RU2467290C2

RU2467290C2 - Vortex flow meter with plate of sensor of vortex oscillations

Info

Publication number: RU2467290C2
Application number: RU2010152347/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Конюхов (RU); Александр Владимирович Конюхов; Владимир Дмитриевич Богданов (RU); Владимир Дмитриевич Богданов
Original assignee: Роузмаунт Инк.
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-11-20
Also published as: RU2010152347A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: vortex flow meter comprises a tube, a vortal bluff body installed upstream in a flow channel and creating vortex oscillations in a flow of a liquid medium. The vortex flow meter also comprises a unit perceiving vortices and comprising a membrane, a plate of a sensor of vortex oscillations, a rotary stand and an electronic circuit. The membrane seals a hole in a side wall to form an isolating chamber. The unit is made as capable of sealing a hole in the side wall of the flow channel. The plate of the sensor of vortex oscillations has a proximal layer resting against the membrane, the opposite distal layer without a support, and edges arranged upstream and downstream and supported with support stands that limit beating of plate edges arranged upstream and downstream. The rotary stand stretches along the central area of the plate of the sensor of vortex oscillations and via the membrane to send vortex oscillations from the plate of the sensor of vortex oscillations to the sensor. The electronic circuit of the transmitter receives an output signal from the sensor and provides for an output signal related to the liquid medium flow. In the other version of vortex flow meter realisation the plate of the sensor of vortex oscillations, supports protrude into a flow channel.

EFFECT: reduced weight and increased stiffness help to increase internal resonant frequency of reading, causing wider frequency range of reading and improved signal in respect to a noise ratio, limitation of undesirable beating of plate edges of a sensor of vortex oscillations, and thus increased accuracy of measurements.

4 cl, 7 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Изобретение относится к расходомерам, а в особенности к расходомерам, которые функционируют по принципу измерения частоты или периода вихрей по вихревой дорожке Кармана, образованной в подвижной текучей среде.The invention relates to flowmeters, and in particular to flowmeters that operate on the principle of measuring the frequency or period of vortices along a Karman vortex track formed in a mobile fluid.

Расходомеры используются в промышленных процессах для измерения расхода рабочей текучей среды. Один из типов расходомеров, известный как вихревой расходомер, измеряет поток посредством определения вихрей в потоке. Эти вихри могут быть определены посредством использования пластины вихревого колебания. Точность измерений зависит от способности колебательной пластины реагировать на общее количество вихрей. Тонкая пластина может обеспечить более точные измерения, однако, она также более склонна к ошибке по сравнению с более толстой платиной.Flowmeters are used in industrial processes to measure the flow rate of a working fluid. One type of flow meter, known as a vortex flowmeter, measures flow by detecting vortices in a flow. These vortices can be determined by using a swirl plate. The accuracy of the measurements depends on the ability of the vibration plate to respond to the total number of vortices. A thin plate can provide more accurate measurements, however, it is also more error prone than thicker platinum.

СУЩНОСТЬESSENCE

Вихревой расходомер включает в себя воспринимающий вихри узел, имеющий диафрагму. Диафрагма герметизирует торец основания узла для образования изолированной камеры. Узел выполнен с возможностью герметизации отверстия в боковой стенке проточного канала. Опорные стойки предпочтительно выступают из узла в проточном канале. В одной из конфигураций пластина датчика вихревых колебаний имеет проксимальный край, опирающийся на диафрагму, и противоположный дистальный край, который не имеет опоры. Пластина датчика вихревых колебаний имеет расположенные выше и ниже по потоку края, предпочтительно поддерживаемые опорными стойками. Поворотная стойка проходит вдоль центральной области пластины датчика вихревых колебаний. Поворотная стойка проходит через диафрагму. Поворотная стойка передает датчику вихревые колебания. Электронный контур передатчика принимает выходной сигнал от датчика и обеспечивает выходной сигнал, связанный с расходом текучей среды.The vortex flowmeter includes a vortex-sensing assembly having a diaphragm. The diaphragm seals the end face of the base unit to form an isolated chamber. The node is configured to seal the holes in the side wall of the flow channel. The support legs preferably protrude from the assembly in the flow channel. In one configuration, the vortex sensor plate has a proximal edge resting on the diaphragm and an opposite distal edge that is not supported. The vortex sensor plate has upstream and downstream edges, preferably supported by support legs. The swivel strut extends along the central region of the vortex oscillation sensor plate. The swivel strut passes through the diaphragm. The swivel column transmits vortex vibrations to the sensor. The transmitter electronic circuit receives an output signal from the sensor and provides an output signal associated with the flow rate of the fluid.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На Фиг.1 показан вид с боку в сечении вихревого расходомера.Figure 1 shows a side view in cross section of a vortex flowmeter.

На Фиг.2 показан вид с торца вихревого расходомера с Фиг.1.Figure 2 shows the end view of the vortex flowmeter of Figure 1.

На Фиг.3 показан вид с боку в сечении воспринимающего вихри устройства.Figure 3 shows a side view in cross section of a perceiving vortex device.

На Фиг.4 показан вид спереди в сечении по линии 4-4 на Фиг.3.Figure 4 shows a front view in section along the line 4-4 in Figure 3.

На Фиг.5 показан вид снизу устройства, показанного на Фиг.3-4.Figure 5 shows a bottom view of the device shown in Figure 3-4.

На Фиг.6 показана перспективная проекция устройства, показанного на Фиг.3-5.Figure 6 shows a perspective projection of the device shown in Fig.3-5.

