專利名稱：包括改進(jìn)的振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密度計(jì)，且更特定而言涉及具有改進(jìn)的振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)密度計(jì)。
背景技術(shù)：
密度計(jì)為本領(lǐng)域中公知的，且用來測量流體的密度。流體可包括液體、氣體、具有懸浮微粒和/或所夾帶氣體的液體、或者其組合。雖然存在根據(jù)不同原理操作的各種類型的密度計(jì)，已取得巨大商業(yè)成功的一種類型的密度計(jì)為振動(dòng)密度計(jì)。振動(dòng)密度計(jì)可包括向被測試的流體暴露的振動(dòng)構(gòu)件，諸如圓筒/缸、管道、管路、管等。振動(dòng)密度計(jì)的一個(gè)示例包括管道，管道懸臂安裝有聯(lián)接到現(xiàn)有管線或其它結(jié)構(gòu)的入口端和自由振動(dòng)的出口端。替代地，入口和出口二者都可被固定，且在入口與出口之間管道的部分振動(dòng)。管道可在共振狀態(tài)振動(dòng)，且可測量出共振頻率。如本領(lǐng)域中所公知的那樣，通過測量管道的減小的共振頻率可確定受測試的流體的密度。根據(jù)熟知的原理，管道的共振頻率將與接觸著管道的流體的密度相反地變化。因此，雖然某些振動(dòng)密度計(jì)能測量液體的密度，由圓筒/缸外側(cè)上的液體所造成的粘滯減振可減小振動(dòng)密度計(jì)的測量能力。液體振動(dòng)密度計(jì)因而使用僅在內(nèi)側(cè)上具有流體的振動(dòng)管路或管，而氣體振動(dòng)密度計(jì)通常被浸沒在流體中，在圓筒的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上都具有氣體。因此，通常，振動(dòng)密度計(jì)用來測量氣體的密度。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的浸沒的密度計(jì)10。例如，現(xiàn)有技術(shù)密度計(jì)10可被配置成用以測量諸如液體或氣體這樣的流體的密度。密度計(jì)10包括外殼11，且振動(dòng)構(gòu)件12至少部分地位于外殼11內(nèi)。外殼11的一部分被剖視以示出振動(dòng)構(gòu)件12。密度計(jì)10可例如在現(xiàn)有管線中被串列放置。備選地，外殼11可包括閉合端，閉合端具有孔口以例如接收流體樣品。因此，雖然未示出凸緣，在許多情況下，外殼11或振動(dòng)構(gòu)件12可包括凸緣、或用于以不透流體的方式將密度計(jì)10在操作上聯(lián)接到管線或類似流體輸送裝置的其它構(gòu)件。根據(jù)圖示實(shí)例，振動(dòng)構(gòu)件12被懸臂安裝到外殼11上。振動(dòng)構(gòu)件12被示出在入口端13處聯(lián)接到外殼11，且出口端14自由振動(dòng)。根據(jù)圖示實(shí)例，振動(dòng)構(gòu)件12還包括在入口端13附近的多個(gè)流體孔口 15。流體孔口 15可被設(shè)置為用以允許進(jìn)入密度計(jì)10的流體種的某些在外殼11與振動(dòng)構(gòu)件12之間流動(dòng)。因此,流體接觸著振動(dòng)構(gòu)件12的內(nèi)側(cè)以及外側(cè)表面。當(dāng)被測試的流體包括氣體時(shí),這是特別有幫助的，因?yàn)楦蟮谋砻娣e向氣體暴露。在其它示例中，可在外殼11中設(shè)置孔口以使被測試的流體向振動(dòng)構(gòu)件12的外表面暴露且因此，在振動(dòng)構(gòu)件12中不需要孔口 15。在圖1中還示出位于圓筒50內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17。驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17被示出為包括線圈，這是本領(lǐng)域熟知的。如果向線圈提供電流，那么在振動(dòng)構(gòu)件12中感應(yīng)出磁場，造成振動(dòng)構(gòu)件12發(fā)生振動(dòng)。相反地，振動(dòng)構(gòu)件12的振動(dòng)在振動(dòng)傳感器17中感應(yīng)出了電壓。驅(qū)動(dòng)器16從計(jì)量電子裝置18接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使振動(dòng)構(gòu)件12以多種振動(dòng)模式(包括例如簡單彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向或聯(lián)接類型)之一中的其共振頻率之一而振動(dòng)。振動(dòng)傳感器17檢測了振動(dòng)構(gòu)件12的振動(dòng)，包括振動(dòng)構(gòu)件12振動(dòng)的頻率，且將振動(dòng)信息發(fā)送給計(jì)量電子裝置18以用于進(jìn)行處理。在振動(dòng)構(gòu)件12振動(dòng)時(shí)，接觸著振動(dòng)構(gòu)件壁的流體隨著振動(dòng)構(gòu)件12 —起振動(dòng)。接觸著振動(dòng)構(gòu)件12的流體的增加的質(zhì)量降低了共振頻率。振動(dòng)構(gòu)件12的新的較低共振頻率用來確定流體的密度，如本領(lǐng)域中所公知的那樣，例如根據(jù)先前所確定的相互關(guān)系。如所公知的那樣，為了獲得準(zhǔn)確的密度測量，用于測量流體密度的共振頻率必須很穩(wěn)定。當(dāng)流體包括氣體時(shí)尤為如此，因?yàn)楣舱耦l率與液體相比以更小量改變。實(shí)現(xiàn)所需穩(wěn)定性的一種現(xiàn)有技術(shù)方案是使用徑向振動(dòng)模式來使振動(dòng)構(gòu)件12振動(dòng)。與彎曲振動(dòng)模式形成對(duì)照，例如，在振動(dòng)構(gòu)件的縱向軸線遠(yuǎn)離其閑置位置平移和/或旋轉(zhuǎn)的情況下，在徑向振動(dòng)模式，振動(dòng)構(gòu)件的縱向軸線保持基本上不動(dòng)，而振動(dòng)構(gòu)件壁的至少一部分遠(yuǎn)離其閑置位置平移和/或旋轉(zhuǎn)。