CN103124897B - 包括改进仪表外壳的振动计 - Google Patents
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Abstract
提供了一种振动计。振动计包括由第一材料构成的一条或多条管路。振动计进一步包括连接至一条或多条管路中的管路并且被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分的驱动器以及连接至一条或多条管路中的管路并且被设置用于检测管路振动部分动作的一个或多个拾取元件。振动计进一步包括封装一条或多条管路、驱动器以及一个或多个拾取元件的至少一部分的外壳。外壳由第二材料构成,第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
Description
技术领域
本发明涉及振动计,并且更具体地涉及具有改进仪表外壳的振动计。
背景技术
振动计例如像密度计、体积流量计和科里奥利流量计等被用于测量物料的一种或多种特性例如像密度、质量流速、体积流速、总质量流量、温度和其他信息。振动计包括一条或多条管路,管路可以具有各种形状例如像直线形、U形或不规则的结构。
一条或多条管路具有一套固有的振动模式,包括例如简单弯曲振动、扭转振动、径向振动和耦合振动等模式。为了确定物料的特性,一条或多条管路通过至少一个驱动器而在这些模式中的一种模式下以谐振频率振动,这种模式在下文中被称为驱动模式。一个或多个计量电子装置向至少一个驱动器发送正弦驱动信号,驱动器通常是电磁铁/线圈的组合,其中电磁铁通常被固定至管路并且线圈被固定至安装结构或另一条管路。驱动信号促使驱动器在驱动模式下以驱动频率振动一条或多条管路。例如,驱动信号可以是传输至线圈的周期性电流。
一个或多个拾取元件检测管路的动作并生成表示振动管路动作的拾取信号。拾取元件通常是电磁铁/线圈的组合,其中电磁铁通常被固定至一条管路并且线圈被固定至安装结构或另一条管路。拾取信号被发送至一种或多种电子装置;并且拾取信号可以根据公知的原理由一种或多种电子装置用于确定物料的特性或者在必要时用于调节驱动信号。
通常,除了管路以外,振动计还设有一个或多个计量部件例如外壳、底座、法兰等。尽管基本上所有的附加计量部件都可能会由于各种振动特性而造成测量问题,但是外壳的振动特性通常最为重要并且会造成最显著的测量问题。因此,尽管外壳是以下讨论的焦点,但是类似的振动问题和解决方案也可应用于其他的计量部件。由各种计量部件造成的测量问题应归因于难以区分跟管路相关联的振动与跟计量部件例如外壳相关联的振动。造成该困难的一种原因是外壳类似于管路也具有一种或多种固有的振动模式,包括例如简单弯曲振动、扭转振动、径向振动和横向振动等模式。引发某种振动模式的特定频率通常取决于多种因素例如用于构成外壳的材料、外壳的厚度、温度、压力等。由驱动器或者材料处理***中的其他来源例如泵生成的振动作用力可以促使外壳以一种固有模式振动。在驱动模式下用于驱动一条或多条管路的频率与促使外壳以其一种固有振动模式振动的频率相对应的情况下难以生成物料特性的准确测量值。外壳的振动模式可能会干扰管路的振动,从而导致错误的测量值。
现有技术中已有多种试图将引发外壳振动模式的频率与引发管路振动模式的频率分离的尝试。这些频率可以包括外壳和注入流体的管路的各种振动模式的固有谐振频率。例如,外壳可以被制作得极硬和/或极厚重,目的是为了降低引发各种振动模式的频率以远离管路的预期驱动模式。这些选择方案都有很严重的缺点。增加外壳的质量和/或硬度导致加工复杂且困难,这就增加了成本并且使得难以安装振动计。一种现有技术中增加外壳质量的特定方法是向现有外壳焊接金属配重。这种方法并不能为了降低外壳的谐振频率而充分地消耗振动能量。此外,这种方法经常是高成本并且会生产出难看的外壳。
驱动频率和引发外壳内振动模式的频率之间重叠的一种原因是管路和外壳通常由类似的材料构成也就是均由金属构成。尽管金属外壳提供了多种优点例如提高了强度和防爆等级等,但是金属外壳也为制造振动计增加了高昂的成本。与金属外壳相关联的高昂成本是由于需要焊接外壳。另外,大量的时间和/或费用被花费在将引发外壳振动模式的频率与驱动频率充分分离这方面。增加外壳的质量或厚度不仅需要额外的材料,而且还需要额外的组装时间。因此,将金属外壳和金属管路一起使用具有多种缺点。
