專利名稱：采用有一個柔性傳感部件的單個轉(zhuǎn)子的科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計，尤其涉及一種采用一個轉(zhuǎn)子作為相位測量部件的科里奧利效應(yīng)流量計。
問題人們已經(jīng)知道采用科里奧利效應(yīng)振動管質(zhì)量流量計來測量流過一個管子的物質(zhì)的質(zhì)量流量和其它信息。這種流量計公開于屬于J.E.史密斯等人的美國專利，即No.4109524(1978.8.29)，No.4491025(1985.1.1)和No.Re.31450(1982.2.11)。這些流量計具有一個或多個直的或彎曲形狀的流量管。每個流量管的形狀具有一組自然振動模式，它們可以是一個簡單的彎曲的、扭曲的或者聯(lián)接的類型。每個流量管都被驅(qū)動而圍繞一個中樞點在這些自然模式中的其中一個的共振(頻率)下振蕩。物質(zhì)從一個連接在流量計的進口側(cè)上的管道流進流量計，被引導(dǎo)而流過流量管然后從流量計的出口側(cè)流出。
充填了物質(zhì)的振動系統(tǒng)的自然振動模式部分地由流量管和在流量管中流動的物質(zhì)的復(fù)合質(zhì)量限定。當(dāng)沒有物質(zhì)在流量計中流動時，沿著流量管的所有的點由于一個施加的驅(qū)動力而以相同的相位振動。當(dāng)物質(zhì)開始流動時，科里奧利加速度使沿著流量管的每個點具有一個不同的相位。在流量管的進口側(cè)上的相位滯后于驅(qū)動力，而在出口側(cè)上的相位超前于驅(qū)動力。流量管上設(shè)置了傳感器，用于產(chǎn)生代表流量管運動的正弦輸出信號。在兩個傳感器信號之間的相位差正比于通過流量管的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
在這種測量中的一個復(fù)雜的因素是典型的處理物質(zhì)的密度是變化的。這使得自然模式的頻率也變化。由于流量計的控制系統(tǒng)保持共振，因此振動頻率響應(yīng)密度的變化而變化。在這種情況下的質(zhì)量流率正比于相位差和振動頻率的比值。上述美國專利No.Re.31450公開了一種科里奧利流量計，它不必既測量相位差又測量振動頻率。相位滯后和振動頻率的商通過測量流量計的兩個正弦輸出信號的水平交叉點之間的時間滯后來確定。當(dāng)采用這個方法時，則消除了振動頻率的變化，從而質(zhì)量流率正比于所測量的時間滯后。這種測量方法在以后稱為時間滯后測量或Δt測量。
涉及在科里奧利質(zhì)量流量計中流動的物質(zhì)的特性的信息必須以很高的精度進行推導(dǎo)，因為常常要求推導(dǎo)的流率信息具有至少讀數(shù)的0.15％的精確度。這些流量計的輸出信號是正弦的，并且在時間上或相位上位移一個由物質(zhì)流過的流量計產(chǎn)生的科里奧利力確定的數(shù)量。接受這些傳感器輸出信號的信號處理電路精確地測量這個時間差，并產(chǎn)生出到達所要求的至少讀數(shù)的0.15％的精確度的流動處理物質(zhì)的希望的特征。
一個振動管科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計的工作是基于在物質(zhì)傳導(dǎo)部件如管道或管子圍繞一個垂直于管子軸線的軸線旋轉(zhuǎn)是所產(chǎn)生的科里奧利力。科里奧利流量管一般不是連續(xù)地在相同的方向上旋轉(zhuǎn)，因為這將需要一個旋轉(zhuǎn)的密封件，而密封阻力會將誤差引入科里奧利測量中。相反地，流量管是被轉(zhuǎn)動的，從而它們圍繞一個中樞點沿一個方向旋轉(zhuǎn)一個短的距離，然后沿相反的方向進行一個相應(yīng)的運動?？评飱W利力不是直接測量的，而是通過測量流量管的合成變形測量的。