Фиг.7А, 7В, 7С показывает этапы процесса производства устройства.Figa, 7B, 7C shows the stages of the manufacturing process of the device.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EXAMPLE EMBODIMENTS

В вариантах осуществления, описанных ниже, воспринимающее вихри устройство, чувствительное к вихрям, расположено ниже по потоку относительно тела обтекания в вихревом расходомере. Устройство содержит пластину датчика вихревых колебаний, которая определяет вихри. У пластины датчика вихревых колебаний есть расположенные ближе и дальше по ходу края, которые поддерживаются расположенными выше и ниже по потоку опорными стойками. Верхний проксимальный край пластины датчика вихревых колебаний опирается на диафрагму. Нижний дистальный край пластины датчика вихревых колебаний не имеет опоры и свободно перемещается под действием вихрей. Поворотная стойка прикреплена к пластине датчика вихревых колебаний и проходит через диафрагму внутрь изоляционной камеры за диафрагму. Поворотная стойка проходит внутрь изоляционной камеры и передает вихревые колебания в положении в вихревой камере. Датчик объединен с поворотной стойкой и считывает вихревые колебания. Датчик присоединен к контуру передатчика, который обеспечивает электрический выходной сигнал, представляющий частоту вихревых колебаний. Частота вихревых колебаний представляет собой скорость потока текучей среды через вихревой расходомер.In the embodiments described below, the vortex-sensitive vortex-sensitive device is located downstream of the flow body in the vortex flowmeter. The device comprises a vortex oscillation sensor plate that detects vortices. The plate of the vortex oscillation sensor has edges located closer and further downstream, which are supported by the uprights located upstream and downstream. The upper proximal edge of the vortex sensor plate is supported by the diaphragm. The lower distal edge of the plate of the vortex oscillation sensor has no support and moves freely under the action of vortices. The swivel column is attached to the plate of the vortex oscillation sensor and passes through the diaphragm into the insulating chamber behind the diaphragm. The swivel column extends into the insulating chamber and transmits vortex vibrations in position in the vortex chamber. The sensor is integrated with a rotary column and reads vortex oscillations. The sensor is connected to the transmitter circuit, which provides an electrical output signal representing the frequency of the vortex oscillations. Vortex frequency is the flow rate of a fluid through a vortex flowmeter.

Использование опорных стоек позволяет пластине датчика вихревых колебаний быть тоньше и иметь небольшую массу. Использование опорных стоек увеличивает жесткость пластины датчика вихревых колебаний. Снижение массы и увеличение жесткости увеличивает собственную резонансную частоту считывания, вызывающую более широкий частотный диапазон считывания и улучшенный сигнал относительно коэффициента шума. Опорные стойки ограничивают нежелательное биение расположенных выше и ниже по потоку краев пластины датчика вихревых колебаний.The use of support columns allows the vortex oscillation sensor plate to be thinner and have a small mass. The use of support columns increases the rigidity of the plate of the sensor of vortex vibrations. A reduction in mass and an increase in stiffness increases the intrinsic resonant read frequency, causing a wider read frequency range and an improved signal relative to the noise figure. The support legs limit the unwanted runout of the eddy vibrations of the plate edges located upstream and downstream.

Фиг.1 показывает вид сбоку в сечении вихревого расходомера 100. Вихревой расходомер 100 содержит расходомерную трубку 102 для прохождения потока 104 текучей среды через расходомерную трубку 102. Расходомерная трубка 102 содержит круговую цилиндрическую боковую стенку 103. Поток 104 текучей среды может содержать жидкость или газ. Фланцы 106, 108 трубы соединены с расходомерной трубкой 102. Фланцы 106, 108 трубы включают в себя болтовые отверстия, например, болтовые отверстия 110, 112 для монтажа трубопроводной системы с помощью болтов (не показаны). Фланцы 106, 108 трубы включат в себя уплотнительные лицевые поверхности 114, 116 для уплотнения со стыковочными фланцами трубопроводной системы.1 shows a cross-sectional side view of a vortex flowmeter 100. The vortex flowmeter 100 comprises a flow tube 102 for passing a fluid stream 104 through a flow tube 102. The flow tube 102 comprises a circular cylindrical side wall 103. The fluid stream 104 may comprise liquid or gas. The pipe flanges 106, 108 are connected to the flow tube 102. The pipe flanges 106, 108 include bolt holes, for example, bolt holes 110, 112 for mounting the piping system using bolts (not shown). The pipe flanges 106, 108 will include sealing faces 114, 116 for sealing with the mating flanges of the pipeline system.

Вихревой расходомер 100 содержит вихреобразующую преграду 118 внутри расходомерной трубки 102. Вихреобразующая преграда 118 имеет форму плохо обтекаемого тела. Вихреобразующая преграда 118 прикреплена к расходомерной трубке 102 в положении 120 выше по потоку. Когда поток 104 текучей среды протекает мимо преграды 118, образуются вихри в потоке 104 текучей среды. Под вихрями подразумевается вихревая дорожка фон Кармана. Вихри представлены как поток 104 текучей среды, прошедшие положение 122 ниже по потоку. Положение 122 ниже по потоку расположено ниже по потоку относительно положения 120 выше по потоку.The vortex flowmeter 100 contains a vortex-forming barrier 118 inside the flow tube 102. The vortex-forming barrier 118 has the shape of a poorly streamlined body. The swirl barrier 118 is attached to the flow tube 102 at a position 120 upstream. When the fluid stream 104 flows past obstruction 118, vortices are formed in the fluid stream 104. Vortices mean von Karman's vortex path. Vortices are represented as a fluid stream 104 having passed position 122 downstream. The downstream position 122 is located downstream of the upstream position 120.

