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    重庆时时彩9码必中技巧: 振动流量计和用于测量温度的方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201180068396.8

    申请日:

    2011.02.23

    公开号:

    CN103370605A

    公开日:

    2013.10.23

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01F 1/84申请日:20110223|||公开
    IPC分类号: G01F1/84 主分类号: G01F1/84
    申请人: 微动公司
    发明人: C.B.范克利夫
    地址: 美国科罗拉多州
    优先权:
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 姜云霞;胡斌
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201180068396.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.08.19|||2013.11.20|||2013.10.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    提供一种振动流量计(205)。振动流量计(205)包括单个弯曲流量导管(210);附接到单个弯曲流量导管(210)的导管温度传感器T1(291),附接到单个弯曲流量导管(210)并且与其相对的平衡结构(208),以及附接到所述平衡结构(208)的平衡温度传感器T2(292)。导管温度传感器T1(291)的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2(测量计2)的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种振动流量计(205),包括:
    单个弯曲流量导管(210);
    附接到单个弯曲流量导管(210)的导管温度传感器T1(291);
    附接到单个弯曲流量导管(210)并且与其相对的平衡结构(208);以及
    附接到平衡结构(208)的平衡温度传感器T2(292),其中导管温度传感器T1(291)的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2(292)的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。

    2.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管(210)与平衡结构(208)之间的温度重要性比。

    3.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中平衡结构(208)包括:
    联接到单个弯曲流量导管(210)的底座(260);以及
    从底座(260)延伸的从动结构(250),其中振动传动器(220)的第一传动器部分(220A)附接到从动结构(250)并且被配置成与附接到单个弯曲流量导管(210)的第二传动器部分(220B)相互作用。

    4.  如权利要求3所述的振动流量计(205),其中从动结构(250)包括从底座(260)总体上正交地延伸的悬臂。

    5.  如权利要求3所述的振动流量计(205),其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管(210)与从动结构(250)之间的温度重要性比。

    6.  如权利要求3所述的振动流量计(205),其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管(210)与和从动结构(250)组合的底座(260)之间的温度重要性比。

    7.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管(210)温度的弹性模数的转变。

    8.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构(208)温度的弹性模数的转变。

    9.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管(210)温度的热应力。

    10.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构(208)温度的热应力。

    11.  如权利要求1所述的振动流量计(205),其中平衡温度传感器T2(292)进一步包括附接到平衡结构(208)的一个或多个位置并且产生平衡结构温度信号的两个或更多个平衡温度传感器T2(292)和T3(293),其中一个或多个平衡结构位置处的两个或更多个平衡结构温度传感器电阻形成与一个或多个平衡结构位置的温度重要性有关的组合的平衡结构电阻。

    12.  一种测量振动流量计中的温度的方法,该方法包括:
    测量流过附接到振动流量计的单个弯曲流量导管的导管温度传感器T1的导管电流;
    测量流过附接到振动流量计的平衡结构的平衡温度传感器T2的平衡电流,其中平衡结构附接到单个弯曲流量导管并且与其相对;以及
    使用温度测量来执行一个或多个流量计温度补偿,其中导管温度传感器T1的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。

    13.  如权利要求12所述的方法,其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与平衡结构之间的温度重要性比。

    14.  如权利要求12所述的方法,其中平衡结构包括:
    联接到单个弯曲流量导管的底座;以及
    从底座延伸的从动结构,其中振动传动器的第一传动器部分附接到从动结构并且被配置成与附接到单个弯曲流量导管的第二传动器部分相互作用。

    15.  如权利要求14所述的方法,其中从动结构包括从底座总体上正交地延伸的悬臂。

    16.  如权利要求14所述的方法,其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与从动结构之间的温度重要性比。

    17.  如权利要求14所述的方法,其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与和从动结构组合的底座之间的温度重要性比。

    18.  如权利要求12所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的弹性模数的转变。

    19.  如权利要求12所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的弹性模数的转变。

    20.  如权利要求12所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的热应力。

    21.  如权利要求12所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的热应力。

    22.  如权利要求12所述的方法,其中平衡温度传感器T2进一步包括附接到平衡结构的一个或多个位置并且产生平衡结构温度信号的两个或更多个平衡温度传感器T2和T3,其中一个或多个平衡结构位置处的两个或更多个平衡结构温度传感器电阻形成与一个或多个平衡结构位置的温度重要性有关的组合的平衡结构电阻。

    23.  一种形成振动流量计的方法,该方法包括:
    形成流量计组件,流量计组件包括单个弯曲流量导管和附接到单个弯曲流量导管并且与其相对的平衡结构;
    将导管温度传感器T1附接到单个弯曲流量导管;以及
    将平衡温度传感器T2附接到平衡结构,其中导管温度传感器T1的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。

    24.  如权利要求23所述的方法,其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与平衡结构之间的温度重要性比。

    25.  如权利要求23所述的方法,其中平衡结构包括:
    联接到单个弯曲流量导管的底座;以及
    从底座延伸的从动结构,其中振动传动器的第一传动器部分附接到从动结构并且被配置成与附接到单个弯曲流量导管的第二传动器部分相互作用。

    26.  如权利要求25所述的方法,其中从动结构包括从底座总体上正交地延伸的悬臂。

    27.  如权利要求25所述的方法,其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与从动结构之间的温度重要性比。

    28.  如权利要求25所述的方法,其中预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与和从动结构组合的底座之间的温度重要性比。