本发明克服了各种问题并且实现了本领域内的进步。本发明提供了一种具有改进仪表外壳的振动计。仪表外壳由高阻尼材料构成。仪表外壳的谐振频率被降低并远离管路的谐振频率。因此,振动计的驱动模式引发仪表外壳振动模式的风险得以显著降低。而且,通过本发明的仪表外壳也基本免除了与焊接连接相关联的费用。
发明内容
根据本发明的实施例提供了一种振动计。振动计包括由第一材料构成的一条或多条管路。振动计进一步包括连接至一条或多条管路中的管路并且被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分的驱动器以及连接至一条或多条管路中的管路并且被设置用于检测管路振动部分动作的一个或多个拾取元件。根据本发明的实施例,振动计进一步包括封装一条或多条管路、驱动器以及一个或多个拾取元件的至少一部分并且由第二材料构成的外壳,第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
根据本发明的实施例提供了一种形成振动计的方法,振动计包括由第一材料构成的一条或多条管路。所述方法包括将驱动器连接至一条或多条管路中的管路的步骤,驱动器被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分,还包括将一个或多个拾取元件连接至一条或多条管路中的管路的步骤,一个或多个拾取元件被设置用于检测管路振动部分的动作。根据本发明的实施例,所述方法进一步包括用由第二材料构成的外壳封装一条或多条管路、驱动器以及一个或多个拾取元件的至少一部分的步骤,第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
方面
根据本发明的一方面,一种振动计包括:
由第一材料构成的一条或多条管路;
连接至一条或多条管路中的管路并且被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分的驱动器;
连接至一条或多条管路中的管路并且被设置用于检测管路振动部分动作的一个或多个拾取元件;以及
封装一条或多条管路、驱动器以及一个或多个拾取元件的至少一部分并且由第二材料构成的外壳,第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
优选地,外壳进一步包括多个凸肋。
优选地,振动计进一步包括管路开口。
优选地,外壳进一步包括用于一根或多根电引线的馈通开口。
优选地,振动计进一步包括连接至外壳的底座,其中底座由第二材料构成。
优选地,第一材料是金属且第二材料是塑料。
优选地,振动计进一步包括连接至一条或多条管路的一根或多根歧管以及成形在外壳内并且适合用于接纳一根或多根歧管的一个或多个歧管开口。
优选地,振动计进一步包括成形在一个或多个歧管开口中的每一个歧管开口内并且被设置用于接纳连接至一根或多根歧管中每一根歧管的密封元件的凹槽。
优选地,振动计进一步包括成形在外壳内并且适合用于在预定压力下失效的断裂点。
优选地,振动计的至少一部分是透明的。
根据本发明的另一方面,一种形成振动计的方法,振动计包括由第一材料构成的一条或多条管路,所述方法包括以下步骤:
将驱动器连接至一条或多条管路中的管路,驱动器被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分;
将一个或多个拾取元件连接至一条或多条管路中的管路,一个或多个拾取元件被设置用于检测管路振动部分的动作;以及
用由第二材料构成的外壳封装一条或多条管路、驱动器以及一个或多个拾取元件的至少一部分,第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
优选地,所述方法进一步包括在外壳内成形多个凸肋的步骤。
优选地,所述方法进一步包括界定出管路开口的步骤。
优选地,所述方法进一步包括在外壳内成形用于一根或多根电引线的馈通开口的步骤。
优选地,所述方法进一步包括将底座连接至外壳的步骤,其中底座由第二材料构成。
优选地,第一材料是金属且第二材料是塑料。
优选地,外壳包括适合用于接纳连接至一条或多条管路的一根或多根歧管的一个或多个歧管开口,并且所述方法进一步包括将密封元件连接至每一根歧管并将密封元件***成形在外壳内的每一个歧管开口内成形出的凹槽中的步骤。
优选地,所述方法进一步包括在外壳内成形适合用于在预定压力下失效的断裂点的步骤。