Расходомерная трубка 102 включает в себя отверстие 124 в боковой стенке 103. Вихревой расходомер 100 содержит устройство 126, которое проходит через отверстие 124. Устройство 126 так герметизирует отверстие 124, что текучая среда в расходомерной трубке 102 не протекает из отверстия 124. Устройство 126 проходит внутри потока 104 текучей среды и определяет вихри в положении 122 ниже по потоку. Устройство 126 определяет вихри в потоке 104 текучей среды и передает механическое движение вихрей в положение 128, которое находится снаружи потока 104 текучей среды. Устройство 126 не является частью обтекаемой преграды 118. Устройство 126 находится на расстоянии ниже по потоку относительно обтекаемой преграды 118. Устройство 126 описано более подробно ниже вместе с Фиг.3-7.The flow tube 102 includes an opening 124 in the side wall 103. The vortex flow meter 100 includes a device 126 that passes through the hole 124. The device 126 seals the hole 124 so that the fluid in the flow tube 102 does not leak from the hole 124. The device 126 passes inside fluid flow 104 and defines vortices at position 122 downstream. The device 126 detects the vortices in the fluid stream 104 and transfers the mechanical movement of the vortices to position 128, which is located outside the fluid stream 104. The device 126 is not part of the streamlined barrier 118. The device 126 is located downstream of the streamlined barrier 118. The device 126 is described in more detail below with FIGS. 3-7.

Вихревой расходомер 100 содержит передатчик 140. Передатчик 140 содержит электронный контур 142 передатчика. Передатчик 140 содержит механический датчик 144, который считывает механическое движение в положении 128 и который обеспечивает сигнал от датчика, представляющий механическое движение. Механический датчик 144 присоединен к электронному контуру 142 передатчика посредством проводов 146, обеспечивая электрический сигнал от датчика. Электрическая цепь 142 передатчика переводит электрический сигнал от датчика в стандартизированный передающий сигнал, обеспеченный на выводных проводах 148. Электронный контур 142 передатчика обеспечивает выходной сигнал, связанный с потоком 104 текучей среды по расходомерной трубке 102, основанный на считанных колебаний вихревой дорожки фон Кармана. Механический датчик 144 считывает вихревые колебания в положении 128 считывания и обеспечивает выходной сигнал от датчика на проводах 146. Электронный контур 142 передатчика принимает выходной сигнал от механического датчика 144 и выдает на выходе стандартизированный передающий сигнал на выводных проводах 148. The vortex flowmeter 100 comprises a transmitter 140. The transmitter 140 comprises an electronic circuit 142 of the transmitter. The transmitter 140 comprises a mechanical sensor 144 that senses mechanical movement at position 128 and which provides a signal from the sensor representing mechanical movement. A mechanical sensor 144 is connected to the transmitter electronic circuit 142 via wires 146, providing an electrical signal from the sensor. Transmitter circuitry 142 converts the transmitter's electrical signal into a standardized transmitter signal provided on lead wires 148. Transmitter circuitry 142 provides an output signal associated with fluid flow 104 through flow tube 102 based on read von Karman vortex sweep oscillations. The mechanical sensor 144 reads the vortex oscillations in the read position 128 and provides an output from the sensor on the wires 146. The transmitter electronic circuit 142 receives an output from the mechanical sensor 144 and outputs a standardized transmit signal at the output wires 148.

Согласно одному из вариантов осуществления стандартизированный передающий сигнал содержит выходной сигнал в 4-20 мА от двухпроводного передатчика. Согласно одному из вариантов осуществления сигнал в 4-20 мА обеспечивает только подачу питания для электронного контура 142 передатчика и механического датчика 144. In one embodiment, the standardized transmit signal comprises a 4-20 mA output signal from a two-wire transmitter. In one embodiment, a 4-20 mA signal provides only power to the transmitter electronic circuit 142 and mechanical sensor 144.

Согласно с другими вариантами осуществления изобретения стандартизированный передающий сигнал на выводных проводах 148 содержит стандартный промышленный сигнал в канале связи по протоколу CAN, HART, PROFIBUS или другому известному протоколу. Провод 148 может содержать двухпроводной контур управления процессом, в котором одни и те же два провода подводят питание к устройству и передают данные. В одной из конфигураций коммуникационный контур является беспроводным контуром управления процессом, в котором данные передаются без помощи проводов, например, используя радиочастотный (RF) канал связи.According to other embodiments of the invention, the standardized transmit signal at the output wires 148 comprises a standard industrial signal in a communication channel via CAN, HART, PROFIBUS or another known protocol. The wire 148 may comprise a two-wire process control loop in which the same two wires supply power to the device and transmit data. In one configuration, the communication loop is a wireless process control loop in which data is transmitted wirelessly, for example, using a radio frequency (RF) communication channel.