振動流量管設(shè)計的一個基本問題是，物質(zhì)保持部件即流量管也是一個傳感部件，它會響應(yīng)于所產(chǎn)生的科里奧利力而變形。物質(zhì)保持功能要求流量管是剛性的，并且堅固地足以承受物質(zhì)的壓力?？评飱W利力傳感功能要求流量管是薄的，可彎曲的并且可以響應(yīng)于科里奧利力而大大地變形。為小直徑管道設(shè)計的流量計通過使流量管具有足夠承受物質(zhì)的壓力的厚度的壁和使流量管足夠長以致于不管其厚壁而仍然可以彎曲則可以滿足上述兩個標準。這種設(shè)計方法不適用于大管道上采用的流量計，因為所需的流量管長度將使得流量計很大而極度昂貴。
流量管的雙重功能的另一個問題是，物質(zhì)的壓力會使管子趨于變硬，一個硬的管子對科里奧利力是不太敏感的。因此，儀器的敏感性被增大的物質(zhì)壓力降低了。
人們知道用旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量流量計解決振動的科里奧利流量管計的問題。旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量流量計的兩種基本的類型是角動量計和旋轉(zhuǎn)科里奧利計。它們的區(qū)別是，角動量計改變在流量計流動通道內(nèi)的一個不變的徑向位置處的物質(zhì)角速度，而旋轉(zhuǎn)科里奧利計以一個不變的角速度改變流動通道內(nèi)的物質(zhì)的位置。兩種類型都是通過將物質(zhì)保持功能和流動傳感功能分離成兩個單獨的部件來解決振動管流量計的上述問題。
角動量流量計通常由兩個具有不同葉片角的葉輪(轉(zhuǎn)子)組成。葉輪設(shè)置在一個管道中，并且一個葉輪位于另一個葉輪的上游。兩個葉輪由一個扭力彈簧聯(lián)結(jié)起來，扭力彈簧可以在它們之間產(chǎn)生一個角位移。該角位移代表一個相位位移，該相位位移正比于物質(zhì)的角動量的變化并且被用于確定質(zhì)量流率。
角動量質(zhì)量流量計在以下的文獻中示出美國專利2943487美國專利3232110美國專利3877304美國專利3958447美國專利4012957美國專利4438648英國專利1069466歐洲專利0485684B1PCT文獻WO 94/21990由M.P.威爾森所著的質(zhì)量流量計綜述，第63-68頁測量儀器技術(shù)，1971年9月。
角動量流量計具有兩個基本問題。第一是它們對進入流量計管的物質(zhì)的速度分布的敏感性。這個敏感性是存在的，因為這些流量計的被測量的量即扭矩是力和徑向距離的乘積。流動到管道中心的物質(zhì)由于小的半徑而產(chǎn)生比在管道的周面附近的相同流動較小的扭矩作用在葉輪傳感器上。由于物質(zhì)的粘滯性的作用，這種流量計是不精確的。作用在葉輪和管壁上的粘滯曳力改變了物質(zhì)的合角動量，速度分布和葉輪之間的扭矩。
人們也知道采用科里奧利型旋轉(zhuǎn)質(zhì)量流量計來解決速度分布問題。這種流量計利用科里奧利力代替流動物質(zhì)的角動量來測量質(zhì)量流量。這些轉(zhuǎn)動的科里奧利流量計在徑向移動物質(zhì)時保持不變的物質(zhì)角速度。這些流量計也采用電機驅(qū)動的具有物質(zhì)流過的徑向孔的轉(zhuǎn)子。在一個固定的旋轉(zhuǎn)速度下，電機使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩理想地正比于通過徑向孔的的質(zhì)量流率。因此轉(zhuǎn)子扭矩正比于質(zhì)量流率和轉(zhuǎn)速。不幸的是，由于密封件、軸承和粘滯性造成的阻力也加到轉(zhuǎn)子扭矩中，從而引入測量誤差。采用電機也造成流量計在許多應(yīng)用中不能是真正安全的?？评飱W利旋轉(zhuǎn)質(zhì)量流量計公開于上述威爾森的文獻中和題為“質(zhì)量流率流量計測量產(chǎn)品工程中的氣體，液體或固體”的文獻中(1953年9月，第211頁)。