在直管道密度計(jì)中，例如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)密度計(jì)10中，優(yōu)選的是徑向振動(dòng)模式，因?yàn)閺较蛘駝?dòng)模式為自平衡的，且因而，振動(dòng)構(gòu)件的安裝特征并不像與某些其它振動(dòng)模式相比那樣關(guān)鍵。一種示例徑向振動(dòng)模式為三瓣徑向振動(dòng)模式。在圖3中示出了在三瓣徑向振動(dòng)模式期間，振動(dòng)構(gòu)件的壁形狀的變化的示例。如果振動(dòng)構(gòu)件12完全為圓形的、且具有完全均勻的壁厚，僅存在一個(gè)三瓣徑向振動(dòng)模式。但是，由于設(shè)計(jì)公差，這通常并不實(shí)用。因此，當(dāng)制造商試圖制造具有完全均勻壁厚的完全圓形的振動(dòng)構(gòu)件12時(shí)，較小缺陷導(dǎo)致以兩個(gè)彼此很接近的不同共振頻率振動(dòng)的兩個(gè)三瓣徑向振動(dòng)。具有低共振頻率的三瓣徑向振動(dòng)模式將如圖3中所示以與較薄壁部對(duì)準(zhǔn)的峰和谷來振動(dòng)，而較高頻率將以較厚壁部的峰和谷振動(dòng)。在兩種模式之間的頻率分隔通常很小且可能小于一赫茲。在兩個(gè)共振頻率如此接近的情況下，密度確定是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)椴僮髡邔⒊３２荒軈^(qū)分振動(dòng)頻率來確定哪種模式被驅(qū)動(dòng)振動(dòng)、以及因而不能確定正確的
山/又ο在某些現(xiàn)有技術(shù)密度計(jì)中，通過調(diào)諧所述徑向模式從而使得其在兩個(gè)三瓣徑向振動(dòng)模式之間、以及與諸如兩瓣模式或四瓣模式這樣的其它振動(dòng)模式具有至少一種最小頻率分隔來解決這個(gè)問題。雖然可根據(jù)多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，一種現(xiàn)有技術(shù)方案調(diào)諧方法是以軸向?qū)?zhǔn)的條帶來研磨振動(dòng)構(gòu)件壁從而使得振動(dòng)構(gòu)件在不同的周向區(qū)域中具有不同的厚度。這在圖1中示出，但在圖2中更詳細(xì)地示出。圖2示出了沿著圖1的線2-2所截取的振動(dòng)構(gòu)件12。圖2也示出具有參考角。在驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17定位成0°的情況下取得參考角。但是，角度僅作為示例示出，且可使用其它參考坐標(biāo)角。如圖所示,振動(dòng)構(gòu)件12包括繞管道的圓周變化的壁厚。例如,振動(dòng)構(gòu)件12可最初包括大約0.005英寸(0.125mm)的厚度。驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17在這些厚壁區(qū)域之一上居中。始于大約15°、且以大約30°間隔而繞振動(dòng)構(gòu)件12的圓周均勻地間隔開，振動(dòng)構(gòu)件12的壁的六個(gè)區(qū)域被研磨為大約0.004英寸(0.100mm)。通常，通過使用心軸來減小壁厚，心軸具有通過液壓而移動(dòng)到適當(dāng)位置的可移動(dòng)的區(qū)段。當(dāng)心軸被加壓時(shí)，可移動(dòng)的區(qū)段向外移動(dòng)所需的量以接觸所述振動(dòng)構(gòu)件12，且研磨較薄的區(qū)域。通過在各個(gè)圓周區(qū)域中研磨振動(dòng)構(gòu)件壁厚，使兩個(gè)三瓣徑向振動(dòng)模式的共振頻率彼此分隔開。在較薄區(qū)域之間的間距為大約30°的情況下，較高頻三瓣徑向模式將以大約15°與較低頻率三瓣徑向模式偏移。在一個(gè)示例中，較低頻三瓣振動(dòng)模式將以在較薄部分和較厚部分上居中的峰和谷振動(dòng)，而較高頻三瓣振動(dòng)徑向模式將具有在較薄區(qū)域與較厚區(qū)域之間半途的峰和谷。上文所提到的過程具有若干問題。液壓心軸處于其尺寸能力的極限。換言之，研磨為極其精確的，且常常接近或甚至超過液壓式操作的心軸的設(shè)計(jì)能力。另外，振動(dòng)構(gòu)件的壁厚的非破壞性測量極其困難。因此，可接受的產(chǎn)品良率/產(chǎn)量(product yield)較低，導(dǎo)致與調(diào)諧方法相關(guān)聯(lián)的有所增加的成本。此外，為了驅(qū)動(dòng)較低頻三瓣徑向振動(dòng)模式，驅(qū)動(dòng)器16需要與厚壁部相反定位。但是，在厚壁部分與薄壁部分之間的差異通常極小，在0.001英寸(0.025_)。因此，適當(dāng)放置是很困難的。另外，如在圖2中所示的那樣，使得薄壁部分中每一個(gè)的研磨彼此匹配也是極其困難的。因此，存在著用于改進(jìn)振動(dòng)密度計(jì)的方法和設(shè)備的需要。具體而言，存在著用于具有增加的振動(dòng)模式分隔而同時(shí)維持較高產(chǎn)品良率的振動(dòng)密度計(jì)的需要。本發(fā)明解決了這些和其它問題，且實(shí)現(xiàn)了在本領(lǐng)域中的進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例提供了包括用于振動(dòng)密度計(jì)的振動(dòng)構(gòu)件的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，振動(dòng)構(gòu)件包括，一個(gè)或多個(gè)孔口，孔口在振動(dòng)構(gòu)件中的大小和位置被確定為增加了在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與一個(gè)或多個(gè)不希望振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例提供了用于形成一種振動(dòng)密度計(jì)的方法。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，振動(dòng)密度計(jì)包括振動(dòng)構(gòu)件，振動(dòng)構(gòu)件適于以一個(gè)或多個(gè)共振頻率振動(dòng)。該方法包括以下步驟:在振動(dòng)構(gòu)件中形成一個(gè)或多個(gè)孔口以增加在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與至少一種第二不希望振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。方面