Фиг.2 показывает торцевой вид вихревого расходомера 100 с Фиг.1. Номера позиций, использованных на Фиг.2, такие же, что и на Фиг.1. Как показано на Фиг.2, участок устройства 126 внутри расходомерной трубки 102 расположен в направлении по потоку за преградой 118. Как описывается более подробно ниже в сочетании с Фиг.3-6, устройство 126 на Фиг.1-2 содержит пластину датчика вихревых колебаний, опорные стойки и поворотную стойку, которая передает механическое движение механическому датчику 144.Figure 2 shows an end view of the vortex flowmeter 100 of Figure 1. The item numbers used in FIG. 2 are the same as in FIG. 1. As shown in FIG. 2, a portion of the device 126 inside the flow tube 102 is located downstream of the barrier 118. As described in more detail below in conjunction with FIGS. 3-6, the device 126 of FIGS. 1-2 contains a vortex sensor plate , support legs and a swivel column that transmits mechanical movement to mechanical sensor 144.

Фиг.3 показывает вид сбоку в сечении воспринимающего вихри узла 200 (соответствующего устройству 126, показанному на Фиг.1-2). Воспринимающий вихри узел 200 содержит узел 202. Узел 202 включает в себя диафрагму 204, которая герметизирует торец 206 основания узла 202, образуя изоляционную камеру 208 в узле 202. Узел 202 герметизирует отверстие 210 (соответствующее отверстию 124 на Фиг.1) в боковой стенке 212 (соответствующее боковой стенке 103 на Фиг.1) проточного канала 214. Согласно одному из вариантов осуществления одно или более О-образных колец 211 сжато между узлом 202 и боковой стенкой 212 для улучшения герметизации. Согласно одному из аспектов диафрагма 204 выполнена с возможностью герметизировать отверстие 210 в боковой стенке 212, образуя изоляционную область 208 в положении 122 ниже по потоку.FIG. 3 shows a side cross-sectional view of a vortex-receiving unit 200 (corresponding to the device 126 shown in FIGS. 1-2). The vortex-sensing assembly 200 comprises a assembly 202. The assembly 202 includes a diaphragm 204 that seals the end face 206 of the assembly 202, forming an insulating chamber 208 in the assembly 202. The assembly 202 seals the opening 210 (corresponding to the opening 124 in FIG. 1) in the side wall 212 (corresponding to the side wall 103 in FIG. 1) of the flow channel 214. According to one embodiment, one or more O-rings 211 is compressed between the assembly 202 and the side wall 212 to improve sealing. In one aspect, the diaphragm 204 is configured to seal an opening 210 in the side wall 212, forming an insulating region 208 at a position 122 downstream.

Воспринимающий вихри узел 200 содержит расположенную выше по потоку опорную стойку 216 и расположенную ниже по потоку стойку 218. Опорные стойки 216, 218 выступают из узла 202 в проточный канал 214. Согласно одному из вариантов осуществления опорные стойки 216, 218 включают в себя угловые планки 217, 219, которые обеспечивают дополнительную опорным стойкам 216, 218 опору.The vortex-sensing assembly 200 comprises an upstream support post 216 and an upstream post 218. The support posts 216, 218 protrude from the assembly 202 into the flow channel 214. According to one embodiment, the support posts 216, 218 include corner planks 217 , 219, which provide additional support pillars 216, 218 support.

Узел 200 содержит пластину 220 датчика вихревых колебаний, имеющую проксимальный край 222, опирающийся на диафрагму 204. Пластина 220 датчика вихревых колебаний имеет дистальный край 224, противоположный проксимальному краю 222, который не имеет опоры. Пластина 220 датчика вихревых колебаний имеет расположенный выше по потоку край 226 и расположенный ниже по потоку край 228, которые поддерживаются опорными стойками 216, 218. Согласно одному из вариантов осуществления опорные стойки 216, 218 ограничивают биение расположенных выше по потоку и ниже по потоку краев 226, 228, вызванных прохождением вихрей через пластину 220 датчика.The assembly 200 comprises a vortex sensor plate 220 having a proximal edge 222 supported by a diaphragm 204. The vortex sensor plate 220 has a distal edge 224 opposite the proximal edge 222, which is not supported. The vortex sensor plate 220 has an upstream edge 226 and a downstream edge 228 that are supported by the support posts 216, 218. According to one embodiment, the support posts 216, 218 limit the runout of the upstream and downstream edges 226 228 caused by the passage of the vortices through the sensor plate 220.

Устройство 200 содержит поворотную стойку 230. Поворотная стойка 230 проходит вдоль центральной области пластины 220 датчика вихревых колебаний. Поворотная стойка 230 проходит через диафрагму 204. Поворотная стойка 230 передает вихревые колебания в область 232 считывания внутри изоляционной камеры 208. Согласно одному из аспектов поворотная стойка 230 выполнена с возможностью передавать вихревые колебания 238 от пластины 220 датчика вихревых колебаний к датчику 242 в области 232 считывания в изоляционной камере 208.The device 200 comprises a pivot strut 230. A pivot strut 230 extends along a central region of the vortex sensor plate 220. The swivel arm 230 extends through the diaphragm 204. The swivel arm 230 transmits vortex vibrations to the readout area 232 within the isolation chamber 208. According to one aspect, the swivel arm 230 is configured to transmit swirl vibrations 238 from the plate 220 of the swirl sensor to the sensor 242 in the read area 232 in the isolation chamber 208.

