一種雙C型管科里奧利質量流量計

《一種雙C型管科里奧利質量流量計》是西安東風機電有限公司於2004年9月1日申請的專利，該專利的公布號為CN1587921，申請公布日為2005年3月2日，發明人是任思聰、王博、張鵬、任衛東。

《一種雙C型管科里奧利質量流量計》兩個敏感管被做成“C”字型，兩個敏感管由固定板所固定，並焊接到總管本體上，在敏感管的一個端部或其他對振動特性不產生影響的部位裝有溫度感測器——熱敏電阻，總管本體是一個輸入輸出完全逆向對稱的機械結構，兩敏感管的4個端部與總管本體連線的距離很小，近於剛性連線，使敏感管振動運動的作用力處於內力狀態，因而消除或減小了振動能的逸散，敏感管除了端部與總管本體的連線外，完全處於自由狀態，消除了因溫度變化產生變形應力的可能，減小了外界振動的影響和便利了流量計的安裝。

2015年11月27日，《一種雙C型管科里奧利質量流量計》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種雙C型管科里奧利質量流量計》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種雙C型管科里奧利質量流量計
• 申請人：西安東風機電有限公司
• 申請日：2004年9月1日
• 申請號：2004100730462
• 公布號：CN1587921
• 公布日：2005年3月2日
• 發明人：任思聰、王博、張鵬、任衛東
• 地址：陝西省西安市高新技術開發區高新一路10號
• 分類號：G01F1/84
• 代理機構：西安文盛專利代理有限公司
• 代理人：佘文英
• 類別：發明專利

專利背景

眾所周知，科里奧利質量流量計的工作是以檢測流體流經敏感管時所引起的科里奧利力來確定其質量為基礎的，也就是被兩端支撐的敏感管在與分流體流動的垂直方向上振動時，施加到敏感管上的科里奧利力與流經管子流體的質量成正比。構成科里奧利質量流量計敏感管的形狀是各式各樣的，2004年9月之前的流量計中，比較典型的敏感管形狀可以歸結為三種：彎管、直管、弓型管。

圖8是普通兩平行U型彎曲敏感管科里奧利質量流量計的結構示意圖，兩個平行安裝的U型敏感管1和2，在他們彎曲部分的中間裝有驅動單元15，該驅動單元15由一個線圈和一個磁鐵構成。另外，在與驅動單元15兩邊對稱位置裝有兩個分別由一個線圈和一個磁鐵所構成的信號感測器16和17，當驅動單元15通電，使兩敏感管受力產生位移時，信號感測器16和17的線圈則產生位移信號，該信號反饋到驅動單元，便使敏感管工作在諧振狀態；而兩信號器所產生信號之間的相位差與所檢測的科里奧利力成正比，也即與所測流體質量成正比。

待測流體通過進口端法蘭18進入分流總管37，經擋板38轉90°，再經分流管一分為二進入敏感管1和2中，這兩股流體流過敏感管1和2時，再反向進入分離體合二為一，在總管中轉90°，由出口法蘭19流出到外部管道中。在這種結構中，由於敏感管處於諧振狀態，其驅動頻率比較高，且不易受流體狀態和外界振動與溫度變化的影響。

但是，這種科里奧利質量流量計，一方面由於其兩個U型敏感管與總管本體垂直安裝，為保證一定的振動頻率，U型管就必須具有所需的長度；另一方面，為了減少振動能的逸散，或增強總管本體的剛度，其總管本體必須具有足夠的壁厚和較為粗大的流量計外形尺寸。

直管形科里奧利質量流量計的敏感管是沿輸入和輸出管的軸線方向布置的，其兩端被支承在基座上或外套管中。敏感管的中部設有驅動單元和驅動單元兩邊等距離安裝的信號感測器。當驅動單元工作，使敏感管在與其軸線相垂直的方向上產生位移時，感測器也感測其位移變化再反饋到驅動單元，使敏感管工作在諧振狀態。從兩個感測器的位移或相位差即可檢測出流體的質量。直管型科里奧利質量流量計對溫度比較敏感，因為敏感管被支承在台體或外套管中，當被測量流體的溫度發生變化時，敏感管的溫度很快隨流體溫度而變化，但基座或外套管的溫度則延遲變化，這樣，不可避免地使敏感管和基座或外套管之間產生伸縮率的不一致，也就使敏感管產生應力，進而會引起敏感管的剛度和諧振頻率的變化。為克服這一問題，在結構上直管型科里奧利質量流量計需考慮 調整應力的彈性元件補償機構。

圖9是弓型管科里奧利質量流量計結構示意圖。這種結構在一定程度上緩解了應力消散問題，補償了直管型易受溫度影響的缺點，但進出口總管和分流體及抗壓殼體的形狀比較複雜，增大了儀器的製造難度和重量。縱觀上述不同類型科里奧利質量流量計所存在的優缺點，可以很清楚的看出其中最主要的問題在於敏感管振動能量的逸散和應力消除兩個方面，當然，另外還存在工藝的簡便和縮小體積、減輕重量等問題。