优选地,所述方法进一步包括将外壳的至少一部分成形为透明的步骤。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的振动计。
图2示出了根据本发明的一个实施例的用于振动计的一部分外壳。
图3示出了根据本发明的一个实施例的位于一部分外壳内的振动计。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的用于振动计的一部分外壳。
图5示出了根据本发明的一个实施例的封装传感器装置的外壳。
图6示出了根据本发明的一个实施例的振动计的局部分解图。
图7a示出了用于金属的迟滞图。
图7b示出了用于塑料的迟滞图。
具体实施方式
图1-7b和以下的说明内容描述了具体的示例以教导本领域技术人员如何实现和利用本发明的最佳模式。为了教授创造性原理,一些常规内容已被简化或省略。本领域技术人员可以从落入本发明保护范围内的这些示例中领会出各种变形。本领域技术人员应该意识到以下介绍的特征能够以各种方式组合从而构成本发明的多种变形。因此,本发明并不局限于下述的具体示例而只能由权利要求及其等价形式限定。
图1示出了仪表形式的振动计5,包括传感器装置10以及一个或多个计量电子装置20。振动计5可以包括科里奥利流量计、超声波流量计、体积流量计、密度计等。计量电子装置20通过引线100连接至传感器装置10以测量物料的特性例如像路径26上的流体密度、质量流速、体积流速、总质量流量、温度和其他信息。
本示例中的传感器装置10包括一对法兰101,101'、歧管102,102'、驱动器104、拾取元件105,105'和管路103A,103B。驱动器104和拾取元件105,105'被连接至管路103A和103B。驱动器104被示出为在驱动器104能够以驱动模式振动管路103A,103B中振动部分150的位置固定至管路103A,103B。管路103A,103B中的振动部分150分别围绕弯曲轴线W,W'振动。弯曲轴线W,W'至少部分由连接至管路103A,103B的撑板120-123确定。应该意识到管路103A,103B中可以有其他的并不振动或者不按需要振动的部分。管路103A,103B中这些所谓的“非振动”部分151通常是例如在上撑板122,123下方的部分。应该意识到仅示出了一个振动部分150和一个非振动部分151。但是,因为管路103A,103B基本上彼此平行,所以管路103A的振动部分与管路103B的振动部分基本相同。类似地,管路103A的非振动部分与管路103B的非振动部分也基本相同。同样地,非振动部分151仅在管路103A,103B的入口端标出;但是出口撑板123,121下方的出口部分也类似地是管路103A,103B的非振动部分。
拾取元件105,105'被固定至管路103A,103B,目的是为了检测管路103A,103B中振动部分150的动作。因此,在振动计中关注的是管路103A,103B中振动部分150的振动。为了以下的说明,振动计5中除了管路103A,103B的振动部分150、驱动器104和拾取元件105,105'以外的部件都能被归类为也可以不合需要地振动并且干扰管路103A,103B振动的仪表部件。
本领域技术人员应该意识到在本发明的保护范围内可以将本文中介绍的原理与包括缺少科里奥利流量计测量能力的振动计在内的任何类型的振动计结合使用。这些设备的示例包括但不限于振动密度计、体积流量计等。
本示例中的法兰101,101'被连接至歧管102,102'。本示例中的歧管102,102'被固定至管路103A,103B的相对端。当传感器装置10被***运送物料的管道***(未示出)时,物料通过法兰101进入传感器装置10,经过入口歧管102以在此引导全部数量的材料进入管路103A,103B,流过管路103A,103B,然后回到出口歧管102'内以在此通过法兰101'离开传感器装置10。
如上所述,管路103A,103B可以由驱动器104在驱动模式下驱动。根据本发明的一个实施例,驱动模式可以是例如第一异相弯曲模式并且管路103A和103B可以选择并适当地安装至入口歧管102和出口歧管102'以分别围绕弯曲轴线W,W'具有基本相同的质量分布、转动惯量和弹性模量。如图所示,管路103A,103B以基本平行的方式从歧管102,102'向外延伸。尽管管路103A,103B如图所示设置为具有基本U形的形状,但是将管路103A,103B设置为具有其他形状例如像直线形状或不规则形状也都落在本发明的保护范围内。而且,使用不同于第一异相弯曲模式的模式作为驱动模式也落在本发明的保护范围内。