Поворотная стойка 230 объединена с датчиком 242 в положении 232. Датчик 242 может иметь традиционную конструкцию и может содержать емкостный датчик, магнитный датчик, оптический датчик, пьезоэлектрический датчик или другой датчик, используемый для определения механического колебания или частоты механического колебания. Датчик 242 считывает вращательные колебания поворотной стойки 230. Датчик 242 установлен в узле 202. Согласно одному из вариантов осуществления датчик 242 считывает движение поворотной стойки 230. Согласно другому варианту осуществления датчик 242 определяет силы, оказывающие влияние на датчик 242 от поворотной стойки 230. Согласно еще одному варианту осуществления датчик 242 не ограничивает перемещение поворотной стойки 230. Согласно еще одному варианту осуществления датчик 242 сдерживает перемещения поворотной стойки 230.The swivel arm 230 is integrated with the sensor 242 at position 232. The sensor 242 may be of a conventional design and may include a capacitive sensor, a magnetic sensor, an optical sensor, a piezoelectric sensor, or another sensor used to determine mechanical vibration or frequency of mechanical vibration. A sensor 242 reads the rotational vibrations of the swing arm 230. A sensor 242 is installed in the assembly 202. According to one embodiment, the sensor 242 senses the movement of the swing arm 230. According to another embodiment, the sensor 242 detects forces affecting the sensor 242 from the swing arm 230. According to a further embodiment in one embodiment, the sensor 242 does not limit the movement of the turntable 230. According to another embodiment, the sensor 242 inhibits the movements of the turntable 230.

Фиг.4 показывает вид спереди в сечении (по линии 4-4 на Фиг.3) воспринимающего вихри узла 200, показанного на Фиг.3. Согласно одному из вариантов осуществления поворотная стойка 230 инерциально сбалансирована вокруг оси 234 вращения рядом с диафрагмой 204. Инерциальная балансировка имеет преимущество в том, что устройство будет иметь пониженную чувствительность к поступательному вибрационному шуму.Figure 4 shows a front view in section (along line 4-4 in Figure 3) of the vortex-receiving unit 200 shown in Figure 3. According to one embodiment, the pivot column 230 is inertially balanced around the axis of rotation 234 near the diaphragm 204. Inertial balancing has the advantage that the device will have a reduced sensitivity to translational vibrational noise.

Согласно другому варианту осуществления использованный в качестве необязательного элемента корпус 236 из вязкого материала размещается в контакте с поворотной стойкой 230 в изоляционной камере 208. Корпус 232 из вязкого материала гасит вращательное движение поворотной стойки 230. Согласно другому варианту осуществления колебания вращательного движения 238 поворотной стойки 230 имеют коэффициент затухания (дзета), равный по меньшей мере 0,4. Вязкое затухание оказывает небольшое воздействие на собственную резонансную частоту, но ограничивает биение. Согласно другому варианту осуществления колебания вращательного движения 238 поворотной стойки 230 имеют контролируемую собственную резонансную частоту, которая по меньшей мере на 20% больше верхнего предела частоты вихревых колебаний, который необходимо определить. Верхний предел частоты, который необходимо определить, как правило, соответствует характеристикам текучей среды, особенно, если текучей средой является газ или жидкость. Частота вихревых колебаний является известной функцией от скорости потока текучей среды. Соотношение между частотой вихревых колебаний и скоростью течения среды определяется эмпирически посредством поверочной калибровки расходомера.According to another embodiment, the viscous material body 236 used as an optional element is placed in contact with the pivot post 230 in the insulation chamber 208. The viscous material body 232 dampens the rotational movement of the pivot post 230. According to another embodiment, the rotational motion oscillations 238 of the pivot post 230 have attenuation coefficient (zeta) equal to at least 0.4. Viscous attenuation has a small effect on its own resonant frequency, but limits beat. According to another embodiment, the rotational motion oscillations 238 of the swing arm 230 have a controlled natural resonant frequency that is at least 20% greater than the upper limit of the vortex vibration frequency that needs to be determined. The upper frequency limit to be determined generally corresponds to the characteristics of the fluid, especially if the fluid is a gas or liquid. Vortex frequency is a known function of the fluid flow rate. The relationship between the frequency of vortex oscillations and the velocity of the medium is determined empirically by means of calibration calibration of the flow meter.

Согласно одному из вариантов осуществления радиус (такой, как радиус 223) на краях диафрагмы 204 оказывает воздействие на жесткость и может иметь определенный размер для регулирования жесткости диафрагмы 204. Согласно другому варианту осуществления радиус (такой, как радиус 223) также оказывает влияние на чувствительность и может иметь определенный размер для регулирования чувствительности.In one embodiment, the radius (such as radius 223) at the edges of the diaphragm 204 affects the stiffness and may have a certain size to control the stiffness of the diaphragm 204. According to another embodiment, the radius (such as radius 223) also affects the sensitivity and may have a certain size to regulate sensitivity.

На Фиг.5 изображен вид снизу воспринимающего вихри узла 200, показанного на Фиг.3-4, в качестве установленного в боковую стенку 212. На Фиг.5 изображена толщина T_PLATEпластины 220 датчика вихревых колебаний. На Фиг.5 изображена минимальная толщина T_STRUTопорных стоек 216, 218 на нижнем (дистальном) торце воспринимающего вихри узла 200. Согласно одному из вариантов осуществления пластина 220 датчика вихревых колебаний имеет отрегулированную толщину T_PLATE, которая меньше на 30% отрегулированной минимальной толщины T_STRUTопорных стоек 216, 218.FIG. 5 is a bottom view of the vortex sensing assembly 200 shown in FIGS. 3-4, as installed in the side wall 212. FIG. 5 shows the thickness T _PLATE of the vortex sensor plate 220. Figure 5 shows the minimum thickness T _{STRUT of the} support legs 216, 218 at the lower (distal) end of the sensing vortex assembly 200. According to one embodiment, the vortex sensor plate 220 has an adjusted thickness T _PLATE that is 30% less than the adjusted minimum thickness T _STRUT support legs 216, 218.