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種設(shè)備包括:
用于振動(dòng)密度計(jì)的振動(dòng)構(gòu)件，包括一個(gè)或多個(gè)孔口，孔口在振動(dòng)構(gòu)件中的大小和位置被確定為增加了在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括:外殼，其中振動(dòng)構(gòu)件至少部分地位于外殼內(nèi)。優(yōu)選地，振動(dòng)構(gòu)件還包括:懸臂安裝到外殼上的第一端，從而使得與第一端相反的
第二端自由振動(dòng)。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)孔口延伸到振動(dòng)構(gòu)件的第二端。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)孔口形成于第二端附近，但并不延伸穿過第二端。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器。優(yōu)選地，所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式包括第一三瓣徑向振動(dòng)模式，且一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式包括第二三瓣徑向振動(dòng)模式。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于形成包括振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)密度計(jì)的方法，振動(dòng)構(gòu)件適于在一個(gè)或多個(gè)共振頻率進(jìn)行振動(dòng)，包括以下步驟:
在振動(dòng)構(gòu)件中形成一個(gè)或多個(gè)孔口以增加在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與至少一種第二不希望的振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟:
使振動(dòng)構(gòu)件以所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式和至少一種第二不希望的振動(dòng)模式振動(dòng)；以及 確定在振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與所述至少第二不希望的振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。優(yōu)選地，所述一個(gè)或多個(gè)孔口包括了所具有大小比所希望大小更小的初步孔口，且其中在振動(dòng)構(gòu)件中形成一個(gè)或多個(gè)孔口的步驟之后，該方法還包括以下步驟:
使振動(dòng)構(gòu)件以所需的驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)；
確定所需的驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率；以及
基于在孔口大小與頻率之間的相互關(guān)系來確定所需的孔口大小。優(yōu)選地，該方法還包括步驟:將振動(dòng)構(gòu)件的第一端聯(lián)接到外殼，從而使得振動(dòng)構(gòu)件的至少一部分位于外殼內(nèi)。優(yōu)選地，將振動(dòng)構(gòu)件的第一端聯(lián)接到外殼的步驟包括對(duì)第一端進(jìn)行懸臂安裝到外殼，從而使得與第一端相反的振動(dòng)構(gòu)件的第二端自由振動(dòng)。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)孔口形成于第二端附近，但并不延伸穿過第二端。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)孔口延伸穿過振動(dòng)構(gòu)件的第二端。優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟:將驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器靠近振動(dòng)構(gòu)件定位，以感應(yīng)且感測在振動(dòng)構(gòu)件中的振動(dòng)。優(yōu)選地，所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式包括第一三瓣徑向振動(dòng)模式，且一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式包括第二三瓣徑向振動(dòng)模式。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)密度計(jì)。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)構(gòu)件。圖3示出了三瓣徑向振動(dòng)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的振動(dòng)密度計(jì)。圖5示出了孔口深度與頻率之間關(guān)系的曲線圖。圖6示出了孔口寬度與頻率之間關(guān)系的曲線圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的振動(dòng)密度計(jì)。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例用于形成振動(dòng)密度計(jì)所用的振動(dòng)構(gòu)件的過程。