    29.  如权利要求23所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的弹性模数的转变。

    30.  如权利要求23所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的弹性模数的转变。

    31.  如权利要求23所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的热应力。

    32.  如权利要求23所述的方法,其中导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的热应力。

    33.  如权利要求23所述的方法,其中附接平衡温度传感器T2进一步包括将两个或更多个平衡温度传感器T2和T3附接到平衡结构的一个或多个位置并且产生平衡结构温度信号,其中一个或多个平衡结构位置处的两个或更多个平衡结构温度传感器电阻形成与一个或多个平衡结构位置的温度重要性有关的组合的平衡结构电阻。

    说明书

    说明书振动流量计和用于测量温度的方法
    技术领域
    本发明涉及振动流量计和方法,并且更具体来说,涉及振动流量计和用于测量温度的方法。
    背景技术
    振动流量计可能受到各种操作因素影响??赡苡跋斓秸穸髁考频木范鹊囊桓龌肪骋蛩厥俏露?。这可以包括流动物质的温度。这可以进一步包括测量计环境(诸如周围空气和连接到流量计的导管)的温度。
    振动流量计通常被设计和校准以在预期的温度或者一个温度范围下操作。与预期温度或一个温度范围的偏离可能影响流量计做出的测量。例如,流量计结构的刚度受到温度影响并且可能影响质量流速测量。此外,温度的改变可能影响振动流量计的谐振频率。
    在流量计中可以补偿温度效应。现有技术中的典型的温度补偿方法是将温度传感器附接到流量计导管的侧面,并且使用温度测量来用已知方式衡量测量计输出。这可以包括对测量计结构中由于温度改变引起的弹性模数改变进行温度补偿,其中测量计的谐振频率可以随温度改变。典型的直管计在平衡结构和/或外壳上可能也需要温度传感器。平衡/外壳温度与流量导管温度之间的差异用于补偿由于温度改变引起的热应力(即,张力或压力),其中测量计的实际尺寸可以改变。
    图1描绘根据现有技术的单导管型振动流量计。如图所示,流量计包括封闭平衡杆102的外壳103。平衡杆102是圆柱形的并且封闭导管101。外壳103具有由颈部元件105联接到输入和输出凸缘106的末端元件104。元件107是流量计的输入端;元件108是输出端。导管101具有在元件112(其是外壳末端104的撑杆部分)处连接到外壳末端104中的开口的输入末端109。撑杆部分112联接到颈部元件105。在右侧上,导管101的输出末端110在位置112处联接到外壳末端104,外壳末端104在位置112接合颈部元件105。
    在操作中,导管101和平衡杆102通过驱动器(未示出)反相振动。通过其中的流体流动,导管101的振动引起由敏感传感器(未示出)检测到的科里奥利响应。敏感传感器的输出被应用到处理信号以得出与流动物质有关的所需信息(诸如像质量流速、密度、黏度等)的电子器件。敏感传感器之间的相移表示与流体的质量流速有关的信息。每个敏感传感器上的谐振频率表示与流体的密度有关的信息。
    现有技术的单管计通过自动调整流动管与平衡杆之间的振幅比的设计来在一个流体密度范围内保持平衡。这具有以下显著缺点:其导致沿振动结构的轴线存在的静止节点的响应。节点再定位在流量计中是一个问题,原因是节点通常位于导管上平衡结构接合导管的位置处。因此,节点之间的区域通常限定导管的有效长度。有效长度影响测量敏感度。另外,如果节点被再定位,则管的末端部分可能振动。这进一步导致凸缘振动。这些不需要的振动可能进一步影响测量敏感度。
    在热补偿中,测量计的不同结构部分的温度在对测量计的数据输出的重要性方面可能不同。衡量局部温度的重要性的概念是关键的。如果将外壳的温度升高10度(与流量导管温度相比)导致指示的流速改变1%,并且如果将平衡结构的温度升高10度导致指示的流速改变2%,则平衡结构温度被认为在补偿热效应方面是外壳温度的重要性的两倍。局部温度的重要性与其对所指示的流速和密度的影响成比例。局部温度对测量计性能的这种重要性既可以通过实验(如通常做法)也可以通过计算机建模来确定。
    过去,温度补偿由流量导管上的一个温度传感器构成以便用温度来补偿模数转变。已经使用在平衡结构和/或外壳上包括两个或更多个标准温度传感器的温度传感器网络来补偿热应力。这些标准温度传感器通常是RTD并且具有标准电阻,诸如在零摄氏度100欧姆。RTD的电阻随着温度增加,这样使得从其电阻确定了RTD的温度。
    在现有技术的热应力温度补偿网络中,例如,平衡结构温度对于产生输出数据来说重要性可能是外壳温度的两倍。这种测量计将会在平衡结构上具有两个标准温度传感器并且在外壳上具有一个标准温度传感器。平衡结构和外壳上的传感器将被串联连接。因此其电阻将增加。将总电阻除以三得出平均电阻并且因此得到加权的平均温度。结果将会是,在为热应力补偿产生加权的平均温度测量方面,将平衡结构温度加权为外壳温度两倍重的温度测量。
    热应力补偿网络在直管计中是重要的,其中非管部件的温度改变可以使流量导管处于张力或压力下并且改变其频率和对流动的敏感度。在弯管计中,热应力较少受到关注,因为流量导管可能稍微弯曲以便适应其他测量计部件的改变的尺寸。结果是,由于非管部件的温度改变的张力调整作用,弯管计仅展示频率或对流动敏感度方面的非常少的改变。
    单弯管计具有另一个问题。它们使用与单直管计相同的振幅比平衡设计。然而,因为流量导管更不坚硬,所以平衡结构也更不坚硬并且在确定振动固有频率方面起着更大作用?;痪浠八?,平衡结构的模数转变对于系统频率来说可能与流量导管的模数转变具有同样大的作用。因为频率在确定流体密度方面是重要的,并且因为密度是补偿流动输出所必要的,所以必须补偿平衡结构的温度的输出数据。