在本示例中,当驱动模式包括第一异相弯曲模式时,管路103A,103B的振动部分150可以由驱动器104以第一异相弯曲模式的谐振频率围绕其各自的弯曲轴线W,W'沿相反的方向驱动。驱动器104可以包括多种公知装置中的一种例如安装至管路103A的电磁铁和安装至管路103B的反作用线圈。交变电流可以流过反作用线圈以促使管路103A,103B两者都振荡。适当的驱动信号可以由一个或多个计量电子装置20通过引线110加至驱动器104。应该意识到尽管讨论内容指向两条管路103A,103B,但是在其他的实施例中可以仅设置单条管路。
根据本发明的一个实施例,一个或多个计量电子装置20生成驱动信号并通过引线110将其发送至驱动器104以促使驱动器104振荡管路103A,103B的振动部分150。生成用于多个驱动器的多个驱动信号也落在本发明的保护范围内。一个或多个计量电子装置20能够处理来自拾取元件105,105'的左右速度信号以计算物料的特性例如像质量流速。路径26正如本领域所公知的那样提供允许一个或多个计量电子装置20与操作人员交互的输入和输出手段。一个或多个计量电子装置20中的电路说明并非理解本发明所必需并且为了本说明书的简明而予以省略。应该意识到图1中的说明内容仅提供作为一种可行振动计的操作示例而不意图限制本发明的教导。
图2示出了根据本发明的一个实施例的用于振动计5的一部分外壳200的截面图。外壳200可以设置为两个或多个部分并且一旦就位即可粘接、卡合、焊接、钎接或以其他方式连接在一起。例如,图2仅示出了外壳200的一个部分200a。一旦开始组装,外壳200对应的第二部分即可被连接至第一部分200a以基本上封装至少一部分传感器装置10。在某些实施例中,外壳200的两部分可以仅沿着通常标注为210的周边部分连接。可选地,两个或多个部分可以在多个位置连接。外壳200可以被设置用于封装管路103A,103B、驱动器104和拾取元件105,105'的至少一部分(参见图3)。正如能够意识到的那样,外壳200如本领域所公知地可以保护管路103A,103B、驱动器104和拾取元件105,105'。
尽管现有技术中的外壳由于驱动模式和外壳谐振频率之间的重叠而容易以一种或多种振动模式振动,但是本发明的外壳200是由具有的引发振动模式所需的谐振频率被明显减小并且远离驱动模式频率的材料构成。根据本发明的一个实施例,外壳200的谐振频率通过提供由第一材料构成的管路103A,103B并且用第二材料成形外壳200而明显远离驱动模式频率,其中第二材料表现出比第一材料更高的振动阻尼特性。正如本领域已知的那样,振动阻尼是机械能(振动)向热能的转化。由于阻尼而生成的热量从机械***散发到周围环境中。尽管阻尼可以用多种不同的方式刻画,但是一种特定的振动阻尼特性是所谓的阻尼损耗因子η。部件的阻尼损耗因子η可以表示如下:
(1)
其中:
η是阻尼损耗因子;
D是每个周期内每单位体积消散的能量;并且
W是在一个周期内存储的最大应变能量。
正如能够意识到的那样,较高的阻尼损耗因子应在每个周期内每单位体积消散较多能量或者在一个周期内存储较少的最大应变能量的材料中实现。用于广泛的各种材料的阻尼损耗因子可以在查询表、图表、曲线图等中获得。可选地,特定材料的阻尼损耗因子可以用实验方法确定。因此,第一和第二材料可以选择为使第一材料包括比第二材料更小的阻尼损耗因子。这些材料的示例有金属和塑料/聚合物。通常,大多数金属都具有约在0.001范围内的阻尼损耗因子。相比之下,塑料/聚合物具有约在0.01-2.0范围内的阻尼损耗因子。因此,通过选择金属用作第一材料并选择塑料/聚合物用作第二材料,第二材料就能够表现出比第一材料的振动阻尼特性高出10到2000倍之间的振动阻尼特性。阻尼损耗因子增大的一种原因是因为塑料/聚合物由于纤维和聚合物之间的接触而经受了粘弹性阻尼和摩擦损失。相比之下,大多数金属与塑料/聚合物相比则只会经受水平低得多的粘弹性阻尼。
图7a和7b中进一步示出了第一和第二材料之间不同的振动阻尼特性。图7a示出了用于第一材料的输入应力和响应的应变在一个振动周期内的迟滞图。椭圆内包含的面积就等于每个周期消散的能量,这与上述的阻尼损耗因子η有关。图7b示出了用于第二材料的输入应力和响应的应变在一个振动周期内的迟滞图。正如在两图之间进行比较所能看到的那样,图7b中示出的用于第二材料的椭圆内包含的面积远远大于图7a中示出的用于第一材料的椭圆内包含的面积。因此,两图表明第二材料具有比第一材料更高的振动阻尼特性。因此,如果第一和第二材料接受基本相同的施加的振动能量,那么第一材料就会因为第二材料包括更高的振动阻尼特性而包括比第二材料更高的振动速度。因此,第一材料的谐振频率峰值将大于第二材料的谐振频率峰值。