具體實(shí)施例方式圖4至圖8和下文的描述描繪了具體實(shí)例以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何來做出和使用本發(fā)明的最佳方式。出于教導(dǎo)本發(fā)明原理的目的，已簡化或省略了某些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的這些實(shí)例的變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到下文所述的特征可以用各種方式組合以形成本發(fā)明的多種變型。因此，本發(fā)明并不限于下文所述的具體實(shí)例，而是本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其等效物限制。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的振動(dòng)密度計(jì)400。振動(dòng)密度計(jì)400可被配置成用以確定流體，諸如氣體、液體、具備夾帶氣體的液體、具有懸浮微粒的液體、或其組合的密度。由于粘滯減振，振動(dòng)密度計(jì)400通常用來測量氣體密度而不是液體密度。根據(jù)圖示實(shí)施例，振動(dòng)密度計(jì)400包括外殼401和至少部分地位于外殼401內(nèi)的振動(dòng)構(gòu)件402。振動(dòng)構(gòu)件402被圖示為包括圓柱形管；然而，振動(dòng)構(gòu)件402可包括其它配置，諸如矩形管道。振動(dòng)構(gòu)件402被圖示為懸臂安裝，且振動(dòng)構(gòu)件402在第一端403處聯(lián)接到外殼401、且第二端404在外殼401內(nèi)自由振動(dòng)。在一些實(shí)施例中，振動(dòng)構(gòu)件402的第一端403的一部分可延伸超過外殼401。這可允許振動(dòng)構(gòu)件402以不透流體的方式聯(lián)接到管線或其它流體輸送系統(tǒng)。備選地，在圖示實(shí)施例中，外殼401可包括凸緣(未圖示)或類似物以做出不透流體的聯(lián)接。而且，在一些實(shí)施例中，外殼401在靠近第二端404處可被密封/封閉以保持被測試的樣品流體在外殼401內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，被測試的樣品流體可在第一端403處進(jìn)入振動(dòng)密度計(jì)400。例如，被測試的流體可經(jīng)由流體孔口 405流入到振動(dòng)構(gòu)件402內(nèi)部，或沿著振動(dòng)構(gòu)件402的外部流動(dòng)。備選地，被測試的樣品流體可通過在外殼401中所形成的一個(gè)或多個(gè)任選的流體孔口 406而進(jìn)入到振動(dòng)密度計(jì)400。雖然示出了一個(gè)流體孔口406，外殼401可包括多于一個(gè)流體孔口 406，或者可不包括任何流體孔口 406。這種流體孔口可允許外殼401的第一端和第二端都以不透流體的方式被密封/封閉。在另一替代實(shí)施例中，流體可在第二端404處進(jìn)入振動(dòng)密度計(jì)400。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，振動(dòng)密度計(jì)400可包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器407。驅(qū)動(dòng)器407可適于以一種或多種振動(dòng)模式來使該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)。雖然驅(qū)動(dòng)器407被示出更靠近第一端403定位，應(yīng)意識(shí)到驅(qū)動(dòng)器407可位于沿著振動(dòng)構(gòu)件402的任何所需的點(diǎn)處。而且，雖然驅(qū)動(dòng)器407被示出在位于振動(dòng)構(gòu)件402內(nèi)的中央塔450內(nèi)，在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器407例如被定位于外殼401與振動(dòng)構(gòu)件402之間。在圖示實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器407包括線圈。線圈可從計(jì)量電子裝置20在路徑110上接收呈驅(qū)動(dòng)信號(hào)形式的電信號(hào)來以所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式使得該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，振動(dòng)密度計(jì)400還可包括振動(dòng)傳感器408。雖然振動(dòng)傳感器408被示出與驅(qū)動(dòng)器407同軸地對(duì)準(zhǔn)，在其它實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器408可在其它位置聯(lián)接到振動(dòng)構(gòu)件402。振動(dòng)傳感器408可經(jīng)由路徑111向計(jì)量電子裝置20傳輸信號(hào)。計(jì)量電子裝置20可處理由振動(dòng)傳感器408所接收的信號(hào)以確定振動(dòng)構(gòu)件402的共振頻率。如果存在著被測試的流體，振動(dòng)構(gòu)件402的共振頻率將與流體密度成反比變化，如本領(lǐng)域中已知的那樣?？衫缭诔跏夹?zhǔn)期間確定該比例變化。在圖示實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器408還包括線圈。