    平衡结构在其传动振动期间的变形中,具有相对高应力的区域和相对低应力的区域。高应力的区域就传动频率来说比低应力的区域更加重要。重要性的概念与直管计相同,除了以下内容之外:重要的直管计区域通过使导管处于张力/压力下来改变频率,而在单弯管计中,重要的区域通过平衡结构的模数转变来改变频率。
    现有技术的使用多个标准温度传感器的补偿方法在直管计或弯管计中都具有缺点。所需的温度传感器网络可能变复杂,从而在平衡杆温度重要性绝不是外壳温度重要性的整数倍的情况下需要许多温度传感器。例如,图1中所示的单导管计具有重要性是平衡结构温度的3/8的外壳温度。现有技术的这种网络配置将是位于外壳上的三个温度传感器和位于平衡结构上的八个温度传感器。所有十一个温度传感器将串联连接。
    这种解决方案伴随有缺点。需要许多温度传感器。这导致总电阻高。另外,需要复杂的电路和许多导线。增加了材料成本。增加了制造成本。更多的电阻式温度传感器增加线路故障和运作故障的可能性,其中多个电阻式设备的串联电路中的一个故障导致电路无效。更多的电阻式温度传感器将可能增加附加的公差误差。
    发明内容
    在本发明的一个方面,振动流量计包括:
    单个弯曲流量导管;
    附接到单个弯曲流量导管的导管温度传感器T1;
    附接到单个弯曲流量导管并且与其相对的平衡结构;以及
    附接到平衡结构的平衡温度传感器T2,其中导管温度传感器T1的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与平衡结构之间的温度重要性比。
    优选地,平衡结构包括联接到单个弯曲流量导管的底座和从底座延伸的从动结构,其中振动传动器的第一传动器部分附接到从动结构并且被配置成与附接到单个弯曲流量导管的第二传动器部分相互作用。
    优选地,从动结构包括从底座总体上正交地延伸的悬臂。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与从动结构之间的温度重要性比。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与和从动结构组合的底座之间的温度重要性比。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的弹性模数的转变。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的弹性模数的转变。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的热应力。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的热应力。
    优选地,平衡温度传感器T2进一步包括附接到平衡结构的一个或多个位置并且产生平衡结构温度信号的两个或更多个平衡温度传感器T2和T3,其中一个或多个平衡结构位置处的两个或更多个平衡结构温度传感器电阻形成与一个或多个平衡结构位置的温度重要性有关的组合的平衡结构电阻。
    在本发明的一个方面,一种测量振动流量计中的温度的方法包括:
    测量流过附接到振动流量计的单个弯曲流量导管的导管温度传感器T1的导管电流;
    测量流过附接到振动流量计的平衡结构的平衡温度传感器T2的平衡电流,其中平衡结构附接到单个弯曲流量导管并且与其相对;以及
    使用温度测量来执行一个或多个流量计温度补偿,其中导管温度传感器T1的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与平衡结构之间的温度重要性比。
    优选地,平衡结构包括联接到单个弯曲流量导管的底座和从底座延伸的从动结构,其中振动传动器的第一传动器部分附接到从动结构并且被配置成与附接到单个弯曲流量导管的第二传动器部分相互作用。
    优选地,从动结构包括从底座总体上正交地延伸的悬臂。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与从动结构之间的温度重要性比。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与和从动结构组合的底座之间的温度重要性比。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的弹性模数的转变。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的弹性模数的转变。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的热应力。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的热应力。
    优选地,平衡温度传感器T2进一步包括附接到平衡结构的一个或多个位置并且产生平衡结构温度信号的两个或更多个平衡温度传感器T2和T3,其中一个或多个平衡结构位置处的两个或更多个平衡结构温度传感器电阻形成与一个或多个平衡结构位置的温度重要性有关的组合的平衡结构电阻。
    在本发明的一个方面,一种形成振动流量计的方法包括:
    形成流量计组件,流量计组件包括单个弯曲流量导管和附接到单个弯曲流量导管并且与其相对的平衡结构;
    将导管温度传感器T1附接到单个弯曲流量导管;以及
    将平衡温度传感器T2附接到平衡结构,其中导管温度传感器T1的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2的平衡结构温度传感器电阻被选择以形成预定的电阻比。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与平衡结构之间的温度重要性比。
