CN103398749A - 振动管及使用该振动管的质量流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振动管及使用该振动管的质量流量计，在用不同密度的介质对同一个科里奥利质量流量计进行检测时，计量误差较小。该质量流量计包括一对相同的带有配重块的振动管，振动管包括顶段以及对称设置在顶段两端的与底座相连的支撑段，顶段的外壁上设置有2个重量相同的配重块，所述2个配重块分别位于顶段的垂直平分面的两侧，2个配重块的重心距离顶段的垂直平分面的垂直距离相等。

Description

振动管及使用该振动管的质量流量计
技术领域
本发明涉及一种振动管及使用该振动管的科里奥利质量流量计。
背景技术
科里奥利质量流量计是一种直接精密地测量流体流量的仪表。典型的U型科里奥利质量流量计结构主体采用两根并排的U形管，让两根管在其共振频率下同频反相振动，即它们会同时靠拢或同时张开。如果在振动管同步振动的同时，将流体导入管内，使之沿管内向前流动，则振动管将强迫流体与之一起振动。流体为了反抗这种强迫振动，会给振动管一个与其流动方向垂直的反作用力，在这种被叫做科里奥利效应的作用下，振动管将产生扭转变形，入口段管与出口段管在振动的时间先后会有差异，这叫做相位时间差。这种差异与流过振动管的流体质量流量的大小成正比。如果能检测出这种时间差异的大小，则可将质量流量的大小确定。科里奥利质量流量计就是依据上述原理制成。
现有的科里奥利质量流量计存在以下不足：在用同一个科里奥利质量流量计对不同密度的介质进行检测时，会出现计量误差不一致的情况，且误差值大于标定值。也就是介质的密度对科里奥利质量流量计的检测结果影响较大，我们称之为密度效应。
在专利CN101014836A中，密度效应产生的原因主要是：由于科里奥利质量流量计检测的是振动管上下游部分在科氏力作用下产生的扭转变形，而这种扭转变形同时也可以由振动管的某种振动模态产生，所以，实际检测的扭转变形幅度是在驱动频率下的科氏力扭转变形与扭转振动响应变形的合成函数。如果这两个频率接近，则扭转幅度就大。因此，为了保证检测精度，就应尽可能减小振动管产生扭转振动的可能。然而，当被测介质密度改变时，振动管的驱动频率和扭转频率变化并不一致，则可能改变扭转变形的幅度，影响检测精度。从本质上讲，这个理论是建立在被测介质未流动的前提下，所以，密度变化对检测精度的影响体现在零点上，我们可以称之为静态密度效应。该专利提出一种解决办法，即在振动管两侧设置两个Y向配重块，这两个Y向配重块的尺寸和位置设置成使得该驱动器加上这两个Y向配重块的组合质量中心基本上位于流管中心线所在的X-Y平面上。该技术方案强调的是Y方向的距离，也就是配重块的设置高度。上述X-Y平面是振动管的一个纵截面。
上述专利中的质量流量计存在以下不足：1、配重块设置后要确保组合质量中心基本上位于流管中心线所在的X-Y平面上，这点在实际操作上困难较大，需要的装配精度非常高。2、从实际应用来看，在检测介质的密度发生变化情况下，上述质量流量计的检测结果还是会受到较大影响。这是由于密度效应还和瞬时质量流量有关，也就是被测介质在流动过程中发生密度变化时，也会影响检测精度。理论分析如下：当被测介质流动时，其产生的科氏力将使振动管发生扭转，而此扭转变形又使得被测介质在振动管顶段内形成速度梯度，产生一个绕顶段中点的转矩，此转矩对扭转变形形成反馈，从而影响检测精度。被测介质质量流量越大，扭转变形越明显，密度变化时的影响就越大。因为这种密度效应是在被测介质流动的情况下产生的，所以，我们称之为动态密度效应。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种振动管，在科里奥利质量流量计上使用该振动管后，在用不同密度的介质对同一个科里奥利质量流量计进行检测时计量误差较小。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：振动管，包括顶段以及对称设置在顶段两端的支撑段，顶段的外壁上设置有2个重量相同的配重块，所述2个配重块分别位于顶段的垂直平分面的两侧，2个配重块的重心距离顶段的垂直平分面的垂直距离相等。
进一步的是：所述2个配重块设置在顶段的同侧。
进一步的是：顶段为直线形状。
进一步的是：所述顶段的外壁包括顶部、侧部和底部，所述2个配重块设置在顶段外壁的侧部。
进一步的是：所述配重块为棱柱体形状。