Использование опорных стоек 216, 218 позволяет пластине 220 датчика вихревых колебаний быть тонкой, что вызывает низкую подвижную массу во время колебаний. Опорные стойки 216, 218 поддерживают расположенные выше по потоку и ниже по потоку края 226, 228 пластины 220 датчика вихревых колебаний, чтобы пластина 220 датчика вихревых колебаний была жесткой. Полученная система имеет увеличенную собственную резонансную частоту, которая находится под контролем благодаря низкой подвижной массы и высокой жесткости. Собственная резонансная частота зависит от массы системы и жесткости системы. Масса системы снижена посредством использования тонкой пластины вихревых колебаний в пазах между опорными стойками 226, 228 и нижним (дистальным) торцом поворотной стойки 230.The use of support legs 216, 218 allows the vortex vibration sensor plate 220 to be thin, which causes a low moving mass during vibrations. The support legs 216, 218 support the upstream and downstream edges 226, 228 of the vortex sensor plate 220 so that the vortex sensor plate 220 is rigid. The resulting system has an increased natural resonant frequency, which is controlled due to the low moving mass and high stiffness. The natural resonant frequency depends on the mass of the system and the stiffness of the system. The mass of the system is reduced by using a thin plate of vortex vibrations in the grooves between the support legs 226, 228 and the lower (distal) end face of the rotary column 230.

На Фиг.6 изображена перспективная проекция воспринимающего вихри узла 200, показанного на Фиг.3. Согласно одному варианту осуществления опорные стойки 216, 218 имеет V-образное сечение 240. Как хорошо видно на Фиг.6, воспринимающий вихри узел 200 включает в себя О-образный кольцевой паз 213, имеющий форму для вставки в него О-образного кольца 211. Воспринимающий вихри узел 200 содержит прямоугольный монтажный фланец 250, который включает в себя монтажные отверстия, такие как отверстия 252, 254, 256, которые имеют такой размер, который обеспечивает возможность размещения болтов для монтажа на расходомерную трубку воспринимающего вихри узла 200. Воспринимающий вихри узел 200 заменяется на месте проведения работ посредством удаления болтов.FIG. 6 is a perspective view of the vortex-receiving unit 200 shown in FIG. 3. According to one embodiment, the support legs 216, 218 has a V-shaped section 240. As can be clearly seen in FIG. 6, the vortex-receiving assembly 200 includes an O-shaped annular groove 213 having a shape for inserting an O-shaped ring 211 therein. The vortex-sensing assembly 200 comprises a rectangular mounting flange 250, which includes mounting holes, such as openings 252, 254, 256, which are sized to accommodate bolts for mounting on the flow tube of the vortex-sensing assembly 200. The eddy-sweeping assembly 200 is replaced at the work site by removing bolts.

На Фиг.7А, 7В, 7С показаны этапы процесса изготовления устройства 300 (соответствующего устройству 126, показанному на Фиг.1-2). На первом этапе процесса, показанном на Фиг.7А, устройство 300 полностью получено, за исключением пластины 320 датчика вихревых колебаний. Пластина 320 датчика вихревых колебаний отсутствует на этапе, показанном на Фиг.7А. Устройство на Фиг.7А содержит паз 350, прорезанный внутри опорных стоек 316, 318 и внутри поворотной стойки 330.On figa, 7B, 7C shows the steps of the manufacturing process of the device 300 (corresponding to the device 126 shown in Fig.1-2). In the first step of the process shown in FIG. 7A, the device 300 is completely obtained, with the exception of the vortex sensor plate 320. The vortex sensor plate 320 is absent in the step shown in FIG. 7A. The device of FIG. 7A includes a groove 350 cut through the inside of the support posts 316, 318 and inside the pivot post 330.

На втором этапе процесса, показанном на Фиг.7В, металлическая пластина 360 вставляется в паз 350, как это показано. Металлическая пластина 360 находится под действием растягивающей силы так, что на металлическую пластину действует усилие натяжения, показанное стрелками 362, 364. Пока металлическая пластина 360 растянута и находится под усилием натяжения, металлическую пластину 360 непрерывно приваривают или припаивают к опорным стойкам 316, 318 и к поворотной стойке 330 с обеих сторон. После того как процесс приваривания или припаивания закончен, растягивающая сила снимается.In a second step of the process shown in FIG. 7B, the metal plate 360 is inserted into the groove 350, as shown. The metal plate 360 is subjected to a tensile force such that the tensile force shown by arrows 362, 364 acts on the metal plate. While the metal plate 360 is stretched and under tension, the metal plate 360 is continuously welded or soldered to the support posts 316, 318 and swivel stand 330 on both sides. After the welding or soldering process is completed, the tensile force is removed.

На третьем этапе, показанном на Фиг.7В, лишние части металлической пластины 360 подрезаются, чтобы остался центральный участок металлической пластины 360, в качестве пластины 320 датчика вихревых колебаний. Пластина 329 датчика вихревых колебаний находится под действием сохраненного растягивающего напряжения 366, 368 в центральном исходном положении, если она не отклонена действием вихрей. Сохраненное растягивающее напряжение увеличивает жесткость пластины 320 датчика вихревых колебаний.In a third step shown in FIG. 7B, excess parts of the metal plate 360 are trimmed so that the central portion of the metal plate 360 remains as the vortex sensor plate 320. The vortex oscillation sensor plate 329 is under the action of the stored tensile stress 366, 368 in the central initial position, if it is not deflected by the vortices. The stored tensile stress increases the rigidity of the vortex sensor plate 320.