解決問題的方案上述美國專利申請NO.08/404340通過設(shè)置一個相位測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)動科里奧利流量計的問題，該相位測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有一個外轉(zhuǎn)子，一個與外轉(zhuǎn)子同軸的內(nèi)(科里奧利)轉(zhuǎn)子和一個連接兩個轉(zhuǎn)子的可彎曲扭力棒軸。從流量計中流過的物質(zhì)的質(zhì)量流率是通過測量外轉(zhuǎn)子和同軸科里奧利轉(zhuǎn)子之間的旋轉(zhuǎn)位移來確定的。兩個轉(zhuǎn)子安裝在一個密封的具有一個物質(zhì)進口和一個物質(zhì)出口的保持殼內(nèi)。外轉(zhuǎn)子有一個掏空的凹槽，科里奧利轉(zhuǎn)子安裝在該凹槽中。一個固定在外轉(zhuǎn)子上的蓋板包圍住科里奧利轉(zhuǎn)子。通過對齊的孔(流動通道)流入轉(zhuǎn)子中的物質(zhì)使轉(zhuǎn)子圍繞它們的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，并且將一個與物質(zhì)的質(zhì)量流率成正比的扭矩施加到轉(zhuǎn)子上。在本發(fā)明的一些實施例中，外轉(zhuǎn)子除了受到一個驅(qū)動扭矩外還受到粘滯性的，軸承的和密封件的阻力扭矩的作用。由于科里奧利轉(zhuǎn)子以與包圍它的外轉(zhuǎn)子相同的速度旋轉(zhuǎn)，科里奧利轉(zhuǎn)子沒有承受這些阻力扭矩的作用。它只承受科里奧利扭矩?？评飱W利轉(zhuǎn)子圍繞旋轉(zhuǎn)軸相對于外轉(zhuǎn)子圍繞其軸線的總的(合成)角偏移正比于流動物質(zhì)的質(zhì)量流率。
科里奧利轉(zhuǎn)子的中心也被掏空，使之可以安裝一個流體剪切力隔離器，它連接在轉(zhuǎn)子蓋上并且以相同的速旋轉(zhuǎn)。剪切力隔離器保證科里奧利轉(zhuǎn)子不會經(jīng)受在中央進口/出口中的物質(zhì)的粘滯性或角動量引起的力?？评飱W利轉(zhuǎn)子的所有的側(cè)面都有間隙，從而它能相對于外轉(zhuǎn)子自由地同軸旋轉(zhuǎn)，直到它受到它的扭力棒軸所限制的程度。校準的液體流動通道成形于外轉(zhuǎn)子，科里奧利轉(zhuǎn)子和物質(zhì)剪切力隔離器中。在蓋板的流體進口/出口中，這些通道匯集成一個孔，物質(zhì)通過該孔進入或流出流量計。
美國申請NO.08/404340的雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過測量科里奧利轉(zhuǎn)子圍繞一個與兩個轉(zhuǎn)子同軸的公共軸線相對于外轉(zhuǎn)子的角偏移推導(dǎo)出質(zhì)量流率信息。其中公開的第一個可能的實施例是經(jīng)一個與流量計殼的內(nèi)表面相切的進口接收物質(zhì)并且引導(dǎo)物質(zhì)通過外轉(zhuǎn)子和科里奧利轉(zhuǎn)子中的對準的徑向通道?？评飱W利轉(zhuǎn)子中的通道將物質(zhì)輸送到流體剪切力隔離器中的相配的對準的通道，流體剪切力隔離器和外轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)并且將來自科里奧利轉(zhuǎn)子的通道的物質(zhì)從徑向流動轉(zhuǎn)換成一種軸向流動，這種軸向流動被施加到流量計的物質(zhì)出口。流體剪切力隔離器將科里奧利轉(zhuǎn)子與以下情況下產(chǎn)生的力隔開，即物質(zhì)是由科里奧利轉(zhuǎn)子的通道直接施加到流量計的物質(zhì)出口以便軸向輸送到其上連接流量計的管道中時科里奧利轉(zhuǎn)子要承受的力。