振動(dòng)傳感器408類似于驅(qū)動(dòng)器407 ;但是，盡管驅(qū)動(dòng)器407接收電流以在振動(dòng)構(gòu)件402中引起振動(dòng)，振動(dòng)傳感器408使用由驅(qū)動(dòng)器407所造成的振動(dòng)構(gòu)件402的運(yùn)動(dòng)來感應(yīng)電壓。線圈驅(qū)動(dòng)器和傳感器為本領(lǐng)域中熟知的，且為了說明的簡要/簡潔性起見，省略了對(duì)它們的操作的進(jìn)一步討論。而且，應(yīng)意識(shí)到，驅(qū)動(dòng)器407和振動(dòng)傳感器408并不限于線圈，而是可包括多種其它熟知的振動(dòng)部件，諸如壓電傳感器為例。因此，本發(fā)明絕不應(yīng)限于線圈。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于認(rèn)識(shí)到驅(qū)動(dòng)器407和傳感器408的特定位置是可改變的，而同時(shí)仍保留于本發(fā)明的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，振動(dòng)構(gòu)件402還包括一個(gè)或多個(gè)孔口 420。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，孔口 420基本上完全延伸穿過振動(dòng)構(gòu)件402的壁。這與現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)構(gòu)件12中存在的減小厚度的區(qū)域形成對(duì)照。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口 420可使用激光切割程序而形成，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于認(rèn)識(shí)到其它方法可用于形成孔口 420，且所用的特定方法絕不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在圖示實(shí)施例中，孔口 420形成于振動(dòng)構(gòu)件402的第二端404中。但應(yīng)意識(shí)到在其它實(shí)施例中，孔口 420可形成于第二端404附近，但可不一直延伸到第二端404(例如，參看圖7)。圖7中所示的孔口 420被形成于第二端404附近，但并不一直延伸到第二端404且因而，第二端404繞振動(dòng)構(gòu)件402的圓周基本上為連續(xù)的。
返回圖4，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口 420被形成為分隔所述振動(dòng)構(gòu)件402的所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)頻率。例如，如關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)密度計(jì)10所提到的那樣，一種希望的振動(dòng)模式為三瓣徑向振動(dòng)模式。更特別地，所需的振動(dòng)模式的共振頻率為較低頻三瓣徑向振動(dòng)模式。因此，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，提供了孔口 420以分隔兩個(gè)三瓣徑向振動(dòng)模式共振頻率。然而，應(yīng)意識(shí)到在其它實(shí)施例中，所需的振動(dòng)頻率可不包括較低頻三瓣徑向振動(dòng)模式，且因此，本發(fā)明不應(yīng)限于此特定振動(dòng)模式。但是，在本申請(qǐng)中作為一個(gè)特定示例使用了三瓣徑向振動(dòng)頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于認(rèn)識(shí)到如何來修改本申請(qǐng)以便分隔其它所需的振動(dòng)模式的共振頻率。另外，孔口 420也可分隔所需的驅(qū)動(dòng)模式頻率與其它振動(dòng)模式，諸如彎曲模式，而不僅是較高頻三瓣徑向振動(dòng)模式。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，振動(dòng)構(gòu)件402包括六個(gè)孔口 420。在一個(gè)實(shí)施例中，孔口 420圍繞振動(dòng)構(gòu)件402的圓周在中心以每60°隔開。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，六個(gè)孔口 420繞振動(dòng)構(gòu)件402的圓周而基本上均勻地間隔開。例如，參看圖2中所描繪的角，孔口420可被形成為始于15°處、且每60°間隔開，其中驅(qū)動(dòng)器407和/或振動(dòng)傳感器408與0°相反地靠近振動(dòng)構(gòu)件402而被定位。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口 420的大小和位置被確定為以便使得增加在所需的驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)頻率與至少一種第二振動(dòng)頻率之間的頻率分隔。如上文所討論的那樣，作為一個(gè)示例，孔口 420的大小和位置被確定為以便使得增加了在較低頻三瓣徑向模式與較高頻三瓣徑向模式之間的頻率分隔。有利地，可使振動(dòng)構(gòu)件402的壁厚基本上均勻(或者盡可能如制造公差將會(huì)允許的那樣接近)且孔口 420可替換如在現(xiàn)有技術(shù)圓筒12中所看到的減小厚度的軸向條帶。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口 420基本上為矩形。因此，在圖示實(shí)施例中，孔口420包括深度D和寬度W?？卓?420還包括一定高度，但該高度簡單地取決于振動(dòng)構(gòu)件壁的厚度。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口的深度D基本上平行于振動(dòng)構(gòu)件402的縱向軸線L延伸。