    优选地,平衡结构包括联接到单个弯曲流量导管的底座和从底座延伸的从动结构,其中振动传动器的第一传动器部分附接到从动结构并且被配置成与附接到单个弯曲流量导管的第二传动器部分相互作用。
    优选地,从动结构包括从底座总体上正交地延伸的悬臂。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与从动结构之间的温度重要性比。
    优选地,预定的电阻比对应于单个弯曲流量导管与和从动结构组合的底座之间的温度重要性比。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的弹性模数的转变。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的弹性模数的转变。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于单个弯曲流量导管温度的热应力。
    优选地,导管温度传感器电阻和平衡结构温度传感器电阻用以补偿由于平衡结构温度的热应力。
    优选地,附接平衡温度传感器T2进一步包括将两个或更多个平衡温度传感器T2和T3附接到平衡结构的一个或多个位置并且产生平衡结构温度信号,其中一个或多个平衡结构位置处的两个或更多个平衡结构温度传感器电阻形成与一个或多个平衡结构位置的温度重要性有关的组合的平衡结构电阻。
    附图说明
    图1描绘现有技术的单导管型振动流量计。
    图2展示根据本发明的振动流量计。
    图3展示根据本发明的另一个实施例的振动流量计。
    图4展示其中电阻比是约1:2的温度传感器。
    图5展示其中电阻比是约1:5的温度传感器。
    图6展示根据本发明的振动流量计。
    图7展示从动构件和流量导管优选地绕弯曲轴线X被驱动,弯曲轴线X部分地由连接器限定。
    图8展示导致底座与从动构件同相地稍微摇摆的流量导管旋转。
    图9展示其中底座稍微摇摆但是与导管同相的流量导管旋转。
    具体实施方式
    图2至9和以下描述描绘具体实例以便教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。为了教导发明原理,已经简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员将了解,这些实例的变体属于本发明的范围内。本领域技术人员将了解,以下描述的特征将以各种方式来组合以便形成本发明的多个变体。因此,本发明并不限于以下描述的具体实例,而是仅由权利要求和其等价物限制。
    图2展示根据本发明的振动流量计205。振动流量计205包括科里奥利质量流量计或振动密度计。振动流量计205包括流量导管210、联接到流量导管210的底座260以及从底座260延伸的从动构件250(也参见图6至9和以下的随附论述)。传动器220(参见图6和随附论述)由附接到导管201和从动构件250的部件形成。在振动流量计205的运作过程中,传动器220使流量导管210相对于从动结构250振动。传动器220将导致从动构件250基本上与流量导管210相反地振动。因此,当流量导管210沿一个方向移动时,从动构件250将会基本上沿相反方向移动,从而抗衡流量导管210。流量导管210可能以与平衡结构208的振动特征相同或不同的振幅和频率振动。
    尽管展示了弯曲流量导管,但是温度传感器并不限于弯曲导管流量计。同样地,尽管展示了单个流量导管,但是根据本发明的温度传感器并不限于单个导管流量计或使用平衡杆或其他平衡结构的流量计。
    振动流量计205进一步包括配置用于模数补偿的导管温度传感器T1 291和平衡温度传感器T2 292。在一些实施例中,温度传感器可以包括电阻式温度设备(RTD)。导管温度传感器T1 291附接到流量导管210并且测量流量导管温度。导管温度传感器T1 291产生流量导管温度信号。尽管导管温度传感器T1 291被展示为位于流量导管210的中心处的传动器位置附近,但是应理解,导管温度传感器T1 291可以位于流量导管210上的任何位置。
    平衡温度传感器T2 292附接到平衡结构208并且测量平衡结构温度。平衡温度传感器T2 292可以附接到从动构件250或者可以附接到例如底座260。平衡温度传感器T2 292产生从动构件温度信号。应理解,平衡温度传感器T2 292可以位于平衡结构208上的任何位置。
    在一些实施例中,平衡温度传感器T2 292附接到从动构件250,原因是从动构件250最可能受到由于温度的模数改变的影响。在一些实施例中,从动构件250包括从底座260总体上正交地延伸的悬臂?;蛘?,平衡温度传感器T2 292可以安装到底座260。然而,平衡温度传感器T2 292的位置并不限于任何具体位置,并且可以位于平衡结构208上的任何所需地点。
    图中,平衡温度传感器T2 292被表示为实体上大于导管温度传感器T1 291。做出实体比例的差异是为了展示导管温度传感器T1 291与平衡温度传感器T2 292的内部电阻之间的可能差异(然而,电阻可以是相等的)。差异说明导管温度传感器T1 291的电阻和平衡温度传感器T2 292的电阻被选择以提供预定电阻比。根据局部温度对输出数据的相对重要性来设置电阻比。这样做的方法是:其中导管温度响应与底座温度响应不同,例如,其中在振动流量计205的运作过程中的温度改变(所有其他因素保持不变)将导致敏感传感器230和231中的一个或两个所产生的测量信号改变。
    一些实施例的振动流量计205包括对应于流量导管210与平衡结构208之间的温度重要性比的预定电阻比。一些实施例的振动流量计205包括对应于流量导管210与从动结构250之间的温度重要性比的预定电阻比。一些实施例的振动流量计205包括对应于流量导管210与底座260之间的温度重要性比的预定电阻比。
    替代地或者附加地,在从动结构250相对平衡结构208的底座260上可以形成预定电阻比。从动结构250可以包括温度传感器T2 292,并且底座260可以包括温度传感器T3 293(虚线)。温度传感器T2 292和温度传感器T3 293在需要时可以形成第二电阻比,其中从动结构250相对底座260的温度重要性可以完全得到表征。