在美國申請NO.08/404340中公開的另一個實施例包括一個具有同軸雙同心轉(zhuǎn)子和物質(zhì)進口和出口的在線流量計。每個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線與物質(zhì)進口，出口和一用于接收來自進口的軸向物質(zhì)流的流動轉(zhuǎn)向器同軸。被接收的物質(zhì)流被切向地施加到外轉(zhuǎn)子和其中的孔的周面上。
在美國申請NO.08/404340的所有實施例中，傳感線圈和磁鐵提供了指示科里奧利轉(zhuǎn)子相對于外轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位移的輸出信息。第一組磁鐵設(shè)置在科里奧利轉(zhuǎn)子中，而第二組磁鐵設(shè)置在外轉(zhuǎn)子中。第一組傳感線圈感應(yīng)第一組磁的運動，第二組傳感線圈感應(yīng)第二組磁的運動。每組線圈都產(chǎn)生一個周期性的波輸出，兩組輸出波之間的相位差正比于科里奧利轉(zhuǎn)子相對于外轉(zhuǎn)子的角位移，進而正比于流量計中的物質(zhì)流的質(zhì)量流率。
這個部分繼續(xù)申請公開了一個雙轉(zhuǎn)子質(zhì)量流量測量裝置的一些替換實施例。在此處所示的這些替換實施例在某些應(yīng)用中是具有優(yōu)點的。它們的制造費用低，對磨損性物質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)的損傷不敏感。如已提及的那樣，上述共同未審定的申請的雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是通過測量一個稱為科里奧利轉(zhuǎn)子的內(nèi)轉(zhuǎn)子響應(yīng)科里奧利轉(zhuǎn)子和一個外轉(zhuǎn)子中基本對準的孔或通道中的物質(zhì)流動而圍繞一個公共旋轉(zhuǎn)中心軸線相對于外轉(zhuǎn)子的角偏移的量推導(dǎo)出質(zhì)量流率信息。在使用中，由于作用在每個轉(zhuǎn)子上的扭矩不同，兩個轉(zhuǎn)子相互間圍繞它們的共同的旋轉(zhuǎn)軸線是角向偏置的。在平衡狀態(tài)下，外轉(zhuǎn)子經(jīng)受由于密封件，軸承，物質(zhì)粘滯性造成的阻力(負)扭矩，和物質(zhì)加速度和一個更小的正科里奧利扭矩?？评飱W利轉(zhuǎn)子僅僅承受一個科里奧利扭矩，該扭矩等于作用在外轉(zhuǎn)子上的扭矩和作用在剪切力隔離器上的扭矩的和的反向值。反向扭矩使科里奧利轉(zhuǎn)子相對于外轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個數(shù)量與質(zhì)量流率成正比的角偏移。