根据本发明的一个实施例,管路103A,103B的振动部分150例如由金属构成。由于出色的耐腐蚀性和热性质,因此用于构成管路103A,103B的金属是钛,这在本领域内是典型和经常的情形。在某些实施例中,将第一和第二材料以不透流体的密封方式连接在一起可能并不实际。因此,整个管路103A,103B均可由第一材料构成。
根据本发明的一个实施例,当管路103A,103B由金属构成时,外壳200例如可以由塑料构成。如上所述,塑料表现出远高于金属的振动阻尼特性例如更高的阻尼损耗因子,并且因此在外壳200内引发振动模式所需的频率得以明显降低,同时在管路103A,103B内引发振动模式所需的频率则基本保持不受影响。应该意识到用于管路103A,103B和外壳200的具体材料仅仅是举例而绝不是为了限制本发明的保护范围。但是,应该意识到根据本发明的实施例,管路103A,103B是由第一材料制成,而外壳200是由第二材料制成,其中第二材料具有比第一材料更高的振动阻尼特性。振动阻尼特性比金属更高的材料的其他示例有橡胶、碳纤维、玻璃纤维、石墨、玻璃、木材等。该列表并非穷举性的,而且本领域技术人员可以轻易地找到表现出能够用于外壳200的更高振动阻尼特性的其他合适的材料。
根据本发明的一个实施例,当外壳200由塑料构成时,通常金属外壳所需的焊接即可被基本免除。在图示的实施例中,外壳200的第二部分200b(参见图5)可以利用粘合剂、环氧树脂、机械紧固件、卡合等连接至图2中示出的外壳200的第一部分200a。通过避免对于例如将外壳部分焊接在一起以及将外壳焊接至底座的需求,与围绕传感器装置10的其余部分组装外壳200相关联的成本和复杂性即可明显降低。
根据本发明的一个实施例,用于构成外壳200的第二材料可能不如现有技术中通常使用的金属坚固。因此,本发明在外壳200中实现有多种附加特征,目的是为了克服通常与较弱的材料例如塑料相关联的各种缺点。在图2所示的实施例中,外壳200包括多个凸肋201。凸肋201可以被设置用于加强外壳200同时保持降低重量。凸肋201可以通过将凸肋201连接至现有的壳体202而加至外壳200。可选地,外壳200可以如本领域中公知的那样模制并且凸肋201可以在模制过程期间在成形壳体202的同时成形。在某些实施例中,凸肋201可以被设置用于调节引发外壳200内振动模式所需的频率。例如,通过增加外壳200内凸肋201的数量和/或凸肋201之间的间距,外壳200的刚性即可增强,由此增加外壳200的阻尼以进一步降低引发外壳200内振动模式所需的频率。
根据本发明的一个实施例,外壳200可以进一步包括管路开口206。根据本发明的一个实施例,管路开口206由多个凸肋201界定。管路开口206的大小和形状例如可以被构造用于接纳管路103A,103B。根据本发明的一个实施例,管路开口206可以包括与管路103A,103B所需面积基本相等的面积同时以最大振幅振动,目的是为了最小化现有技术的外壳中因围绕管路提供了远大于需求的开放空间而可能出现的压力重叠。相比之下,由于管路开口206基本上围绕管路103A,103B,因此外壳200可以明显降低外壳200在管路故障的情况下破裂的风险。
除了管路开口206以外,外壳200还可以包括适合用于接纳传感器装置10中第一和第二歧管102,102'的第一和第二歧管开口203,203'。歧管开口203,203'可以进一步包括适合用于接纳密封元件304,304'例如O形环(参见图3)的凹槽204,204'。
根据本发明的一个实施例,外壳200进一步包括馈通开口205。馈通开口205可以被设置用于在驱动器104、拾取元件105,105'和计量电子装置20之间连通引线100。尽管馈通开口205被示出为在底部附近引出外壳200,但是应该意识到馈通开口205可以在任何需要的位置引出外壳200并且图示的特定位置绝不是为了限制本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例,外壳200可以进一步包括驱动器安装部分224和拾取元件安装部分225,225'。驱动器安装部分224和拾取元件安装部分225,225'可以在外壳200被用于单管路振动计的实施例中设置。因此,外壳200可以设置防止单管路振动的基本固定的安装部分。有利地,不需要单独的固定板或安装部分。
