过程如下：

以所述的测量管的轴线和扭振梁的轴线的交点为原点，以测量管的轴线为y轴，以扭振梁的轴线为z轴，以垂直于测量管的轴线和扭振梁的轴线的直线为x轴建立空间直角坐标系；

当流体流经所述的测量管时，第一激振器和第二激振器激振测量管，使所述的扭振梁和测量管及其内的流体组成的系统绕z轴扭振；

设第一激振器和第二激振器提供的激振力F(t)＝F₀sin(ωt)，激振频率为ω，扭振梁和测量管组成的系统的扭转的固有频率为ω₀，扭振梁和测量管组成的系统的x轴方向振动的固有频率为ω_x0，扭振梁的扭振角度为θ(t)，扭振梁的扭振阻尼比为ξ，扭振梁的扭转刚度为k，扭振梁的x方向的刚度为k_x，扭振梁的x方向的阻尼比为ξ_x，第一激振器和第二激振器至测量管的中间横截面的距离均为l,测量管的长度为L，由扭振梁和测量管及其内流体组成的系统的扭振幅度为A，由扭振梁和测量管及其内流体组成的系统由科里奥利力引起的位移为X，流体的流速为v，流体的受到科里奥利力为Q_c，单位时间内流经测量管的流体的质量流量为Q，则由扭振梁和测量管及其内流体组成的系统受到的扭矩为M(t)＝F(t)·l＝l·F₀sin(ωt)；

由机械振动理论和科里奥利力的定义可知，单位时间内流经测量管的流体的质量流量为：

Q＝λX

λ是由上述ω、ω₀、ω_x0、ξ、ξ_x、k、k_x、l、L和F₀参数决定的比例系数：

$\mathrm{\λ}=\mathrm{\α}\frac{k_x\·k\·\sqrt{{(1-{\left(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_0\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ξ}\right(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_0\left)\right)}^2}\·\sqrt{{(1-{\left(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_{x0}\right)}^2)}^2+{\left(2{\mathrm{\ξ}}_x\right(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_{x0}\left)\right)}^2}}{4{\mathrm{lF}}_0\mathrm{\ω}\·\·}$

其中，α为与由扭振梁和测量管及其内流体组成的系统振动有关的常数；

通过拾振器拾取由扭振梁和测量管及其内流体组成的系统沿x轴方向的最大位移，从而得到单位时间内流经测量管的流体的质量流量。

实施例2

本实用新型所述扭振梁7可以采用多根，当采用两根及两根以上数量的扭振梁沿测量管的轴向方向且关于测量管的中间横截面平面对称分布设置。如图11至图13所示，在实施例2中以扭振梁7采用两根为例进行说明。

与实施例1不同的是：将实施例1中的扭振梁4的数量由一根改为两根，对用的紧固装置8也由一个变为两个；两根扭振梁7沿测量管2的轴向方向且关于测量管的中间横截面平面对称分布设置，两个紧固装置8分别对应设置在扭振梁7的上方。

当本实用新型所述的一种基于扭振的流体质量流量计的扭振梁的数量为两根时，本实用新型所述流体质量流量计对流体质量流量进行检测过程如下：

首先将两根或两根以上的扭振梁等效为一根扭振梁，然后以一根扭振梁的检测方法来对流体质量流量进行检测；

以所述的测量管的轴线和等效扭振梁的轴线的交点为原点，以测量管的轴线为y轴，以等效扭振梁的轴线为z轴，以垂直于测量管的轴线和等效扭振梁的轴线的直线为x轴建立空间直角坐标系；

当流体流经所述的测量管时，第一激振器和第二激振器激振测量管，使所述的等效扭振梁和测量管及其内的流体组成的系统绕z轴扭振；

设第一激振器和第二激振器提供的激振力F(t)＝F₀sin(ωt)，激振频率为ω，等效扭振梁和测量管组成的系统的扭转的固有频率为ω₀，等效扭振梁和测量管组成的系统的x轴方向振动的固有频率为ω_x0，等效扭振梁的扭振角度为θ(t)，等效扭振梁的扭振阻尼比为ξ，等效扭振梁的扭转刚度为k，等效扭振梁的x方向的刚度为k_x，等效扭振梁的x方向的阻尼比为ξ_x，第一激振器和第二激振器至测量管的中间横截面的距离均为l,测量管的长度为L，由等效扭振梁和测量管及其内流体组成的系统的扭振幅度为A，由等效扭振梁和测量管及其内流体组成的系统由科里奥利力引起的位移为X，流体的流速为v，流体的受到科里奥利力为Q_c，单位时间内流经测量管的流体的质量流量为Q，则由等效扭振梁和测量管及其内流体组成的系统受到的扭矩为M(t)＝F(t)·l＝l·F₀sin(ωt)；