    温度重要性比可以包括温度改变将如何影响该部件的弹性模数的量化。温度重要性比可以使流动流体温度(或环境温度)变化将如何转移到该部件中量化。例如,底座末端比底座中心更加快速地响应流体温度改变。因此,温度传感器可以位于底座260的末端和中心处。这些传感器可以被选择成具有适当的电阻比以便匹配其相对重要性。随后可以增加底座260上的传感器的电阻以建立与流量导管210的所需重要性(和电阻)比。
    在一些实施例中,温度重要性比可以包括实验推导出的值。在其他实施例中,可以从流量计材料的已知热转移性质和这些材料的已知量来确定温度重要性比,诸如通过计算机建模。然而,应了解,可以用其他方式来获得温度重要性比。
    可以用任何适合的方式来设置或形成温度传感器电阻值。例如,温度传感器可以通过微调(诸如像激光微调或蚀刻)、切割或烧出电阻阶梯的元件、将电阻单元焊接或接合在一起等等。
    在不关注总电阻R总的一些实施例中,可以用任何方式来选择温度传感器291和292。例如,可以将一个温度传感器选择为标准电阻,并且可以将第二温度传感器配置成获得预定电阻比?;蛘?,可以首先选择总电阻R总,并且随后可以配置一个或两个温度传感器以便获得预定电阻比。这种方法确保温度传感器网络的两个温度传感器的总电阻R总不太大或不太小。
    根据一些实施例的一种测量振动流量计中的温度的方法包括:测量流过附接到振动流量计的流量导管的导管温度传感器T1的电流和流过附接到振动流量计的平衡结构的平衡温度传感器T2的电流,其中电流包括温度测量;以及使用温度测量来执行一个或多个流量计温度补偿。导管温度传感器T1 291的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2 292的平衡结构温度传感器电阻被选择以便形成预定的电阻比。
    根据一些实施例的一种形成振动流量计的方法包括:形成流量计组件,流量计组件包括平衡结构和流量导管,将导管温度传感器T1 291附接到流量导管,以及将平衡温度传感器T2 292附接到平衡结构。导管温度传感器T1 291的导管温度传感器电阻和平衡温度传感器T2 292的平衡结构温度传感器电阻被选择以便形成预定的电阻比。
    在一些实施例中,可以包括一个或多个额外的平衡结构温度传感器,诸如图2中的温度传感器T2 292和T3 293,以便完全表征平衡结构208。作为一个示例,在底座温度的重要性是从动结构温度的两倍的情况下,则附接到平衡结构208的底座260的温度传感器元件数量可以是附接到从动结构250的元件两倍。因此,底座260中的温度改变对传感器电阻的作用将是从动结构250的温度改变的两倍。串联的三个温度传感器的电阻改变随后可以除以三以得出平衡结构208的加权平均温度。也可以将多个温度传感器并联,或者以其他电气网络配置,以便表征平衡结构208的各区域的温度重要性。
    根据本发明的温度传感器提供几个益处。根据本发明的温度传感器仅需要两个传感器元件用于振动流量计205。根据本发明的温度传感器仅需要两根导线。需要较少的电阻元件意味着较少机会的公差误差。需要较少的电阻元件意味着统计上较少可能具有累加的公差问题。
    根据本发明的温度传感器提供与部件的温度重要性成比例的电阻。因此,温度补偿更容易实现并且更加精确和典型。
    本发明通过使用具有根据预定电阻比的电阻的温度传感器解决了不均衡热作用的问题。这可以包括使用定制的温度传感器,其中导管温度传感器T1 291的基本电阻(即,在0摄氏度的电阻)与平衡温度传感器T2 292的基本电阻的比可以等于流量导管与平衡结构温度的重要性的比。
    例如,标准温度传感器具有100欧姆的电阻。如果此温度传感器被用来测量平衡结构温度,那么可以使用具有37.5欧姆的基本电阻的温度传感器来测量流量导管温度,其中电阻比为37.5欧姆比100欧姆,或者电阻比为约3:8。但是,与现有技术相反,仅需要两个温度传感器,而不是十一个温度传感器。如果两个温度传感器由具有基本上相同温度系数的相同材料制成,则当它们串联连接时,将提供所需的结果。随后,由于感测出的组合的温度导致的电阻改变将精确地预测随温度改变的质量流量和/或振动频率的改变。
    图3展示根据本发明的另一个实施例的振动流量计205。温度测量的改进可以用于补偿流量计的热应力,如在直管计中。在此实施例中,导管温度传感器T1 291包括第一温度测量电路,并且平衡温度传感器T2 292和T3 293包括独立的第二温度测量电路。因此,测量计电子器件26接收分开的流量导管和平衡结构温度测量。此实施例可以用在其中热应力显著的情况下,诸如像在直或稍微弯曲流量导管中。热应力由流量导管与测量计的其他零件之间的温度差导致,如当热流体流过冷环境中的测量计时。热应力补偿需要知道两个温度:流量导管的温度和其他测量计部件的加权平均温度。在流量管的模数补偿的一些实施例中,将流量导管温度与加权平均温度分开使用。此外,随后也可以确定流量导管温度与加权平均温度之间的差异。
    温度测量的改进可以由弯管计用于补偿流量计的模数转变。测量流量导管和平衡结构的振动系统的重要区域的温度,以便将加权平均温度用来确定和补偿振动结构的模数转变。
    因为温度重要性比极不可能精确地是二比一是或者其他整数比,所以可以通过将精确比与电阻比匹配来改进应力补偿的精确度。
    在一些实施例中,热应力补偿等式包括:
    FCF=K1*T振动+K2*(T管-T平均)   (1)
    其中T振动是振动系统的加权平均温度,并且T平均是热应力部件的加权平均值。在弯管计中,K2可以足够小以使第二项无关紧要。
    给定温度差与管周期的误差(由于热应力)的平方之间的线性关系,通过温度校准来确定比例常数(K1和K2)是简单的事情?;蛘?,加权平均温度T平均可以由平衡结构温度测量来替代(或增大)。随后,可以对测量计补偿热产生的误差。