外壳200可以提供防爆屏障。根据本发明的一个实施例,外壳200可以包括被设计为在预定压力下失效的***断裂点215,目的是为了沿特定的方向安全地排空外壳200。***断裂点215设计失效的预定压力可以低于外壳200的其余部分能够安全包容的压力。***断裂点215可以包括例如外壳200中厚度减小的区域。***断裂点215可以在模制过程中成形或者可以在外壳200成形之后切出。尽管***断裂点215被示出在外壳200的顶部附近,但是应该意识到***断裂点215可以位于任何需要的位置。
图3示出了根据本发明的一个实施例的包括外壳200的振动计5。如图3所示,外壳200可以分别连接至歧管102,102'。因为歧管102,102'也被连接至管路103A,103B,所以外壳200的振动能够轻易地由管路103A,103B承受并且干扰仪表的测量值。歧管102,102'可以根据包括但不限于粘接、钎接、焊接、机械紧固件等在内的已知方法连接至外壳200的歧管开口203,203'。
图3中进一步示出了密封元件304,304'。密封元件304,304'可以分别连接至歧管102,102'。当传感器装置10位于外壳200内时,密封元件304,304'例如可以由凹槽204,204'接纳。密封元件304,304'可以在歧管102,102'和歧管开口203,203'之间提供基本不透流体的密封。在某些实施例中,歧管102,102'和歧管开口203,203'之间基本不透流体的密封可以提供用于将传感器装置10在外壳200内固定就位的必要连接。另外,在很多实施例中,歧管102,102'可以由类似于第一材料的材料也就是金属构成,而外壳200则由第二材料也就是塑料构成。除了第一和第二材料包括明显不同的振动阻尼特性以外,第一和第二材料还可以包括明显不同的热性质。例如,第一和第二材料可以包括不同的热膨胀系数。因此,在某些实施例中,密封元件304,304'可以包括橡胶O形环或类似元件以能够在管路103A,103B和外壳200经受温度变化时适应不同的热膨胀。因此,在某些实施例中,密封元件304,304'可以包括高阻尼材料例如橡胶O形环,并且可以在管路103A,103B和外壳200之间提供附加的振动隔离以及热补偿以释放管路103A,103B和外壳200之间的热应力。
根据本发明的一个实施例,密封元件304,304'可以被设置为允许歧管102,102'围绕其公共轴线X旋转同时基本上阻止沿垂直于公共轴线X的方向移动。这种对横向移动的约束能够明显减少对法兰101,101'和其他现有设备的潜在破坏。
如图3所示,驱动器104位于馈通开口205附近。引线100因此能够轻易地从外壳100延伸穿过馈通开口205。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的外壳200。图4所示的实施例类似于先前介绍的实施例;但是,图4还示出了印刷电路板(PCB)440。PCB 440可以连接至外壳200的一部分并且基本上保持固定。PCB 440可以被设置用于向驱动器104传输驱动信号,传输来自拾取传感器105,105'的拾取信号或兼具两种功能。另外,电引线400例如可以连接至PCB440并且与计量电子装置20连通。尽管示出了三根引线,但是应该意识到可以设置任意数量的引线。
根据本发明的一个实施例,PCB 440还可以包括显示屏441。显示屏441可以被设置用于显示振动计5的各种操作参数和/或设置。在某些示例中,外壳200可以包括透明部分(参见图5)以允许用户无需移除外壳200即可看到显示屏441。
图5示出了根据本发明的一个实施例的基本上包围振动计5的一部分的外壳200。在图示的实施例中,外壳200包括透明部分560。应该意识到在其他的实施例中,基本上整个外壳200均可由透明材料构成。如上所述,透明部分560可以被设置用于观察位于外壳200内的显示屏441。在某些实施例中,透明部分560可以包括可局部变形的部分以允许用户或操作人员操作例如设置在PCB 400上的一个或多个按钮561。按钮561可以允许用户或操作人员改变、调节或观察振动计5的各种设置。