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口 420的寬度W基本上沿著振動(dòng)構(gòu)件402的圓周延伸。雖然可使用其它方位，在本申請(qǐng)中所用的方位將有助于理解如何來形成一個(gè)或多個(gè)孔口 420以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的所需的頻率分隔。如下文所解釋的那樣，當(dāng)形成孔口深度和孔口寬度時(shí)，常常存在著在頻率分隔與計(jì)量儀表靈敏度之間的權(quán)衡。隨著深度增加，振動(dòng)構(gòu)件402的共振頻率減小，且在兩個(gè)三瓣徑向振動(dòng)頻率之間的分隔有所增加。但是，隨著深度增加，振動(dòng)構(gòu)件402的表面積減小。這種表面積減小導(dǎo)致振動(dòng)密度計(jì)的靈敏度降低，因?yàn)楦俚谋粶y試的流體可接觸所述振動(dòng)構(gòu)件402的表面。同樣，隨著寬度增加，頻率最初減小且一旦寬度到達(dá)閾值寬度，則頻率增加。這在下文中結(jié)合關(guān)于圖6的描述而詳細(xì)地解釋。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的孔口深度與頻率之間關(guān)系的曲線圖。使用大約
0.03英寸(0.75mm)的孔口寬度生成圖5中所示的曲線圖。在圖5和圖6 二者中，fI為較低三瓣徑向振動(dòng)頻率(在此示例中所需的驅(qū)動(dòng)模式)且f2為較高三瓣徑向振動(dòng)頻率。但是，可使用其它孔口寬度來生成類似的曲線圖。而且，應(yīng)意識(shí)到，在曲線圖上所提供的特定值將取決于多種變量，包括(但不限于)圓筒402的圓周半徑、長度、厚度、材料等。因此，所描繪的特定值決不應(yīng)以任何方式限制本發(fā)明的范圍。如在圖5中可看出，隨著孔口深度增加，在較低三瓣徑向振動(dòng)頻率與較高三瓣徑向振動(dòng)頻率之間的分隔增加。因此，可設(shè)置深度從而使得實(shí)現(xiàn)了所需的頻率分隔。替代地，可設(shè)置深度，從而使得，例如，較低三瓣徑向振動(dòng)頻率處于所需的標(biāo)稱振動(dòng)驅(qū)動(dòng)頻率。在此情況下，標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)頻率被設(shè)置為大約1950Hz。這種所需的驅(qū)動(dòng)頻率導(dǎo)致大約0.14英寸的孔口深度(3.6mm)。利用這種孔口深度，兩種模式以大約65Hz分隔。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的孔口寬度與頻率之間關(guān)系的曲線圖。如可了解的，圖6的曲線圖可以按類似于圖5的曲線圖的方式使用來確定所需的孔口寬度。使用大約0.14英寸(3.6_)的孔口深度生成圖6的曲線圖；但是，使用不同的孔口深度生成類似的曲線圖。如可以看出的，在兩個(gè)三瓣徑向振動(dòng)模式之間的頻率分隔減小、直到大約0.03英寸(0.75mm)，在這點(diǎn)處，隨著較低頻徑向模式增加，則頻率分隔減小。這種頻率分隔的減小是由于以下事實(shí):最初，加寬所述孔口 420減小了在較低頻三瓣徑向模式的最大彎曲的位置處的剛度。但是，孔口 420的位置也靠近最大振動(dòng)振幅的點(diǎn)。因此，最終，加寬所述孔口 420具有減小振動(dòng)質(zhì)量的效果，由此增加了振動(dòng)頻率。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，可選擇孔口寬度以使得在較高三瓣徑向振動(dòng)頻率與較低三瓣徑向振動(dòng)頻率之間的分隔最大。如上文所提到的那樣，圖5和圖6中所示的圖表只是在孔口 420的深度和寬度與頻率之間可生成的可能相互關(guān)系的示例?？衫缫圆檎冶砘蚍匠淌降男问絹韮?chǔ)存其它相互關(guān)系。因此，如果已知了所需的驅(qū)動(dòng)頻率，則可基于先前所得到的相互關(guān)系來確定孔口 420的相關(guān)的深度和寬度。由于多種原因，這可以是有利的。一個(gè)原因在于，與現(xiàn)有技術(shù)方案相t匕，可接受的制造良率顯著地增加。在現(xiàn)有技術(shù)方案中，可不對(duì)振動(dòng)構(gòu)件12進(jìn)行測試直到已經(jīng)減小了壁厚。相比而言，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可在振動(dòng)構(gòu)件402中形成初步孔口。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，初步孔口可小于孔口 420的預(yù)期最終大小。因此，在振動(dòng)構(gòu)件402中形成初步孔口的情況下，當(dāng)振動(dòng)構(gòu)件402在孔口切割工具內(nèi)(未圖示)時(shí)，可在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式與不希望的振動(dòng)模式中將振動(dòng)構(gòu)件402驅(qū)動(dòng)到共振頻率。在確定了共振頻率和與一個(gè)或多個(gè)不希望的模式的頻率分隔的情況下，可通過將先前確定的相互關(guān)系外推到所需的頻率或頻率分隔來確定最終孔口深度和寬度。因此，可更準(zhǔn)確地確定最終所需的孔口大小。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例用于形成所述振動(dòng)構(gòu)件402的過程800。過程800始于步驟801，其中，在振動(dòng)構(gòu)件402中形成一個(gè)或多個(gè)孔口 420。可例如使用激光切割程序來形成孔口 420。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，孔口 420被形成于振動(dòng)構(gòu)件402的第二端404附近?？卓?420可一直延伸到第二端404，但并非必須要一直延伸到第二端。在形成了一個(gè)或多個(gè)孔口的情況下，該過程800判斷出所述孔口 420是否包括初步孔口或最終孔口。