    第一补偿项(K1*T振动)可以执行振动结构的弹性模数补偿。第二补偿项(K2*(T管-T平均))可以执行热应力补偿。
    通常,如果流量导管210和平衡结构208具有相同材料,则热应力通常仅由流量导管温度与平衡结构平均温度之间的温度差发生。
    所有科里奥利流量计需要补偿来校正由科里奥利力引起的振动流量管位移所产生的信号。这些信号表示分隔开的流量管敏感元件之间的相位差并且指示经过流量计的材料流。弯管计和直管计都需要补偿由于温度的流量管的弹性模数改变。随着流量管和平衡结构温度升高,模数减少并且测量计变得更加敏感。通过使用振动结构上的温度传感器和在计电子器件中的适当补偿算法中使用温度测量实现了对弹性模数改变的补偿。
    从流量导管的谐振频率加上导管内的任何流体(与流动或不流动无关)推导出密度。密度被确定为:
       (2)
    在此,(b)项是通常在校准操作过程中确定的校准因数,而(f)项是流量计的振动响应的频率。K项表示测量计的刚度并且包括测量计材料的弹性模数。清楚地,温度引起的弹性模数改变也将影响密度测量。
    图4展示温度传感器291和292,其中电阻比是约1:2。例如,导管温度传感器T1 291可以具有约100欧姆的电阻,而平衡温度传感器T2 292可以具有约200欧姆的电阻。这是一个示例,并且可以使用其他电阻值。因此,平衡温度传感器T2 292具有的电阻是导管温度传感器T1 291的电阻的约两倍。
    另外,展示两个温度传感器的实体尺寸,这图解地表示其相对电阻。然而,应了解,两个温度传感器可以具有任何尺寸,并且其实体比例并不必控制或影响其电阻水平。
    图5展示温度传感器291和292,其中电阻比是约1:5。例如,导管温度传感器T1 291可以具有约100欧姆的电阻,而平衡温度传感器T2 292可以具有约500欧姆的电阻。这是一个示例,并且可以使用其他电阻值。因此,平衡温度传感器T2 292具有的电阻是导管温度传感器T1 291的电阻的约五倍。
    图6展示根据本发明的振动流量计205。图6至9图示科里奥利流量计形式的振动流量计205的示例,其包括传感器组件206和平衡结构208。一个或多个测量计电子器件26通过导线110、111、111’连接到传感器组件206,以便测量流动物质的特征,诸如像密度、质量流速、体积流速、总质量流量、温度以及其他信息。测量计电子器件26可以将信息传送到用户或其他处理器。
    传感器组件206包括限定用于容纳流动物质的流动路径的导管210。导管210可以如图所示弯曲,或者可以具备任何其他形状,诸如直的配置或不规则的配置。当将传感器组件206插入到承载流动物质的管道系统中时,物质通过入口凸缘(未示出)进入传感器组件206,随后其流过导管210,在此测量流动物质的特征。在此之后,流动物质离开导管210并且穿过出口凸缘(未示出)。本领域技术人员了解到,导管210可以通过各种适当的装置连接到凸缘,诸如图1所示的凸缘106。在本实施例中,导管210具备通常从连接器270、271延伸的末端部分211、212并且在其外部端点处连接到凸缘。
    本示例的传感器组件206包括至少一个传动器220。传动器220包括连接到平衡结构208的从动构件250的第一部分220A和连接到导管210的第二部分220B。第一部分220A和第二部分220B可以对应于例如传动线圈220A和传动磁体220B。在本实施例中,传动器220优选地反相地传动从动构件250和导管210。
    图7展示从动构件250和导管210优选地绕弯曲轴线X被驱动,该轴线部分地由连接器270、271限定。根据本发明的一个实施例,弯曲轴线X对应于入口-出口管轴线。从动构件250从底座260弯曲。传动器220可以包括许多熟知布置中的一种,包括例如但不限于压电元件或电磁线圈/磁体布置。
    如图6中所示,传感器组件206包括至少一个敏感元件。所示实施例具备一对敏感元件230、231。根据本发明的一个方面,敏感元件230、231测量导管210的运动。在本实施例中,敏感元件230、231包括位于对应的敏感元件臂280、281上的第一部分和位于导管210上的第二部分。(多个)敏感元件可以包括许多熟知布置中的一种,包括例如但不限于压电元件、电容元件或电磁线圈/磁体布置。因此,如同传动器220,敏感元件的第一部分包括敏感元件线圈而敏感元件的第二部分包括敏感元件磁体。本领域技术人员将了解,导管210的运动与流动物质的某些特征有关,例如穿过导管210的流动物质的质量流速或密度。
    本领域技术人员将了解,一个或多个测量计电子器件26从敏感元件230、231接收敏感信号,并且将传动信号提供给传动器220。一个或多个测量计电子器件26可以测量流动物质的特征,诸如像密度、质量流速、体积流速、总质量流量、温度以及其他信息。一个或多个电子器件207也可以从例如一个或多个温度传感器(未示出)和一个或多个压力传感器(未示出)接收一个或多个其他信号,并且使用此信息来测量流动物质的特征。本领域技术人员将了解,传感器的数量和类型将取决于具体测量的特征。
    图6至9还描述本实施例的平衡结构208。根据本发明的一个方面,平衡结构208被配置成至少部分地平衡导管210的振动。根据本实施例的一个方面,平衡结构208被配置成至少部分地平衡导管210的动量。
    如图6至9中所示,平衡结构208包括连接到从动构件250的底座260。如图所示,从动构件250优选地是从底座260总体上正交延伸的悬臂。与从动构件250相比,本实施例中的底座260优选地是相对巨大且不可移动的。例如而并非限制,底座260可以具有的质量比从动构件250的质量大至少5倍。例如而并非限制,底座260可以具有的质量比导管210的质量大至少5倍。在一些实施例中,这些数字可以更大,例如分别比从动构件250和导管210的质量大14倍和8倍。