正如图5中能够看到的那样,将两个或多个部分200a,200b连接在一起的外壳200基本上封装了一部分传感器装置10。仅有的从外壳200伸出的部分是法兰101,101'。应该意识到图5中示出的实施例仅仅是一个示例,并且在其他的实施例中传感器装置10可以有更多或更少的部分从组装好的外壳200伸出。
同样从外壳200伸出的是与PCB 440连通的引线400。引线400可以与计量电子装置20连通,而前述的引线100可以在PCB 440和驱动器104以及拾取元件105,105'之间提供连通。
图6示出了根据本发明的另一个实施例的振动计5的局部分解图。在图6所示的实施例中,管路103A,103B被连接至底座640。根据本发明的一个实施例,底座640被进一步连接至安装块641A,641B。安装块641A,641B可以提供用于将底座640连接至生产流水线(未示出)或歧管(未示出)的装置。
根据图6中的实施例,外壳200由单一部分构成而不是设有多个部分。外壳200进一步被连接至底座640。如图6所示,外壳200包括多个定位槽660。设置定位槽660是为了容纳机械紧固件(未示出)。机械紧固件可以配装在定位槽660内并接合成形在底座640内的孔661和成形在安装块641A,641B内的孔662。根据本发明的一个实施例,机械紧固件可以包括例如配装在外壳200上的U形螺栓。
根据本发明的一个实施例,振动计5还可以包括位于外壳200和底座640之间的密封元件650。密封元件650可以包括例如橡胶O形环。根据本发明的一个实施例,密封元件650可以被设置用于将外壳200的不必要振动与管路103A,103B进一步隔离。而且,密封元件650可以在外壳200和底座640之间提供基本上不透流体的密封。
根据本发明的一个实施例,除了外壳200由第二材料构成,第二材料与用于构成管路103A,103B的材料明显不同以外,底座640和/或安装块641A,641B也可以由第二材料构成。可选地,底座640和/或安装块641A,641B可以由不同于第一和第二材料的第三材料构成。根据本发明的一个实施例,第三材料可以包括表现出比第一材料更高的振动阻尼特性的材料。因此,在底座640或安装块641A,641B内引发振动模式的振动频率可以明显低于驱动频率。有利地,类似于外壳200,来自底座640和安装块641A,641B的不必要振动被明显降低。
根据本发明的一个实施例,外壳200被成形为使引发外壳内振动模式的频率和驱动模式频率之间的频率间隔大于1赫兹。更优选地,频率间隔根据预期的流体密度而大于3-5赫兹。在某些实施例中,外壳200可以被成形用于针对一定范围的流体密度保持足够的频率间隔。例如,外壳200的谐振频率即使在多相流时也可以保持低于驱动模式的频率。频率间隔的程度可以根据用于外壳200的具体材料和/或外壳200的具体结构进行调节。
应该意识到尽管将外壳200用作示例,但是除了管路103A,103B的振动部分150、驱动器104和拾取元件105,105'以外的其他计量部件均可类似地由第二材料构成,目的是为了分离计量部件的谐振频率与预期的驱动频率。因此,本发明不应局限于由第二材料构成的外壳200,其中第二材料与用于构成管路103A,103B振动部分的第一材料相比表现出更高的振动阻尼特性。
本发明如上所述提供了一种具有改进测量能力的振动计。现有技术中的振动计总是会面对由驱动模式频率和引发仪表外壳内振动模式的频率之间的振动重叠导致的测量问题。相比之下,本发明提供了一种具有改进仪表外壳的振动计。改进的振动计提供了由第一材料构成的管路以及由第二材料构成的外壳。第二材料包括不同于第一材料的振动阻尼特性。具体地,第二材料表现出高于第一材料的振动阻尼特性。因此,在由第二材料构成的仪表外壳内引发振动模式的各种谐振频率即被明显降低并且远离预期的驱动模式频率。因此,本发明的振动计就不会面对通常会影响现有技术中仪表的振动重叠问题。
上述实施例的详细说明并不是对发明人设想落在本发明保护范围内的所有实施例的穷举性说明。实际上,本领域技术人员应该意识到上述实施例中的某些要素可以进行各种组合或删除以构成更多的实施例,并且这些更多的实施例也都落在本发明的保护范围和教导以内。对本领域普通技术人员来说同样显而易见的是上述实施例可以整体或部分地组合以构成落在本发明的保护范围和教导以内的附加实施例。
因此,尽管在本文中为了进行说明而介绍了本发明的具体实施例和用于本发明的示例,但是如相关领域技术人员应该想到的各种等价变形都应该落在本发明的保护范围内。本文中提供的教导可应用于其他的振动***,而并不是只能应用于以上介绍且在附图中示出的实施例。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求确定。