在本申請中所示的替換實施例是在與上述共同未審定的美國申請中所示的相同原理上工作的。但是，此處所公開的實施例的結(jié)構(gòu)與上述共同未審定的專利申請的裝置是不同的。本發(fā)明的裝置包括一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組件，它有一個轉(zhuǎn)子板，一個剪切力隔離器，一些徑向流動通道和一個轉(zhuǎn)子蓋，所有部件都起著與前發(fā)明中相同的作用并基本上具有相同的形狀。本申請的不同在于，科里奧利轉(zhuǎn)子和相關(guān)聯(lián)的扭力棒被可彎曲的肋片替代，這些肋片靠近以前由科里奧利轉(zhuǎn)子所占據(jù)的區(qū)域中的流動通道并且限定這些流動通道。這些肋片響應(yīng)物質(zhì)的科里奧利力而彎曲。通過將磁鐵或其它傳感部件連接到這些肋片的自由端上，和將另一組磁鐵或其它傳感部件連接到外轉(zhuǎn)子上，就可以確定一個時間延遲，從而確定一個質(zhì)量流率。由柔性肋片限定的區(qū)域中的流動通道是矩形橫截面結(jié)構(gòu)。每個通道的頂部和底部投轉(zhuǎn)子蓋和轉(zhuǎn)子板限定。通道側(cè)面由柔性肋片限定。作用在肋片上的科里奧利力與通道的面積無關(guān)，因此，柔性肋片通道側(cè)面可以是相互平行的或者是徑向的。在優(yōu)選的徑向定向上，流動通道和葉片之間的流動通道是楔形的。
每個楔形流動通道允許物質(zhì)從轉(zhuǎn)子組件的中心沿徑向向外流國每個楔形流動通道，流到轉(zhuǎn)子組件的周面，然后流到包圍著轉(zhuǎn)子的殼中的一個出口。流量計和它的轉(zhuǎn)子組件也可以沿著一個反向的物質(zhì)流動方向工作，此時，物質(zhì)從轉(zhuǎn)子組件的周面流入楔形流動通道，沿軸向向內(nèi)通過楔形流動通道流到轉(zhuǎn)子組件的中心部分，并從那里通過一個與轉(zhuǎn)子組件的中心部分同軸的開口流出流量計轉(zhuǎn)子組件包括一些楔形葉片，每個葉片具有固定的部件和可彎曲的部件，可彎曲的部件可以受科里奧利感應(yīng)力的作用相互相對移動。每個楔形葉片由包含楔形流動通道的空間與相鄰的轉(zhuǎn)子葉片隔開。
每個楔形轉(zhuǎn)子葉片包含由一個可移動的中央柔性部分隔開的固定的內(nèi)分部和外分部。每個柔性件的一個下部邊或固定邊被連接到轉(zhuǎn)子組件的圓形底板上。柔性件的壁象懸臂梁一樣響應(yīng)科里奧利產(chǎn)生的力而偏轉(zhuǎn)。一個連接到每個柔性件的上部邊或自由邊的磁鐵隨著它連接的壁的彎曲而移動。磁鐵的位置由一個相關(guān)的靜止的線圈檢測，產(chǎn)生一個周期性的輸出信號，該輸出信號的相位被用于和一個由連接在楔形葉片的不能彎曲的部分上的磁鐵所產(chǎn)生的類似的周期性的輸出信號進行比較。兩個線圈的輸出信號之間的時間差或相位差可以推導(dǎo)出通過流量計的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
在本發(fā)明的第一個實施例中，每個楔形葉片包括一個不能彎曲的外部分，該部分具有一個與圓形轉(zhuǎn)子板的周面齊平的端部，它起著與一個外轉(zhuǎn)子相同的作用。每個轉(zhuǎn)子葉片也包含一個不能彎曲的具有內(nèi)弧形表面的內(nèi)部分，該部分限定了前面提到的轉(zhuǎn)子組件的中央部分的一個分部，它起著一個剪切力隔離器的作用。一個葉片的外部分用一個柔性部件與葉片的內(nèi)部分分開，該柔性部件可以響應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生的科里奧利力而彎曲。