    本实施例中的平衡结构208联接到导管210。如图所示,底座260包括一对连接器270、271,其可以是所示的板型或者其可以具备任何其他形状。在本实施例中,连接器270、271将底座260联接到导管210的末端部分211、212的内部。在所示实施例中,这对连接器270、271联接到底座260的与导管210的对应末端部分211、212相对的末端面261、262。
    根据本实施例的一个方面,导管210、从动构件250以及底座260被配置成提供平衡系统。应了解,该系统可能不绝对平衡。然而,该系统被设计成比不包括平衡结构208的现有技术系统更加平衡。在本实施例中,导管210和从动构件250用作两个分离的振动系统,它们以相同的谐振频率绕轴线X以反相被驱动。如图7中所示,从动构件250通过在底座260上弯曲来以其谐振频率振动。本领域技术人员将了解,图7表示所涉及的运动的夸示,以便更好地表达本实施例的概念。同样如图7中所示,导管210与从动构件250异相地振动。
    导管210绕轴线X的运动将转矩施加到连接器270、271。本领域技术人员还将了解,从动构件250绕轴线X的运动也通过底座260将转矩施加到连接器270、271。为了简单起见,假定包括流动物质的质量的导管210的质量与从动构件250的质量相等,则从动构件250和导管210可能以反相、以相同频率并且以相同振幅被驱动,从而提供平衡的系统。
    在此示例中,使得导管210和从动构件250的动量平衡,这是因为动量是质量与速度的乘积并且速度与振动幅度成比例。结果是施加到连接器270、271的转矩几乎相等但具有相反的符号,从而抵消。另外,静止节点基本上沿末端部分211、212轴线定位并且基本上在连接器270、271连接到导管210的位置处。因此,提供了总平衡的系统,并且转矩和振动基本上抵消。此外,极少或没有转矩被施加到导管210的末端部分211、212的外部端点和施加到凸缘。
    根据本实施例的一个方面,导管210和平衡结构208优选地通过相对软的支架与任何连接结构分离,这些软支架被设计成限制到任何连接结构的运动平移。因此,导管210和平衡结构208用作自平衡的隔离的振动结构,其中两个质量以相同的频率反相地振动。因此,存在两个振动系统,即,可以包括导管210或导管210以及连接器270、271和底座260的振动导管系统和可以包括从动构件250或从动构件250以及连接器270、271和底座260的振动从动构件系统,如下文所论述。两个振动系统通过公共的静止节点分离,这些节点优选地基本上位于导管210的末端部分211、212的轴线上,基本上靠近连接器270、271。
    有利地,当导管210的质量改变时,本布置还可以提供许多优点。例如,导管210的质量可能增加,诸如像当导管210内的流动物质的质量增加或者导管210的质量本身由于例如涂层形成而增加时。当这发生时,导管210的振动频率和振动幅度减小。这由于组合的振动结构的额外质量和软安装而自动发生。另外,作为自然响应,从动构件250的振动幅度增加。振幅比的这种改变导致节点重新定位。然而,节点在导管的运动是绕其自己轴线的纯旋转的区域中仅沿导管轴线X向内移动。纯旋转可以使用外壳连接件590、591来确保。因为没有由导管绕其自己轴线X的纯旋转产生的科里奥利力,所以节点沿轴线X的运动不会影响输出信号。
    图8展示导致底座260与从动构件250同相地稍微摇摆的流量导管旋转。在本实施例中,从动构件250的振动幅度的增加被反映为从动构件250绕底座260弯曲的运动范围的增加。这种运动增加是轻微的,但是仍然导致额外转矩被施加到底座260上,该转矩进一步作为转矩平移到连接器270、271。此额外转矩导致连接器270、271和底座260绕导管210的末端部分211、212的轴线与从动构件250同相地非常轻微地旋转。尽管在图中为了说明目的而进行夸示,但是本领域技术人员将了解,底座的摇摆运动因为底座260的质量和从动构件250的柔韧性而是轻微的。
    因此,底座260和连接器270、271围绕延伸穿过末端部分211、212的轴线X与从动构件250同相地旋转,从而形成振动系统。而导管210的频率由于质量的初始增加而减小,从动构件250与底座260的运动联合和连接器270、271具有相同作用;质量增加并且频率减小。因此,从动构件250的频率被降低到基本上匹配导管210的频率。类似地,底座260和连接器270、271的质量联合增加从动构件250的振幅,这样使得从动构件250和底座260的动量与流量导管210的动量相等,并且因此恢复平衡。
    类似地,导管210的质量可能减少,诸如像当导管210内的流动物质的质量减少时。当这发生时,导管210的振动频率和振动幅度增加。这由于质量减少而自动发生。另外,作为自然响应,从动构件250的振动幅度减小。同样,振幅比的这种改变导致沿入口-出口管轴线X的节点重新定位,而基本上不会对测量计输出产生影响。
    图9展示流量导管旋转,其中底座260轻微地但是与导管210同相地摇摆。在本实施例中,导管210的振动幅度的增加被反映为导管210绕末端部分210、211的轴线X弯曲的运动范围的增加。这种运动增加同样是轻微的,但是仍然导致额外转矩被施加到连接器270、271上,该转矩进一步作为转矩平移到底座260。此额外转矩导致连接器270、271和底座260绕导管210的末端部分211、212的轴线X非常轻微地旋转。这种旋转导致底座260轻微地但是与导管210同相地摇摆。尽管在图中为了说明目的而进行夸示,但是本领域技术人员将了解,底座260的摇摆运动因为底座260的质量和导管210的柔韧性而是轻微的。
    因此,底座260和连接器270、271围绕延伸穿过末端部分211、212的轴线X与导管210同相地旋转,从而形成振动系统。而导管210的频率由于流体质量的降低而增加,底座260和连接器270、271的质量联合具有相反作用,从而降低频率。实际结果在于频率稍微升高。类似地,底座260和连接器270、271与流量导管210的质量旋转减小从动构件250的振幅,并且将其频率稍微增加到与流量导管210的频率相等。因此,导管210和从动构件250的振幅比被改变成使得从动构件250和底座260的动量基本上与流量导管210的动量相等,并且因此恢复平衡。