Хотя настоящее раскрытие сделано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что могут быть сделаны изменения в форме и деталях, не отходя от сущности и объема изобретения. Например, вихревой расходомер может содержать бесфланцевую расходомерную трубку вместо расходомерной трубки с фланцами. В другом примере датчик 242 может быть сконструирован как встроенная часть узла 202. В еще одном примере узел 202 может иметь внешнюю резьбу и завинчиваться внутрь отверстия 210, которое является резьбовым, исключая необходимость использования болтов.Although the present disclosure is made with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that changes can be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention. For example, a vortex flowmeter may include a flangeless flow tube instead of a flow tube with flanges. In another example, the sensor 242 may be designed as an integral part of the assembly 202. In yet another example, the assembly 202 may have an external thread and screw into an opening 210 that is threaded, eliminating the need for bolts.

Claims

1. Вихревой расходомер, содержащий:
трубку, имеющую боковую стенку вокруг проточного канала, предназначенного для транспортировки потока текучей среды в направлении ниже по потоку;
вихреобразующее тело обтекания, установленное в проточном канале в положении выше по потоку и создающее вихревые колебания в потоке текучей среды;
воспринимающий вихри узел, содержащий:
диафрагму, герметизирующую отверстие в боковой стенке для образования изоляционной камеры;
пластину датчика вихревых колебаний, имеющую проксимальный край, опирающийся на диафрагму, противоположный дистальный край, не имеющий опоры, и расположенные выше по потоку и ниже по потоку края, поддерживаемые опорными стойками, ограничивающими биение расположенных выше и ниже по потоку краев пластины; поворотную стойку, проходящую вдоль центральной области пластины датчика вихревых колебаний и проходящую через диафрагму для передачи вихревых колебаний от пластины датчика вихревых колебаний к датчику; и
электронный контур передатчика, принимающий выходной сигнал от датчика и обеспечивающий выходной сигнал, связанный с потоком текучей среды.1. A vortex flowmeter containing:
a tube having a side wall around a flow channel for transporting a fluid stream in a downstream direction;
a vortex-forming flow body installed in the flow channel in a position upstream and creating vortex oscillations in the fluid stream;
vortex-receiving node containing:
a diaphragm sealing a hole in the side wall to form an insulating chamber;
a vortex oscillation sensor plate having a proximal edge supported by a diaphragm, an opposite distal edge without support, and edges located upstream and downstream supported by support struts restricting the runout of the plate edges located upstream and downstream; a swivel column extending along the central region of the vortex oscillation sensor plate and passing through the diaphragm to transmit vortex vibrations from the vortex vibration sensor plate to the sensor; and
transmitter electronic circuit receiving an output signal from a sensor and providing an output signal associated with a fluid flow.

2. Вихревой расходомер по п.1, дополнительно содержащий:
вязкий материал в контакте с поворотной стойкой в изоляционной камере, гасящий вращательное движение поворотной стойки.2. The vortex flowmeter according to claim 1, additionally containing:
viscous material in contact with the pivot in the insulating chamber, damping the rotational movement of the pivot.

3. Вихревой расходомер по п.1, в котором пластина датчика вихревых колебаний имеет толщину, которая меньше на 30% минимальной толщины опорных стоек.3. The vortex flowmeter according to claim 1, in which the plate of the sensor of vortex oscillations has a thickness that is 30% less than the minimum thickness of the support legs.

4. Вихревой расходомер по п.3, в котором опорные стойки имеют V-образное сечение.4. The vortex flowmeter according to claim 3, in which the support legs have a V-shaped cross section.

5. Вихревой расходомер по п.1, в котором поворотная стойка инерциально сбалансирована вокруг оси вращения рядом с диафрагмой.5. The vortex flowmeter according to claim 1, in which the rotary column is inertially balanced around the axis of rotation near the diaphragm.

6. Вихревой расходомер по п.1, в котором колебание вращательного движения поворотной стойки имеет коэффициент затухания, равный по меньшей мере 0,4.6. The vortex flowmeter according to claim 1, in which the oscillation of the rotational movement of the rotary rack has a damping factor equal to at least 0.4.

7. Вихревой расходомер по п.1, в котором пластина датчика вихревых колебаний находится под действием накопленного растягивающего напряжения в центральном исходном положении.7. The vortex flowmeter according to claim 1, in which the plate of the sensor of vortex vibrations is under the action of the accumulated tensile stress in the Central initial position.

8. Вихревой расходомер по п.1, в котором колебание вращательного движения поворотной стойки имеет собственную резонансную частоту, которая по меньшей мере на 20% больше верхнего предела частоты вихревых колебаний.8. The vortex flowmeter according to claim 1, in which the oscillation of the rotational motion of the rotary rack has its own resonant frequency, which is at least 20% more than the upper limit of the frequency of the vortex oscillations.

