科氏流量计用的低热应力平衡杆制造技术

一种科氏流量计（２００，６００，８００，１０００），适合于在一个入口（２０６）接受一种物料流并使所述物料流通过流量管机构（２０１）长度到达所述科氏流量计的一个出口，所述科氏流量计还包括： 一个平衡杆（２０２，２０３，６０２，６０３，８０２，８０３，１００２，１００３），其位置平行于所述流量管机构； 撑杆（２１０，２１１，６１０，６１１，８１０，８１１，１０１０，１０１１），用于将所述平衡杆的两端联接在所述流量管机构上； 一个驱动器（Ｄ），它使所述流量管和平衡杆以相反的相位振动； 传感器机构（ＬＰＯ，ＲＰＯ），联接在所述平衡杆和所述流量管机构上，以产生代表所述带有物料流的振动流量管机构的科氏响应的信号； 其特征在于，所述科氏流量计还包括： 所述平衡杆的一个第一端部部分，它从所述撑杆（２２２，２２３，６３６，６３７，８３６，８３７，１０３６，１０３７）向着所述平衡杆的一个中央部分（２０２）沿轴向向内延伸； 所述平衡杆的一个第二端部部分，它从所述撑杆（２２２，２２３，６３６，６３７，８３６，８３７，１０３６，１０３７）向着所述平衡杆的所述中央部分沿轴向向内延伸；以及 所述平衡杆的所述轴向中央部分有一个柔量，该柔量能使所述平衡杆延伸向膨胀和收缩而不对所述流量管传递任何轴向应力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种科氏流量计，它有一个能够承受范围广泛的热状态而不会对其上联接平衡杆的流量管产生应力的平衡杆。问题单独直管科氏流量计通常具有一个与流量管共轴线的同心的平衡杆。该平衡杆相对于流量管以异相180度振动，从而抵消流量管的驱动模式振动。平衡杆和充满物料的流量管组成一个以其谐振频率振动的动力平衡的结构。平衡杆的两端通过环形撑杆刚性地固定在流量管上。称为节点的无振动区位于撑杆中，它们界定流量管工作部分的两端。流量管外表面和平衡杆内表面之间的径向距离通常保持很小，既为了结构紧凑，也为了调准平衡杆的谐振频率。流量管和平衡杆之间的直径的小的差别，产生一种非常坚固的连接。平衡杆的先有技术的设计的一个问题是，它们将一个显著的热应力加在流量管上。科氏流量管的热应力有三种明显不同的类型。第一种是热震。如果一个在寒冷气候中的科氏流量计突然接受热的物料，该热的流量管试图膨胀，但受到围绕的冷的平衡杆和流量计外壳的限制。先有技术设计使用一个弹性模数很低的钛流量管。钛的低的热膨胀率和高的屈服强度使流量管能够承受热震的高应力而不受损坏。第二类型的热应力是由科氏流量计的升高的或降低的均匀温度产生的。这种热应力在化学工厂或食品工厂中是普遍的，在那里科氏流量计外壳是绝缘的或加热的，以便将整个仪表保持在物料的温度。如果整个科氏流量计是钛做的，那么均匀的仪表温度不会产生任何应力，但钛太贵，不能用于整个仪表。大多数先有技术的科氏流量计用钛流量管，因为钛的膨胀率和弹性模数都很低。由于费用原故，它们采用一个不锈钢的平衡杆和外壳，即使钛是最佳材料。这些科氏流量计在升高的均匀温度下产生热应力，因为这些不同的材料具有不同的膨胀模数。一个在70度时设有应力的科氏流量计在均匀的200度时有显著的应力，因为不锈钢的平衡杆和外壳的膨胀率是钛流量管的膨胀率的两倍多。在第三类型的热负荷中，加在流量管上的应力是由于一种其中物料和环境具有不同温度的稳态热状态而产生的。一种在寒冷气候中测量热物料的科氏流量计最终达到热平衡状态，此时钛流量管达到物料温度而平衡杆只是稍许冷一些。但是，外壳可能冷得多，这取决于环境条件。例如，如果外壳暴露在冷风中，外壳的温度可能仅比环境温度高几度。当冷的外壳限制平衡杆和流量管试图的膨胀时，应力就产生了。当不锈钢平衡杆试图以钛流量管的两倍膨胀率膨胀时，应力也会产生。商售的单独直管科氏流量计必须能够经受所有三种类型的热负荷而不会遇到永久性损坏，而且在物料测量中理想地不会有过大误差。平衡杆两端是通过撑杆刚性地固定在流量管上的。这有效地将流量管划分为三个部分。在两个撑杆之间并位于平衡杆内部的中央部分是流量管的工作部分。这一部分相对于平衡杆异相振动。流量管的从平衡杆的两个轴向端部延伸到外壳两端的两个部分不会振动，是流量管的非工作部分。当上述先有技术的科氏流量计暴露于第一类型的热负荷即热震时，流量管的工作部分和非工作部分两者经受同样的热应力。这是由于，不管是限制流量管的工作部分的平衡杆还是限制流量管的非工作部分的外壳，其温度或长度都没有变化，而流量管的三个部分迅速达到像物料一样的升高温度，并具有同样的热应力。