初步孔口為被形成為小于預(yù)期最終大小的孔口。如果孔口 420并不包括初步孔口且因此包括最終孔口大小，該過程800進(jìn)行到步驟802，其中確定在所需的驅(qū)動(dòng)模式與至少第二振動(dòng)模式之間的頻率分隔。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，為了確定頻率分隔，以所需的驅(qū)動(dòng)模式來使該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)。可測量所需的驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率。驅(qū)動(dòng)器407與振動(dòng)傳感器408然后可重新定位于介于孔口 420與第二端404的一部分的中心之間的半途。在一個(gè)實(shí)施例中，重新定位將會(huì)為大約15°。在重新定位所述驅(qū)動(dòng)器407和振動(dòng)傳感器408的情況下，可以用至少第二振動(dòng)模式來使該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)。例如，在驅(qū)動(dòng)器407和振動(dòng)傳感器408旋轉(zhuǎn)大約15°的情況下，計(jì)量電子裝置20可以用較高頻三瓣徑向振動(dòng)模式來使該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)?？纱_定不希望的振動(dòng)模式的共振頻率以判斷所述頻率分隔是否已達(dá)到閾值水平，閾值水平可基于所需的頻率分隔而被預(yù)定。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，如果在步驟801中所形成的孔口包括初步孔口(并非預(yù)期孔口的完全大小的孔口)，則過程進(jìn)行到步驟803，其中以所需的模式使該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)。在振動(dòng)構(gòu)件402以所需的模式振動(dòng)的情況下，在步驟804中確定了該振動(dòng)模式的共振頻率。在步驟805，基于初步孔口、振動(dòng)模式的共振頻率、和先前所確定的在孔口大小與頻率之間的相互關(guān)系，來確定所需的孔口大小。先如所確定的相互關(guān)系可呈例如圖5和圖6中所示的圖表、查找表、方程式等形式。例如，如果初步孔口的大小為大約0.03英寸(0.75mm)寬且具有大約0.12英寸(3mm)的深度，根據(jù)圖5中所示的相互關(guān)系，如果所需的驅(qū)動(dòng)頻率為1950Hz，孔口的深度應(yīng)增加額外0.02英寸(0.6mm)。即使若具有初步孔口的振動(dòng)構(gòu)件402的所測量的頻率并不確切地對(duì)應(yīng)于該相互關(guān)系，可基于所測量的頻率來外推該相互關(guān)系。例如，如果基于先前所生成的相互關(guān)系，則所測量的頻率接近于預(yù)期頻率，例如圖5中所示的線的斜率可用于確定所需的驅(qū)動(dòng)頻率的所需的孔口深度。在步驟806，將孔口 420形成為如步驟805中所確定的所需的深度和寬度。在步驟807，以與上面的步驟802中所概述的步驟類似的方式來確定了頻率分隔。本發(fā)明提供一種用于振動(dòng)密度計(jì)400的振動(dòng)構(gòu)件402，其具有在所需的驅(qū)動(dòng)模式頻率與一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式頻率之間的頻率分隔的增加。與用以分隔所述振動(dòng)構(gòu)件402的振動(dòng)頻率的現(xiàn)有技術(shù)方案形成對(duì)照，現(xiàn)有技術(shù)方案導(dǎo)致難以制造零件和較低的可接受的生產(chǎn)良率，本發(fā)明在振動(dòng)構(gòu)件402的自由端附近形成了一個(gè)或多個(gè)孔口 420。一個(gè)或多個(gè)孔口 420提供了在哪里放置所述驅(qū)動(dòng)器407和振動(dòng)傳感器408以便以所需的振動(dòng)模式來使該振動(dòng)構(gòu)件402振動(dòng)的清楚指示。而且，孔口 420允許在完成所述孔口 420之前測試所述振動(dòng)構(gòu)件402的振動(dòng)特征。這可增加可接受的生產(chǎn)良率。上述實(shí)施例的詳細(xì)描述并非是由本發(fā)明者所構(gòu)想到的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實(shí)施例的詳盡描述。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到上述實(shí)施例的某些元件可不同地組合或者被排除以形成另外的實(shí)施例，且這些另外的實(shí)施例屬于本發(fā)明的教導(dǎo)和范圍內(nèi)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)顯而易見的是，上述實(shí)施例可全部或部分地組合以形成在本發(fā)明的教導(dǎo)和范圍內(nèi)的額外實(shí)施例。因而，盡管出于說明目的描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例和示例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種等效修改是可能的，如相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的那樣。本文所提供的教導(dǎo)內(nèi)容可適用于其它振動(dòng)密度計(jì)，且并不僅限于上文所述且附圖中所示的實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)由下列權(quán)利要求所確定。