發明內容

專利目的

該發明的目的是提出一種由兩個平行C型敏感管構成的科里奧利質量流量計，它不受外部振動、安裝條件、敏感管的內應力、以及敏感管成型過程中所產生形變應力的影響，能減小振動能的逸散，提高質量流量計的測量精度，且能減小質量流量計的外形尺寸和重量。

技術方案

《一種雙C型管科里奧利質量流量計》包括兩個平行安裝的C型敏感管，兩個敏感管分別由兩個固定板所固定，並焊接到總管本體上，兩個C型敏感管除了4個端部與總管本體剛性連線外，完全處於自由狀態，兩個固定板被分別設定在靠近兩個敏感管的根部，在敏感管的一個端部或其他對振動特性不產生影響的部位裝有溫度感測器——熱敏電阻，總管本體是一個輸入輸出完全逆向對稱的機械結構，也就是流體流入總輸入口，然後就一分為二地從兩個分支口流出；反過來，流體從兩分支口流入，然後合二為一從總輸出口流出，其管道形狀完全是反向對稱的，總管本體的總管和分支管尺寸稍大於被測流量敏感管的尺寸，並且彎曲和接面處平滑過渡。

根據輸入、輸出總管與分支管之間的距離和與外管道連線方式的不同，有兩種實施方式：第一種是輸入、輸出總管與分支管之間的距離較長，他們直接帶有兩個外接法蘭。第二種是輸入、輸出總管與分支管之間的距離較短，它們可以不帶法蘭，與外接管道可用螺紋連線。

附圖說明

圖1是該發明雙C型管科里奧利質量流量計結構示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖3是圖1的B-B剖視圖。

圖4是該發明總管本體及分流體出入口的局部放大結構示意圖。

圖5是圖4的A-A剖視圖。

圖6是圖4的B-B剖視圖。

圖7是圖4的C-C剖視圖。

圖8是普通常見兩平行U型管科里奧利質量流量計的結構示意圖。

圖9是兩平行弓型管科里奧利質量流量計的結構示意圖。

圖10是該發明第一實施方案的結構示意圖。

圖11是該發明第二實施方案的結構示意圖。

權利要求

1、《一種雙C型管科里奧利質量流量計》包括總管本體（25），一個驅動單元（15）和兩個振動信號感測器（16）和（17），其特徵是還包括兩個平行安裝的C型敏感管（1）和（2），兩個敏感管（1）和（2）由固定板（27）和（28）所固定，並焊接到總管本體上，兩個C型敏感管（1）和（2）除了4個端部與總管本體（25）剛性連線外，完全處於自由狀態，固定板（27）和（28）被設定在靠近C型敏感管（1）和（2）的根部，在敏感管的一個端部或其他對振動特性不產生影響的部位裝有溫度感測器——熱敏電阻（3），總管本體（25）是一個輸入輸出完全逆向對稱的機械結構，也就是流體流入總輸入口，然後就一分為二地從兩個分支口流出；反過來，流體從兩分支口流入，然後合二為一從總輸出口流出，其管道形狀完全是反向對稱的，總管本體（25）的總管和分支管尺寸稍大於被測流量敏感管的尺寸，並且彎曲和接面處平滑過渡。

2、根據權利要求1所述的雙C型管科里奧利質量流量計，其特徵是輸入、輸出總管與分支管之間的距離較長，他們直接帶有外接法蘭（18）和（19）。

3、根據權利要求1所述的雙C型管科里奧利質量流量計，其特徵是輸入、輸出總管與分支管之間的距離較短，它們可以不帶法蘭，與外接管道可用螺紋連線。

實施方式

《一種雙C型管科里奧利質量流量計》的科里奧利質量流量計，如圖1所示，它包括兩個平行C型敏感管1和2，被測流體從本體總管25輸入口5進入流量計後被一分為二，流入敏感管1和2，然後從敏感管1和2的出口流入本體內合二為一，由總管輸出口6經法蘭18流向外接管道，在敏感管1和2中段，裝有驅動單元15，工作時兩敏感管諧振，對稱裝置在敏感管1和2圓弧中間部分的位移信號器16和17，檢測與科里奧利力成比例的相位差信號。

該發明的科里奧利質量流量計包括一個近似剛體的輸入、輸出總管本體25，由圖4可見，它是一個在結構上反向對稱的構件。如圖5、圖7所示，輸入與輸出總管5和6，經圓弧轉彎後，又各自對稱地分為兩對出入口7與8和9與10完全對應相同的構件，這對構件毛坯的準備和機加工藝都是比較方便的。該發明的科里奧利質量流量計在一個敏感管與總管本體連線的根部裝有溫度感測器——熱敏電阻3，以便檢測敏感管及被測流體的線上溫度，並對本質量流量計受溫度變化影響進行補償或修正。