本发明还提供了一种质量流量计，包括2个相同的上述振动管，所述2个振动管对称设置。本发明的质量流量计与传统的科里奥利质量流量计的区别点就在于本发明使用的振动管是本发明的上述带有配重块的振动管。该质量流量计上的2个振动管完全相同，使得2个振动管上的配重块的设置方式完全相同。也就是各个振动管上的配重块的重量和位置关系都相同，且其中一个振动管上的2个配重块与另一个振动管上的2个配重块呈镜面对称关系，如图2所示。上述垂直平分面是过顶段中心的一个横截面，如图1所示。通过配重块可产生转矩，该转矩可用于减弱介质的密度对检测结果的不良影响。使得计量误差较小。而且，与专利CN101014836A的技术方案相比，由于本申请是建立在动态密度效应的理论基础上，更符合质量流量计的实际检测情况，因此，本申请可进一步降低计量误差，也就是本申请的质量流量计在检测时受到介质密度变化的影响更小。而且，本发明的上述配重块在装配时，只需考虑配重块的重心距离上述垂直评分面的距离，这点通过简单测量即可确定。因此本发明的质量流量计装配简单，快捷方便。
进一步的是：所述振动管的顶段为直线形状。
进一步的是：所述2个配重块设置在顶段的同侧。
进一步的是：所述顶段的外壁包括顶部、侧部和底部，所述2个配重块设置在顶段外壁的侧部。
进一步的是：所述配重块为棱柱体形状。
本发明的有益效果是：在用不同密度的介质对同一个质量流量计进行检测时，计量误差较小。
附图说明
图1为振动管上设置有配重块的示意图；
图2为将配重块设置在振动管的外壁的外侧部的示意图；
图中标记为：信号检测器1，支撑段2，垂直平分面3，配重块4，顶段5，底座6，隔振块7，驱动器8，顶部51，底部52，外侧部53，内侧部54，侧部55。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的振动管，包括顶段5以及对称设置在顶段5两端的支撑段2，顶段5的外壁上设置有2个重量相同的配重块4，所述2个配重块分别位于顶段5的垂直平分面3的两侧，2个配重块的重心距离顶段5的垂直平分面3的垂直距离相等。本发明还提供了一种质量流量计，包括2个相同的上述振动管，所述2个振动管对称设置。如图1和图2所示，这2个振动管上的配重块的设置方式完全相同。上述配重块4距离垂直平分面3的距离以及配重块4的重量可根据质量流量计的实际情况设定，通过有限次试验即可确定适合的设计方案。如图1所示，上述垂直平分面3为顶段5的一个横截面，并将顶段5平分，同时垂直平分面3也将整个振动管平分。本发明的这种科里奥利质量流量计在通过不同密度的介质进行检测时，其计量误差较小，也就是检测结果受介质的密度影响较小。
上述振动管可以为现有技术中应用的各种类型的振动管，顶段5可以是一个圆弧形，支撑段2可以是竖直设置的直线形状。还可以为如图1所示的这种振动管，所述振动管的顶段5为直线形状，水平设置。图1中，两侧的支撑段2为直线形状并竖直设置，支撑段2与顶段5之间设置有圆弧过渡段。由于顶段5为直线形状，方便确定上述垂直平分面3，进而方便上述配重块的安装。另一方面，通过实验证明，振动管的顶段5为直线形状时，通过设置配重块对计量误差的减少更为显著。也就是这种结构的振动管按照上述方式设置配重块后，可使质量流量计在检测时，受到介质密度的影响十分小。这点可从以下表格中看出：
在时间差△t=1x10-6s，介质密度ρ变化范围100～1000kg/m3的情况下，均分5段可得到如下计量误差数据：
Figure BDA0000368657960000031
Figure BDA0000368657960000041
由此可见，在无配重块的情况下，介质密度为1000kg/m3和200kg/m3时，误差e的差值为-0.298%，而在设置有配重块后，也就是使用本发明的这种质量流量计，误差e的差值为-0.052%。由此可见，通过对称设置配重块，可以显著降低质量流量计在不同介质密度下的计量误差。使得在对质量流量计进行检测时，所受检测介质的密度影响较小。
上述配重块在设置时，可设置在顶段5的外壁的顶部51、侧部55或底部52。具体可根据其它设备的位置灵活确定，例如图1的驱动器8设置在振动管的底部，为了避让，可将配重块设置在侧部55。如图2所示，侧部55包括外侧部53和内侧部54，外侧部53也就是两个振动管相互背离的一侧，内侧部54也就是两个振动管相互朝向的一侧。将配重块设置在外侧部53可便于配重块与振动管的连接，便于对现有的质量流量计增设配重块。
同一个振动管上的2个配重块在设置时，可一个设置在顶部51，一个设置在底部52；或者一个设置在外侧部53，一个设置在内侧部54。也可如图1所示，所述2个配重块4设置在顶段5的同侧。也就是2个配重块都设置在顶部51，或都设置在底部52，或都设置在外侧部53，或都设置在内侧部54。通过实验证明，2个配重块设置在同侧的效果要比设置在不同侧的效果好。