位于每個楔形葉片內(nèi)外部件之間的柔性部件包括一個U形部件，它具有以一個等于楔形葉片的寬度的間隔相互隔開的壁，其中柔性部件是楔形葉片的一部分。U形柔性部件的壁沒有連接到任何部件上，因此可以響應(yīng)所產(chǎn)生的科里奧利力自由地彎曲。在這樣做時，U形部件的壁象懸臂梁一樣圍繞一個在U形柔性部件的底部的一個中樞點彎曲，在所述底部處它鄰接U形柔性部件的下部平表面。一個U形柔性部件的一個壁包括一個楔形流動通道的壁的一部分，而同一個U形柔性部件的對面的壁包括相鄰的楔形流動通道的壁的一部分。一個磁鐵連接到每個U形柔性部件的一個或兩個壁上。磁鐵受科里奧利力而位移的量與它連接的壁位移量相同。這個位移由一個相關(guān)的線圈檢測，來自線圈的輸出信號與來自一個與轉(zhuǎn)子組件的一個非柔性部分相關(guān)聯(lián)的磁鐵/線圈組件的輸出信號進行比較，以便產(chǎn)生指示兩個信號之間的相位位移，繼而指示流過流動通道的物質(zhì)的質(zhì)量流率的信息。
根據(jù)本發(fā)明的一個第二實施例，轉(zhuǎn)子組件包括平的圓形轉(zhuǎn)子板和一些用V形肋片(或也稱為葉片)部件相互分開的楔形流動通道，每個V形肋片部件具有一個連接到轉(zhuǎn)子板的一個表面上的下部邊和一個可以自由移動的第二邊。V形肋片的每個支腳的端部與圓形轉(zhuǎn)子板的外周面齊平。V形肋片的頂端中止于轉(zhuǎn)子組件的一個中央部分。這樣，圓形轉(zhuǎn)子板和連接到它的表面上的V形肋片一起限定一些楔形流動通道，并且相鄰的楔形流動通道由一個單獨的V形肋片的壁隔開。
一個V形肋片的每個支腳具有一對切口，用于限定V形肋片的每個支腳的一個內(nèi)、中和外部分。切口的作用是將經(jīng)受非科里奧利力的內(nèi)外部分與只經(jīng)受科里奧利力的中間部分分開。一個磁鐵連接到每個V形部件的其中一個中間分部的自由邊上。每個V形部件的中間部分因此包括一個響應(yīng)由流過通道的物質(zhì)產(chǎn)生的科里奧利力而偏移的柔性件。連接的磁鐵偏轉(zhuǎn)一個對應(yīng)于它所連接的柔性件的彎曲的量。一個與磁鐵相關(guān)聯(lián)的線圈產(chǎn)生一個周期性輸出信號，其相位連接到轉(zhuǎn)子的不能彎曲的部分上的一個磁鐵/線圈組件的相位進行比較。這兩個輸出信號之間的相位差用于確定所包含的科里奧利力，繼而推導(dǎo)出流動通道中的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
由所述第一實施例的楔形葉片和柔性件和第二實施例的V形部件構(gòu)成的流動通道和傳感機構(gòu)包括一個沒有襯套、軸承和扭力棒的設(shè)計的轉(zhuǎn)子組件系統(tǒng)。它是一個容易制造和對沙粒質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)不太敏感的設(shè)計。同時，該設(shè)計提供和產(chǎn)生能夠指示物質(zhì)的質(zhì)量流率的輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，轉(zhuǎn)子組件由一個電機旋轉(zhuǎn)，以實施一個流體泵和一個質(zhì)量流量測量裝置的雙重功能，用于提供由泵輸送的流體的質(zhì)量流量信息。
附圖的描述

圖1和2示出了與科里奧利流量計工作有關(guān)的一些物理力，圖3是本發(fā)明的一個可能的實施例的一個分解視圖，圖4是圖3的轉(zhuǎn)子組件的一個詳圖，圖5示出了圖4的柔性部件的進一步的細節(jié)，圖6示出了另一種轉(zhuǎn)子組件的詳圖，圖7和8示出了與本發(fā)明的裝置有關(guān)的一些物理力，圖9示出了一個應(yīng)變儀的柔性部件，圖10示出了一個在物質(zhì)流的兩個方向上都可以工作的轉(zhuǎn)子組件。
祥細描述圖1和2示出了一個流量管101，管中有一團以速度V流動的流體質(zhì)量102。在擺動科里奧利流量計時，流量管101圍繞中樞點104的轉(zhuǎn)動不是連續(xù)的，而是包括一種振蕩運動，其中，流量管101圍繞中樞點104短暫地沿一個方向旋轉(zhuǎn)，接著沿相反的方向做回轉(zhuǎn)運動。其原因是，由于機械問題例如設(shè)置所要求的密封件和由密封件施加的合成阻力，用常規(guī)的流量計不可能使流量管連續(xù)地轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的裝置克服了這個缺陷。