    由于底座260优选地具备相对大的质量,所以仅需要底座260的振动幅度的非常轻微的改变来引起导管210和从动构件250的振动特征的相对大的改变。当低密度流体流过时,底座260与流量导管210一起轻微旋转并且将其质量添加到该流量导管210。当高密度流体流过时,底座260与从动构件250一起轻微旋转并且将其质量添加到该从动构件。因此,底座260将其质量添加到轻的构件(流量导管210或从动构件250)。通过振动幅度的改变进一步维持了平衡,这样使得轻的构件增加其振动幅度而较重的构件减小其振动幅度。此外,底座260的小的振动幅度仅将小的转矩施加到导管210的末端部分211、212的内部末端。因此,仅非常小的转矩量被施加到具有高或低密度的流体的外壳300。
    因此,在本实施例中,底座260根据流量导管210的质量并且更具体来说根据流动物质的密度来在与导管210同相地移动和与从动构件250同相地移动之间切换。优选地,在流动物质具有近似1000 kg/m3的比重的情况下,底座260和末端部分211、212的内部末端是静止的。优选地,在物质具有小于近似1000 kg/m3的比重的情况下,导管210具有较高的振幅,从动构件250具有较低的振幅,并且底座260和连接器270、271与导管210一起非常轻微地旋转。导管末端部分211、212也将会与导管210一起非常轻微地旋转。优选地,在物质具有大于近似1000 kg/m3的比重的情况下,导管210具有较低的振幅,从动构件250具有较高的振幅,并且底座260和连接器270、271与从动构件250一起非常轻微地旋转。在这种情况下,导管末端部分211、212也将会与底座260和连接器270、271一起非常轻微地旋转。由于导管210绕末端部分211、212中的其自己轴线的纯旋转不将科里奥利加速赋予流动物质,所以测量计敏感度将因此不会大受影响。应了解,以上说明的具体流体密度仅是示例并且具体流体密度可以变化。根据本发明的另一个实施例,平衡结构208的尺寸和刚度可以被选择成使得当在导管210内不存在流体时(增加的密度为零),底座260基本上静止。在这种情况下,底座260将会轻微地旋转,从而不论流体密度如何而使流体流过从动构件250。在又一个实施例中,平衡结构208的尺寸和刚度可以被选择成使得对于所有预期的流体密度范围来说底座260与导管210一起旋转?;痪浠八?,可以选择某个最大流体密度,其中预期流量计在流体处于该最大流体密度下运作。因此,在基本上所有预期运作条件下,流体密度将会低于最大流体密度,从而导致底座260基本上在所有时间都与导管210一起旋转。然而,底座的旋转幅度将会随流体密度变化。应了解,如果流体密度超过最大流体密度,则底座260随后将会与从动构件250一起旋转,如上所述。同样,在流体密度处于最大流体密度的情况下,底座260将会保持基本上静止。
    还应了解,虽然大部分描述论述了底座260响应于流体密度改变而移动,但是应了解,可以发生将会改变导管210的质量的其他条件,诸如像腐蚀、侵蚀、沉积等。因此,底座260可以补偿可能改变流量导管质量的各种条件。
    在本实施例中,末端部分211、212优选地足够长,例如但不限于,优选地至少三个管直径长,这样使得它们的扭转基本上是柔软的。这进一步减少施加到末端部分211、212的凸缘和外部端点上的转矩。
    如图6中所示,传感器组件206也可以包括外壳300和外壳连接件590、591。所示的外壳连接件590、591包括连接到导管210的第一部分595和连接到外壳300的第二部分596。如图所示,外壳连接件590、591优选地仅为支撑导管位于凸缘与连接器270、271之间的结构。
    根据本实施例的一个方面,外壳连接件590、591优选地被配置成为轴向和横向平移中刚性但扭转中柔软的振动系统提供支撑。这通过为外壳连接件590、591提供例如可变形构件592、593、594来实现,这些可变形构件相对于导管210的末端部分211、212的轴线径向延伸。尽管提供了三个可变形构件592、593、594,但是应了解,可以使用任何数量的可变形构件592、593、594,并且可变形构件的具体数量不应限制本发明的范围。它们可以用任何方式安装到导管210上,包括例如连接到导管210的中央集线器595。刚性平移和柔软扭转联合提供至少两个功能。首先,通过将末端部分211、212限于扭转移动,它们将节点限制到末端部分轴线并且因此限制与节点重新定位相关的测量误差。其次,通过允许末端部分自由旋转,以非常柔软的方式扭转地支撑振动结构。柔软安装使得振幅比能够随流体密度改变并且能够实现本发明的自平衡特征。
    尽管已经就电阻式温度传感器描述了本发明,但是本领域技术人员认识到,可以使用任何类型的电阻式传感器来替代温度传感器。例如,一种可能使用以可变电阻形式指示张力的应变计来替代本文描述的一个或多个温度传感器??梢允褂猛ü谋淦涞缱枥粗甘咎跫娜魏未衅骼从τ帽痉⒚?。本发明的本质同等地适用于任何此类配置。
    可以根据任何实施例来使用根据本发明的振动流量计,以便在需要时提供若干优点。根据本发明的测量计提供温度弹性补偿的弯管计。根据本发明的测量计提供热应力补偿的弯管计。
    以上实施例的详细描述并不是发明者所考虑的将在本发明范围内的所有实施例的穷尽描述。实际上,本领域技术人员将认识到,上述实施例的某些元件可以以不同方式进行各种组合或消除以便建立另外的实施例,并且此类另外的实施例落入本发明的范围和教导内。本领域技术人员还将显而易见,上述实施例可以整体或部分地组合以便建立在本发明的范围和教导内的额外实施例。因此,应从以下权利要求确定本发明的范围。

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    振动 流量计 用于 测量 温度 方法
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