[发明专利]科里奥利质量流量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量计，用于测量流体的质量流量，具体说，涉及一种具有很高灵敏度的科里奥利流量计，它可以测量流量极小的质量流量，或是在流量调节范围很大的情况下测量流量。

背景技术

在制药、食品等工业领域中，确定管道中的流量对工艺过程的监测、控制和生产是非常重要的。管道中的质量流量通常用流量计进行测量，目前常用于封闭管道系统中的流量计可分为电磁流量计、超声波流量计、矩阵流量计和科里奥利流量计。

与其他流量计相比，科里奥利流量计有很多优点。首先，它能用直接的方法非常准确地测量质量流量，而其他类型的流量计只能测量体积流量，需要进行额外的计算转为质量流量。另外，科里奥利流量计可以用于几乎各种流体的测量，如液体、气体、浆液及混合相的流体。最后，科里奥利流量计的测量原理与流体的物理性能无关，它不会受到流体的压力、密度及温度变化的影响。因此，科里奥利流量计在各个领域有着广泛的用途。

通常的科里奥利流量计包括一个用于测量流体的测量管和一个用于振动测量管的驱动头，其振动频率为测量管的谐振频率。当测量管振动时，流体的质量击打测量管的管壁，产生科里奥利力，导致测量管发生弹性变形。多个测量管的运动可将变形放大，以便计算出科里奥利力，从而测定出流体的质量流量。

这种科里奥利流量计的一个问题是测量的灵敏度无法明显改善，大多数测量管由不锈钢或哈氏合金制造，这些金属的弹性有限，所以测量的灵敏度很难进一步提高。此外，测量管的形状通常为U形或S形，这样的形状虽可以加大科里奥利力在测量管上产生的弹性变形，但也易于在流体流动到焊接的弯管或分流处产生压力损失，导致测量精度降低。在这种流量计中，测量管形状设计时综合考虑测量的灵敏度和精度是非常困难的。

目前科里奥利流量计的另一个问题是对测量管振动的设计。测量管作为一种流体的承载件，在受到振动的时候会产生弯曲，这意味着，测量管要有足够的厚度和强度，以承受流体压力和测量管材料的疲劳。而另一方面，测量管是通过弹性变形来进行测量的，因此测量管的管壁要尽可能薄，这样才能在科里奥利力的作用下产生明显的变形。显然，这两个相互矛盾的要求也限制了测量灵敏度的提高。

由于存在上述问题，目前的科里奥利流量计不适用于如下场合：

测量在石化工业中调节范围很大(即最大流量与最小流量之比＞2000∶1)的气体流量，管道中的气体流量可在4克/分钟至8千克/分钟之间变化；

测量流量非常低(流量＜50克/分钟)的液体和气体的质量流量，如：半导体工业的化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)，制药工业中的产品研发和试验室分析。

作为科里奥利流量计的核心部件，测量管对流量计的性能起着决定性的作用。近年来，人们一直努力试图设计出不同形状的测量管，以提高流量计的性能。

US 6684716B2中公开了一种科里奥利流量计，图1所示为此类流量计的一种典型结构。该流量计包括一个直的测量管71和平行地位于直管两侧的两个直杆72a和72b，被测流体流过测量管71，测量管71和直杆72a由振动产生器73a带动振动，另一个振动产生器73b在另一侧带动测量管71和直杆72b振动，测量管71和直杆72a和72b的振动频率相同。测量管71的端部和两根直杆的端部72a和72b固定在共同的支撑块74a和74b上。在沿直管方向的两侧设有振动传感器75a和75b，用以检测测量管71的变形量。

尽管这种结构简单、紧凑且坚固，但这种直管的科里奥利流量计的测量灵敏度不高。在谐振的状态下，测量管只能产生很小的弯曲，当流体流经直管时，在垂直于直管方向上产生的科里奥利力很小，测量管的变形也就很小，因此需要优化测量管的结构，以加大测量管的变形的幅度。

US 2007/0034019A1公开了另一种类型的科里奥利流量计，如图2所示，它有一个弯曲的测量管81，电磁激励线圈83固定在U形测量管81前端中心82的下方，用以带动测量管作微小的振动。如图2所示，流体从左侧流入，从右侧流出，在两侧产生相反的科里奥利力，扭动U形测量管。在拐弯处，聚集了流体的力，所以测量管的振动得以放大，左右设置的两个测量线圈84测量由此产生的变形。