流量管101以角速度ω圍繞中樞點104逆時針轉(zhuǎn)動，如用矢量103限定的那樣。在這種條件下，流體質(zhì)量團102在以速度V從中樞點104離開時受到科里奧利加速度Ac的作用。是流量管101的壁和壁上的力Fc使流體質(zhì)量團102能夠承受該科里奧利加速度Ac。
產(chǎn)生的科里奧利力Fc可以表示如下等式1 Fc＝M Ac其中，F(xiàn)c＝管子上的科里奧利力M＝流體質(zhì)量Ac＝科里奧利加速度。根據(jù)物理定律，科里奧利加速度Ac可以表示為等式2 Ac＝2(ω×V)其中，ω＝流量管的角速度V＝流體速度將等式2代入等式1中，則流量管上的科里奧利力可以表示為等式3Fc＝M×2(ω×V)科里奧利加速度Ac是流體質(zhì)量團102以速度V通過流量管101而離開中樞點104時所承受的切向速度的變化率。設(shè)想流體團在一個時間間隔δt期間通過一個有限的距離，以及在這個時間間隔期間流體質(zhì)量團102至中樞點104的距離的增加，可以憑直覺理解等式2。如果流體質(zhì)量團102開始時距中樞點104的距離是R，那么在時間間隔δt之后流體質(zhì)量團102距中樞點104的距離將是R+δR。流量管上任何點的切向速度是流量管旋轉(zhuǎn)的角速度ω乘以該點至中樞點104的距離的函數(shù)。在時間間隔δt終止時，流體質(zhì)量團102至中樞點104的距離增加了量δR。這種情況是，當(dāng)流體質(zhì)量團102在時間間隔δt之后距中樞點104的距離是R+δR時將以一個比它在時間間隔起始時其距中樞點104的距離是R時更大的切向速度運動。該切向速度的增加量除以時間間隔δt的值等于流體質(zhì)量團102的科里奧利加速度Ac。即使當(dāng)流體質(zhì)量團102離開中樞點104越來越遠其切向速度在增加時，流體質(zhì)量團102的徑向速度V在時間間隔δt期間也保持不變。
從等式3可以看到，圖1中所示的科里奧利力Fc與流量管101中的質(zhì)量M成正比，與流量管101圍繞中樞點104旋轉(zhuǎn)的角速度ω成正比，也與流體質(zhì)量團102通過流量管的速度成正比。
圖2和以下的討論用于說明在物質(zhì)流過一個轉(zhuǎn)子中的徑向孔(或管子)時施加到旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的力和與該旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相關(guān)聯(lián)的力。注意，雖然示出的徑向孔的橫截面是圓形的，但它們也可以是矩形的或任何其它的截面形狀。對于非圓形截面而言，則最好采用流動通道，而不是流量管。在圖2中，Ah是圖1中的流量管101的內(nèi)部部分的橫截面積。流體質(zhì)量團102具有一個厚度δR和一個橫截面積Ah。流體質(zhì)量團102可以表示為ρAhδR，其中ρ是包含流體質(zhì)量團102的物質(zhì)的密度，Ah是流體質(zhì)量團102的橫截面積，δR是流體質(zhì)量團102的厚度。等式4δM=ρAhδR這個微分質(zhì)量的表達式可以應(yīng)用于等式3的微分形式的等式中。等式5δFc＝2δM(ω×V)等式6δFc＝2ρAhδR(ω×V)通過代換可以將上面的等式簡化由等式7M.=ρAhV]]>得到等式8δFc=2M.ωδR]]>流量管101的下面部分距包含中樞點104的軸線103的距離為R1。