当先有技术的科氏流量计暴露于具有均匀的升高温度的第二类型热负荷时，流量管的三个部分再一次经受同样的热应力。平衡杆和外壳两者都是不锈钢并以同一膨胀率膨胀。钛流量管试图以不同的膨胀率膨胀，但受平衡杆和外壳的限制。在第三种热负荷的热状态下，流量管和平衡杆几乎达到物料温度，而外壳仍然是冷的。热的平衡杆膨胀其长度，而冷的外壳并不膨胀。流量管的非工作部分位于外壳两端和伸长的平衡杆之间。平衡杆和外壳两者的横截面积比流量管大得多，迫使流量管的非工作部分缩短长度。因为流量管的非工作部分是热的，如果不受限制，它将增加长度，长度的被迫缩短会产生应力，该应力甚至可能超过钛流量管的屈服强度。同时，流量管的工作部分由于连接在热的不锈钢平衡杆上而在其两端受到限制。不锈钢的膨胀系数比钛流量管的大得多。取决于平衡杆和流量管之间的温度差，流量管的工作部分可能处于张力之下，因为平衡杆温度近似地等于流量管温度。当平衡杆温度低于流量管温度时，它也可能受到压紧。流量管的非工作部分由于温度梯度而受到高度的应力，这种状况是先有技术科氏流量计的一个问题。在先有技术的科氏流量计中该问题通常是通过限制科氏流量计可能操作的温度范围来解决的。这是不希望有的，因为许多顾客希望在超过由热应力规定的限度的温度下测量物料的流动速率。解决办法本专利技术利用一种使流量管的工作部分和非工作部分中的应力在任何热状态下都尽可能低的平衡杆来克服上述和其它问题。该平衡杆的中间区段沿轴向是可以变动的，因此平衡杆两端的长度变化不会在流量管上施加显著的轴向力。这保证流量管的工作部分和非工作部分上的热应力始终相等。这种应力相等的状态是流量管的可能应力最小的状态。由于轴向可以变动的平衡杆，流量管中的剩余应力只是流量管和外壳之间的差别膨胀的函数。平衡杆的膨胀和收缩被消除了，不会对流量管产生应力。本专利技术的平衡杆的再一个优点是费用。大多数先有技术的科氏流量计需要一个不锈钢的平衡杆来使费用保持合理。为了扩展科氏流量计的温度范围，要求先有技术的平衡杆的膨胀系数尽可能接近流量管材料(钛)。最好的先有技术平衡杆完全用钛制成。但是，一个大尺寸科氏流量计中的钛平衡杆的费用可能大到不锈钢平衡杆的六倍。本专利技术的平衡杆具有增大的轴向柔量，它不会在流量管上施加轴向力。平衡杆的热膨胀无关紧要，因此可以用不太贵的材料制造并具有宽的温度范围。本专利技术有几个可能的示范性实施例。第一实施例是一个具有两个独立的端部部分和一个空的中央部分的平衡杆。每个端部部分紧固在一个相应的撑杆上，并通过撑杆固定在流量管的工作部分的两端上。这两个独立的平衡杆端部部分的行为像悬臂梁，它们被设计成具有充满物料的流量管的谐振频率。该中央空区段能够将平衡杆的驱动方式频率降低到流量管的驱动方式频率，而不需要先有技术仪表的附加的平衡杆块体。它是通过从平衡杆除去刚性来做到这一点的。这使科氏流量计达到动力平衡。驱动器包括一个驱动线圈，由于平衡杆的中央部分是一个空区段，该驱动线圈紧固在外壳上，而一个磁铁紧固在流量管上。这两个独立的平衡杆端部部分根据流量管的驱动方式振动而受撑杆运动的被动驱动。这两个独立的平衡杆端部部分响应流量管的驱动方式振动，并对撑杆区施加一个转矩，该转矩抵消由流量管工作部分的两端施加在撑杆上的转矩。平衡杆两端部分的编转也抵消振动的流量管的动量。该平衡杆设计除了节省费用和扩展温度范围而不对流量管产生应力外还有一个附加的优点。一个先有技术单管流量计中的平衡杆能够抵消流量管的驱动方式的振动，但是它不能平衡在物料流动状态期间由施加在流量管上的科氏力产生的流量计的振动。科氏力和偏转施加在一个带有物料流的振动流量管上。流量管的两个轴向半部具有反方向施加的科氏力。流量管的两个轴向半部的产生的科氏偏转也是方向相反的。这些力和偏转正比于物料流动速率，它们产生的振动不能够用常规平衡杆上的固定重量来抵消。由于平衡杆的两个端部部分的独立性，本专利技术的平衡杆能够抵消这些科氏力。平衡杆中央的空区段降低平衡杆两端端部的处于彼此异相振动方式中的谐振频率。这种方式由于其形状而被称作科氏状方式。该中央空区段将这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：C·B·范克勒维，G·T·兰哈姆，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：