Claims (19)
1.一种振动计(5),具有一条或多条管路(103A,103B)、驱动器(104)和一个或多个拾取元件(105,105'),其特征在于,
所述一条或多条管路(103A,103B)由第一材料构成;
所述驱动器(104)连接至一条或多条管路(103A,103B)中的管路并且被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分;
所述一个或多个拾取元件(105,105')连接至一条或多条管路(103A,103B)中的管路并且被设置用于检测管路振动部分(150)动作;并且包括:
外壳(200),其封装一条或多条管路(103A,103B)、驱动器(104)以及一个或多个拾取元件(105,105')的至少一部分并且由第二材料构成,其中第二材料具有的引发振动模式所需的谐振频率被明显减小并且远离一种或多种驱动模式频率,并且其中第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
2.如权利要求1所述的振动计(5),其中外壳(200)进一步包括多个凸肋(201)。
3.如权利要求1所述的振动计(5),其中外壳(200)进一步包括管路开口(206)。
4.如权利要求1所述的振动计(5),其中外壳(200)进一步包括用于一根或多根电引线(100)的馈通开口(205)。
5.如权利要求1所述的振动计(5),进一步包括连接至外壳(200)的底座(440),其中底座(440)由第二材料构成。
6.如权利要求1所述的振动计(5),其中第一材料是金属且第二材料是塑料。
7.如权利要求1所述的振动计(5),进一步包括连接至一条或多条管路(103A,103B)的一根或多根歧管(102,102')以及成形在外壳(200)内并且适合用于接纳一根或多根歧管(102,102')的一个或多个歧管开口(203,203')。
8.如权利要求7所述的振动计(5),进一步包括成形在一个或多个歧管开口(203,203')中的每一个歧管开口内并且被设置用于接纳连接至一根或多根歧管(102,102')中每一根歧管的密封元件(304,304')的凹槽(204,204')。
9.如权利要求1所述的振动计(5),进一步包括成形在外壳(200)内并且适合用于在预定压力下失效的断裂点(215)。
10.如权利要求1所述的振动计(5),其中外壳(200)的至少一部分(560)是透明的。
11.一种形成振动计的方法,所述振动计具有驱动器和一个或多个拾取元件,包括由第一材料构成的一条或多条管路,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将所述驱动器连接至一条或多条管路中的管路,驱动器被设置用于以一种或多种驱动频率振动管路的至少一部分;
将所述一个或多个拾取元件连接至一条或多条管路中的管路,一个或多个拾取元件被设置用于检测管路振动部分的动作;以及
用由第二材料构成的外壳封装一条或多条管路、驱动器以及一个或多个拾取元件的至少一部分,其中第二材料具有的引发振动模式所需的谐振频率被明显减小并且远离一种或多种驱动模式频率,并且其中第二材料包括比第一材料更高的振动阻尼特性。
12.如权利要求11所述的方法,进一步包括在外壳内成形多个凸肋的步骤。
13.如权利要求12所述的方法,进一步包括设置管路开口的步骤。
14.如权利要求11所述的方法,进一步包括在外壳内成形用于一根或多根电引线的馈通开口的步骤。
15.如权利要求11所述的方法,进一步包括将底座连接至外壳的步骤,其中底座由第二材料构成。
16.如权利要求11所述的方法,其中第一材料是金属且第二材料是塑料。
17.如权利要求11所述的方法,其中外壳包括适合用于接纳连接至一条或多条管路的一根或多根歧管的一个或多个歧管开口,并且所述方法进一步包括将密封元件连接至每一根歧管并将密封元件***成形在外壳内的每一个歧管开口内成形出的凹槽中的步骤。
18.如权利要求11所述的方法,进一步包括在外壳内成形适合用于在预定压力下失效的断裂点的步骤。
19.如权利要求11所述的方法,进一步包括将外壳的至少一部分成形为透明的步骤。
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