由机械振动理论和科里奥利力的定义可知，单位时间内流经测量管的流体的质量流量为：

Q＝λX

λ是由上述ω、ω₀、ω_x0、ξ、ξ_x、k、k_x、l、L和F₀参数决定的比例系数：

$\mathrm{\λ}=\mathrm{\α}\frac{k_x\·k\·\sqrt{{(1-{\left(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_0\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ξ}\right(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_0\left)\right)}^2}\·\sqrt{{(1-{\left(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_{x0}\right)}^2)}^2+{\left(2{\mathrm{\ξ}}_x\right(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_{x0}\left)\right)}^2}}{4{\mathrm{lF}}_0\mathrm{\ω}\·\·}$

其中，α为与由等效扭振梁和测量管及其内流体组成的系统振动有关的常数；

通过拾振器拾取由等效扭振梁和测量管及其内流体组成的系统沿x轴方向的最大位移，从而得到单位时间内流经测量管的流体的质量流量。

上述改动后的方案也明显具有有效地消除外界振动、流体温度及压力变化等因素对所述的扭振式流体质量流量计检测精度的影响的优点。

此外，本实用新型的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本实用新型的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本实用新型描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本实用新型可以对它们进行应用。因此，本实用新型所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，包括壳体、测量管、第一波纹管、第二波纹管、流体入口法兰、流体出口法兰、扭振梁、紧固装置、第一激振器、第二激振器和拾振器；所述壳体为密封的长方体壳体，壳体的左壁上开有第一通孔，所述第一通孔的圆心位于壳体左壁的垂直中心线上，壳体的右壁上开有第二通孔，所述第二通孔的圆心位于壳体右壁的垂直中心线上，壳体左壁的垂直中心线和壳体右壁的垂直中心线位于同一垂直平面中；所述第一波纹管的一端通过法兰与第一通孔连接，第一波纹管的另一端通过法兰与测量管的一端连接，所述第二波纹管的一端通过法兰与第二通孔连接，第二波纹管的另一端通过法兰与测量管的另一端连接；所述流体入口法兰设置在壳体左壁上第一通孔处，流体入口法兰与壳体为一体化结构且与第一通孔同轴，所述流体出口法兰设置在壳体右壁上第二通孔处，流体出口法兰与壳体为一体化结构且与第二通孔同轴；所述紧固装置设置在壳体的上壁上；所述扭振梁上端穿过壳体设置在紧固装置中，下端固定在测量管上，且扭振梁的轴线穿过紧固装置的几何中心并垂直于测量管的轴线；所述的第一激振器和第二激振器设置在壳体内底壁上，第一激振器和第二激振器关于扭振梁的轴线对称设置；所述拾振器设置在壳体内底壁上，拾振器的几何中心位于测量管的中间横截面平面上且拾振器与测量管不接触。

2.根据权利要求1所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述紧固装置包括前紧固装置、后紧固装置和第四通孔，所述的前紧固装置和后紧固装置通过螺栓连接，所述第四通孔的轴线经过所述的紧固装置的几何中心并垂直于所述测量管的轴线，所述扭振梁的上端设置在第四通孔内且与第四通孔过盈配合；所述的前紧固装置和后紧固装置分别通过螺栓固定在壳体的上壁上。

3.根据权利要求1所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述扭振梁由上圆柱和下圆柱组成，所述上圆柱设置在紧固装置中，所述下圆柱的上端与上圆柱的下端固定连接，下圆柱的下端开有第三通孔；所述测量管穿过第三通孔且与第三通孔过盈配合。

4.根据权利要求3所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述扭振梁的上圆柱和下圆柱为一体化结构，且上圆柱的直径大于下圆柱的直径。

5.根据权利要求1所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述扭振梁为横截面是矩形的柱体，扭振梁的下端通过夹紧装置与测量管连接，所述夹紧装置通过螺栓固定在扭振梁上。

6.根据权利要求5所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述夹紧装置包括第一夹紧装置和第二夹紧装置，第一夹紧装置和第二夹紧装置通过螺栓固定在扭振梁上，夹紧装置内开设有第五通孔，所述测量管穿过第五通孔且与第五通孔过盈配合。

7.根据权利要求1所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述壳体和紧固装置的刚度远大于所述扭振梁的刚度。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种基于扭振的流体质量流量计，其特征是，所述扭振梁的数量可以为多根，两根及两根以上数量的扭振梁沿测量管的轴向方向且关于测量管的中间横截面平面对称分布设置。