如圖1、圖2所示，用於決定振動節點的固定板27和28被設定在靠近C型敏感管1和2的根部。固定板的作用，首先，在於保持敏感管1和2的平行；其次，在敏感管被驅動時，他們沿敏感管軸線的位置決定著振動運動的基頻，也就是改變固定板的位置，可以在一定範圍內調整敏感管的諧振頻率。可以看出，在該發明雙C型敏感管的科里奧利質量流量計結構中，敏感管在振動時根部的直線段做扭轉運動，而在圓弧部分則做即扭轉又彎曲的複合運動。這種運動特點對減輕振動管疲勞是有利的。

另外，兩C型敏感管的四個端部近距離地連線在總管本體上，如果把總管本體作為剛體看待時，兩敏感管的振動在其根部便不會引起變形，也就不會有振動能量的逸散；同時，兩敏感管也不會引起內部應力，因而保證了質量流量計的測量精度，又不受安裝及環境條件的影響。如圖3所示，驅動單元15和位移感測器16與17位於兩個C型敏感管之間，兩敏感管1和2再由固定板27和28所固定，並焊接到總管本體上。

驅動單元15由一個線圈和一個磁鐵所構成，其線圈通過安裝件固定在敏感管1上，而磁鐵則通過安裝件固定在敏感管2上，線圈是經軟導線12與輸出線路34相連的，而輸出線路34是裝在殼體32上的。位移感測器16和17的安裝與驅動單元15的安裝相類似，也就是他們的磁體通過安裝件固定在一個敏感管上，而感測器的線圈則固定在另一個敏感管上，線圈的輸出導線沿敏感管走到與驅動單元15的軟導線12一起輸出，或用軟導線12接到殼體32上的接線端子再到輸出線路34上。位移感測器16和17被配置在敏感管1和2的圓弧中間是由於他們離開驅動單元15所在中線的距離最遠，這對提高檢測科利奧利力或與所測流量成比例的相位差信號的靈敏度是最有利的。

如圖4所示，總管本體是一個輸入輸出完全逆向對稱的機械結構，也就是流體流入總輸入口，然後就一分為二地從兩個分支口流出；反過來，流體從兩分支口流入，然後合二為一從總輸出口流出，其管道形狀完全是反向對稱的。為了減小液體能量的阻力，各處轉彎處的表面應當圓滑，相對敏感管直徑及被測流量總管及分支管徑應設計的比較大，這在一定範圍內也便於適應不同量程的流量計改型和加大總管本體的剛度；也就是說，當需要增加量程，改換較大尺寸直徑的敏感管時，只需要對分支管的接口部分增大尺寸，或對敏感管的連線端部改變過渡套件的尺寸即可，不需要改變總管本體的設計。

圖10所示為該發明所採用雙C型敏感管的科里奧利流量計的第一種實施方案，圖11所示為該發明所採用雙C型敏感管的科里奧利流量計的第二種實施方案。其不同之處主要是總管本體25構造的不同，或者說，主要是輸入、輸出總管與分支管之間的距離和與外管道連線方式的不同。圖10表示輸入、輸出總管與分支管之間的距離較長，他們直接帶有外接法蘭18和19；而圖11則表示輸入、輸出總管與分支管之間的距離較短，它們可以不帶法蘭，與外接管道可用螺紋連線。這種方案可允許質量流量計本身的體積更小，更方便於某些特定位置上的安裝。如果輸入、輸出總管與外接管道之間的過渡段採用相對較細的管子，其剛度不很大的話，這更有利於科里奧利質量流量計本身的減震和安裝。

縱上所述，可以看出該發明與2004年9月之前的技術相比，具有以下優點：

1、在敏感管的一個端部或其他對振動特性不產生影響的部位裝有溫度感測器，它可感測液體流經敏感管使敏感管溫度的變化，以便對科里奧利質量流量計因溫度變化所引起測量精度的影響進行修正或補償。

2、該發明由兩個平行C型敏感管所構成的科里奧利質量流量計，其兩個敏感管4個端部很近地與總管本體剛性連線，使敏感管的運動力變為內力作用，因而減小或消除了振動能的逸散，有利於提高科里奧利質量流量計的計量精度。

3、該發明科里奧利質量流量計的雙C型敏感管，除了4個端部與總管本體剛性連線外，完全處於自由狀態，也就不會因溫度變化而產生熱脹冷縮變形應力的影響。

4、該發明科里奧利質量流量計的總管本體相對於其他類型的結構來說它的尺寸很小；另外，也無需要求剛度較大，結構特殊的受壓殼體，只要普通殼體即可，這些特點大大地縮小了質量流量計的整體尺寸和重量。

5、該發明的科里奧利質量流量計的總管本體的總管和分支管要求尺寸稍大於被測流量敏感管的尺寸，並且要求彎曲和接面處平滑過渡，用以減緩在總管本體部分流體的流速和動力損耗，也便於必要的清洗。

榮譽表彰

2015年11月27日，《一種雙C型管科里奧利質量流量計》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。