上述配重块4的形状可以为棱柱体形状，例如正方体，长方体等。这样方便安装各个配重块，也方便确定配重块的重心。由于配重块为规则形状，例如为正方体，在安装配重块时，只需将正方体形状的配重块的一个面作为基准面，让该基准面与上述顶段5的垂直平分面3平行设置，则配重块的重心距离垂直平分面3的距离可转化为该基准面距离垂直平分面3的距离，这样可便于快速确定各个配重块的安装位置。
实施例一：
质量流量计包括两个相同的对称设置的带有配重块的振动管。其中，配重块的设置方式如下：各个振动管的顶段5的外壁上设置有2个重量相同的配重块4，所述2个配重块分别位于顶段5的垂直平分面3的两侧，且所述2个配重块的重心距离顶段5的垂直平分面3的垂直距离相等，配重块4的重量为0.03kg,配重块4距对应的垂直平分面3的垂直距离为0.03m，配重块设置在振动管的外壁的顶部51。
实施例二：
质量流量计包括两个相同的设置有配重块的振动管，各个振动管的顶段5的外壁上设置有2个重量相同的配重块4，所述2个配重块分别位于顶段5的垂直平分面3的两侧，且所述2个配重块的重心距离顶段5的垂直平分面3的垂直距离相等，配重块4的重量为0.05kg,配重块4距对应的垂直平分面3的垂直距离为0.06m，配重块设置在振动管的外壁的底部52。
实施例三：
质量流量计包括两个相同的对称设置的带有配重块的振动管。其中，配重块的设置方式如下：各个振动管的顶段5的外壁上设置有2个重量相同的配重块4，所述2个配重块分别位于顶段5的垂直平分面3的两侧，且所述2个配重块的重心距离顶段5的垂直平分面3的垂直距离相等，配重块4的重量为0.04kg,配重块4距对应的垂直平分面3的垂直距离为0.04m，配重块设置在振动管的外壁的外侧部53。
实施例四：
质量流量计包括两个相同的对称设置的带有配重块的振动管。其中，配重块的设置方式如下：各个振动管的顶段5的外壁上设置有2个重量相同的配重块4，所述2个配重块分别位于顶段5的垂直平分面3的两侧，且所述2个配重块的重心距离顶段5的垂直平分面3的垂直距离相等，配重块4的重量为0.04kg,配重块4距对应的垂直平分面3的垂直距离为0.04m，配重块设置在振动管的外壁的底部52。
实施例五：
质量流量计包括两个相同的对称设置的带有配重块的振动管。其中，配重块的设置方式如下：各个振动管的顶段5的外壁上设置有2个重量相同的配重块4，所述2个配重块分别位于顶段5的垂直平分面3的两侧，且所述2个配重块的重心距离顶段5的垂直平分面3的垂直距离相等，配重块4的重量为0.04kg,配重块4距对应的垂直平分面3的垂直距离为0.04m，同一个振动管上的2个配重块中，其中一个设置在振动管的外壁的底部52，另一个设置在振动管的外壁的顶部51。
实施例六：
在上述任意一个实施例的基础上，上述振动管包括直线形状的水平设置的顶段，顶段两端连接有弧形过渡段，弧形过渡段的下端与直线形状的竖直设置的支撑段相连。

Claims (10)

1.振动管，包括顶段（5）以及对称设置在顶段（5）两端的支撑段（2），其特征是：顶段（5）的外壁上设置有2个重量相同的配重块（4），所述2个配重块分别位于顶段（5）的垂直平分面（3）的两侧，2个配重块的重心距离顶段（5）的垂直平分面（3）的垂直距离相等。
2.如权利要求1所述的振动管，其特征是：所述2个配重块（4）设置在顶段（5）的同侧。
3.如权利要求1所述的振动管，其特征是：顶段（5）为直线形状。
4.如权利要求1、2或3所述的振动管，其特征是：所述顶段（5）的外壁包括顶部（51）侧部（55）和底部（52），所述2个配重块（4）设置在顶段外壁的侧部（55）。
5.如权利要求1所述的振动管，其特征是：所述配重块（4）为棱柱体形状。
6.质量流量计，其特征是：包括2个相同的如权利要求1所述的振动管，所述2个振动管对称设置。
7.如权利要求6所述的质量流量计，其特征是：所述振动管的顶段（5）为直线形状。
8.如权利要求6所述的质量流量计，其特征是：所述2个配重块（4）设置在顶段（5）的同侧。
9.如权利要求6、7或8所述的质量流量计，其特征是：所述顶段（5）的外壁包括顶部（51）、侧部（55）和底部（52），所述2个配重块（4）设置在顶段外壁的侧部（55）。
10.如权利要求6所述的质量流量计，其特征是：所述配重块（4）为棱柱体形状。
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