9. Способ измерения параметров потока, включающий этапы, на которых: обеспечивают боковую стенку трубки вокруг проточного канала; устанавливают вихреобразующее тело обтекания в проточном канале в положении выше по потоку;
герметизируют отверстие в боковой стенке трубки с помощью диафрагмы для образования изоляционной области;
опирают проксимальный край пластины датчика вихревых колебаний на диафрагму;
обеспечивают противоположный дистальный край пластины датчика, не имеющий опоры;
обеспечивают расположенные выше по потоку и ниже по потоку края пластины датчика, поддерживаемые опорными стойками для ограничения биения расположенных выше и ниже по потоку краев; проводят поворотную стойку вдоль центральной области пластины датчика вихревых колебаний и через диафрагму для передачи вихревых колебаний от пластины датчика вихревых колебаний к датчику и для считывания колебаний поворотной стойки от потока рабочей текучей среды по проточному каналу; и
обеспечивают электронный контур передатчика, принимающий выходной сигнал от датчика, измеряющий поток текучей среды, на основе определенных колебаний.9. A method for measuring flow parameters, comprising the steps of: providing a side wall of a tube around a flow channel; establish a vortex-forming flow body in the flow channel in a position upstream;
sealing the hole in the side wall of the tube with a diaphragm to form an insulating region;
resting the proximal edge of the vortex oscillation sensor plate on the diaphragm;
provide the opposite distal edge of the sensor plate without support;
provide upstream and downstream edges of the sensor plates supported by support legs to limit runout of upstream and downstream edges; conduct a rotary rack along the central region of the vortex oscillation sensor plate and through the diaphragm to transmit vortex vibrations from the vortex vibration sensor plate to the sensor and to read the oscillations of the rotary rack from the working fluid flow through the flow channel; and
provide an electronic transmitter circuit receiving an output signal from a sensor measuring a fluid flow based on certain vibrations.

10. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: размещают вязкий материал в контакте с поворотной стойкой в изоляционной камере.10. The method according to claim 9, further comprising the step of: placing the viscous material in contact with the rotary stand in the insulating chamber.

11. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: контролируют толщину пластины датчика вихревых колебаний так, чтобы она была меньше на 30% минимальной толщины опорных стоек.11. The method according to claim 9, further comprising the step of: controlling the thickness of the plate of the vortex oscillation sensor so that it is 30% less than the minimum thickness of the support posts.

12. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: осуществляют инерциальную балансировку поворотной стойки вокруг оси вращения рядом с диафрагмой.12. The method according to claim 9, further comprising the step of: performing inertial balancing of the turntable around the axis of rotation near the diaphragm.

13. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: накапливают растягивающее напряжение в пластине датчика вихревых колебаний в центральном исходном положении.13. The method according to claim 9, further comprising a stage in which: the tensile stress is accumulated in the plate of the vortex oscillation sensor in a central initial position.

14. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: контролируют собственную резонансную частоту колебаний вращательного движения поворотной стойки для того, чтобы собственная резонансная частота была по меньшей мере на 20% больше верхнего предела частоты вихревых колебаний.14. The method according to claim 9, further comprising the step of: controlling the natural resonant frequency of the rotational motion of the rotary arm so that the natural resonant frequency is at least 20% greater than the upper limit of the frequency of the vortex vibrations.

15. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: опорным стойкам придают форму с V-образным сечением.15. The method according to claim 9, further comprising a step in which: the support legs are shaped with a V-shaped section.

16. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: обеспечивают стандартизированный передающий сигнал по двухпроводному контуру регулирования процесса.16. The method according to claim 9, further comprising the step of: providing a standardized transmission signal over a two-wire process control loop.

17. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: обеспечивают стандартизированный передающий сигнал, который является беспроводным сигналом.17. The method according to claim 9, further comprising the step of: providing a standardized transmission signal, which is a wireless signal.

18. Способ по п.9, дополнительно включающий этап, на котором: обеспечивают стандартизированный передающий сигнал, который выбирают из группы промышленных сигналов в канале связи по протоколам CAN, HART и PROFIBUS.18. The method according to claim 9, further comprising the step of: providing a standardized transmission signal that is selected from the group of industrial signals in the communication channel using CAN, HART, and PROFIBUS protocols.

19. Вихревой расходомер, содержащий:
трубку, имеющую боковую стенку вокруг проточного канала, предназначенного для транспортировки потока текучей среды в направлении ниже по потоку;
вихреобразующее тело обтекания, установленное в проточном канале в положении выше по потоку и создающее вихревые колебания в потоке текучей среды;
средство диафрагмы, герметизирующее отверстие в боковой стенке для образования изоляционной области;
пластину датчика вихревых колебаний, имеющую проксимальный край, опирающийся на диафрагму, противоположный дистальный край, не имеющий опоры, и расположенные выше по потоку и ниже по потоку края, поддерживаемые опорными стойками, ограничивающими биение расположенных выше и ниже по потоку краев пластины; средство поворотной стойки для передачи вихревых колебаний от пластины датчика вихревых колебаний к датчику; и
электронный контур передатчика, принимающий выходной сигнал от датчика и выдающий стандартизированный передающий сигнал. 19. A vortex flowmeter containing:
a tube having a side wall around a flow channel for transporting a fluid stream in a downstream direction;
a vortex-forming flow body installed in the flow channel in a position upstream and creating vortex oscillations in the fluid stream;
diaphragm means, a sealing hole in the side wall to form an insulating region;
a vortex oscillation sensor plate having a proximal edge supported by a diaphragm, an opposite distal edge without support, and edges located upstream and downstream supported by support struts restricting the runout of the plate edges located upstream and downstream; swivel rack means for transmitting vortex oscillations from the plate of the vortex oscillation sensor to the sensor; and
An electronic transmitter circuit that receives the output from the sensor and generates a standardized transmit signal.