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括: 用于振動(dòng)密度計(jì)(400)的振動(dòng)構(gòu)件(402)，包括一個(gè)或多個(gè)孔口(420)，所述孔口(420)在所述振動(dòng)構(gòu)件(402)中的大小和位置確定為增加了在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其還包括:外殼(401)，其中所述振動(dòng)構(gòu)件(402)至少部分地位于所述外殼(401)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述振動(dòng)構(gòu)件(402)還包括懸臂安裝到所述外殼(401)上的第一端(403)，從而使得與所述第一端(403)相反的第二端(404)自由振動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述一個(gè)或多個(gè)孔口(420)延伸到所述振動(dòng)構(gòu)件(402)的第二端(404)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)孔口(420)形成于所述第二端(404)附近，但并不延伸穿過所述第二端(404)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括:驅(qū)動(dòng)器(407)和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器(408)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式包括第一三瓣徑向振動(dòng)模式，且所述一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式中的一種不需要的振動(dòng)模式包括第二三瓣徑向振動(dòng)模式。
8.一種用于形成包括振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)密度計(jì)的方法，所述振動(dòng)構(gòu)件適于以一個(gè)或多個(gè)共振頻率振動(dòng)，包括以下步驟: 在所述振動(dòng)構(gòu)件中形成一個(gè)或多個(gè)孔口以增加在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與至少一種第二不希望的振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟: 使所述振動(dòng)構(gòu)件以所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式和至少第二不希望的振動(dòng)模式振動(dòng)；以及確定在所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與所述至少第二不希望的振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)孔口包括初步孔口，初步孔口所具有的大小比所希望大小更小，且其中在所述振動(dòng)構(gòu)件中形成一個(gè)或多個(gè)孔口的步驟之后，所述方法還包括以下步驟: 使所述振動(dòng)構(gòu)件以所需的驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)； 確定所需的驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率；以及 基于在所述孔口大小與頻率之間的相互關(guān)系來確定所需的孔口大小。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其還包括以下步驟:將所述振動(dòng)構(gòu)件的第一端聯(lián)接到外殼，從而使得所述振動(dòng)構(gòu)件的至少一部分位于所述外殼內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，將所述振動(dòng)構(gòu)件的所述第一端聯(lián)接到所述外殼的步驟包括將所述第一端懸臂安 裝到所述外殼，從而使得與所述第一端相反的所述振動(dòng)構(gòu)件的第二端自由振動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)孔口形成于所述第二端附近，但并不延伸穿過所述第二端。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)孔口延伸穿過所述振動(dòng)構(gòu)件的第二端。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟:將驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器靠近所述振動(dòng)構(gòu)件而定位，以感應(yīng)且感測在所述 振動(dòng)構(gòu)件中的振動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所需的驅(qū)動(dòng)模式包括第一三瓣徑向振動(dòng)模式，且所述一個(gè)或多個(gè)不希望的振動(dòng)模式中的一種不希望的振動(dòng)模式包括第二三瓣徑向振動(dòng)模式。
全文摘要
提供一種包括振動(dòng)構(gòu)件(402)的設(shè)備。振動(dòng)構(gòu)件(402)用于振動(dòng)密度計(jì)(400)。振動(dòng)構(gòu)件(402)包括一個(gè)或多個(gè)孔口(420)。一個(gè)或多個(gè)孔口(420)在振動(dòng)構(gòu)件(402)中的大小和位置被確定為增加在所需的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的共振頻率與一個(gè)或多個(gè)不希望振動(dòng)模式的共振頻率之間的頻率分隔。
文檔編號(hào)G01N9/00GK103189733SQ201080068898
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者C.B.范克利夫, G.麥克唐納 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司