流體質(zhì)量團102距中樞點104的距離為R，而流量管101的頂端距中樞點104的距離為R2。如果管子中充滿了流動的流體，則從R1至R2對等式8積分，得到由于流體中的科里奧利加速度而作用在管子上的總的力。等式9Fc=2∫R1R2M.ωδR]]>等式10Fc=2M.ω(R2-R1)]]>在先前的專利申請中，作用在管子上的科里奧利力用于計算施加到科里奧利轉(zhuǎn)子上的扭矩。本發(fā)明中沒有用于抵制扭矩的科里奧利轉(zhuǎn)子或扭力桿，但是相同的力使柔性肋片彎曲。
圖7知圖8的描述圖7和8示出了構(gòu)成本發(fā)明的裝置工作的主要物理基礎(chǔ)。本發(fā)明的傳感件由裝在一個轉(zhuǎn)子組件315上的一些柔性肋片804組成。肋片的方向設(shè)置使得其表面位于包含轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)軸線的平面中。每個肋片的一個邊903連接在組件的一個表面902上。肋片804，轉(zhuǎn)子板315，和轉(zhuǎn)子組件表面構(gòu)成徑向流動通道。通過這個旋轉(zhuǎn)的流動通道流過的物質(zhì)受肋片的壁的作用而承受科里奧利加速度。加速力(等式10)以一種均勻的壓力作用在肋片上。在通道的引導(dǎo)側(cè)的物質(zhì)(物質(zhì)為沿徑向向內(nèi)流動)將具有比通道的后沿側(cè)處的物質(zhì)更高的壓力。(圖8)肋片相應(yīng)于其一側(cè)上比另一側(cè)具有的更高壓力而彎曲?？梢酝ㄟ^將柔性肋片901看做是受均勻負荷的懸臂梁計算出彎曲的量。參見圖8。
一個受均勻負荷的懸臂粱的彎曲量等式為等式11y=FL38EI]]>其中，y=梁端彎曲量，F(xiàn)=總負荷，L=梁的長度，E=楊氏模數(shù)，I=慣性矩。矩形橫截面的梁的慣性矩由以下等式給出等式12I=bh312]]>其中，b=梁的寬度，h=梁的厚度將等支12代入等式11等式13y=1.5FL3Ebh3]]>如果懸臂梁是本發(fā)明的柔性肋片，那么負荷F則成為科里奧利力Fc，如從等式10中推導(dǎo)出。梁的寬度b成為肋片的寬度R2-R1。梁的長度L成為肋片的軸向尺寸，梁的厚度h成為肋片的厚度。將它們代入等式13，則得到等式14y=1.5(2M.ω)(R2-R1)L3E(R2-R1)h3=3M.ωL3Eh3]]>等式14表明，柔性肋片端部(以及相關(guān)的磁鐵)的偏轉(zhuǎn)量是與質(zhì)量流率成正比的。磁鐵的位移導(dǎo)致在裝在柔性肋片上的磁鐵和裝在轉(zhuǎn)子組件上的磁鐵之間的一個角位移(旋轉(zhuǎn)軸上的角頂)。從幾何上可以表明該角位移等于磁鐵偏轉(zhuǎn)量除以至磁鐵的半徑的反正切(φ＝tan-1y/R)。如果偏轉(zhuǎn)量y與R相比很小，那么小角的近似值tanθ＝θ可以用于角偏轉(zhuǎn)，因此φ＝y(tǒng)/R。由此推得，由于y與質(zhì)量流率成正比，因此φ也與質(zhì)量流率成正比。因此柔性肋片的幾何尺寸與先前發(fā)明的扭力彈簧設(shè)計起相同的作用。
圖3所示實施例圖3示出了本發(fā)明的一個可能的優(yōu)選實施例的分解圖。該實施例包括一個圓柱形的物質(zhì)保持殼301，一個轉(zhuǎn)子組件307，轉(zhuǎn)子組件蓋317和一個物質(zhì)保持殼蓋303。具有開口327的入口302由物質(zhì)保持殼301的一部分構(gòu)成。具有開口337的出口304經(jīng)法蘭306裝在殼蓋303上。使用時，轉(zhuǎn)子組件307放置在物質(zhì)保持殼301的凹槽338中。軸331的頂部裝在轉(zhuǎn)子組件307的底部上，軸的底端可轉(zhuǎn)動地延伸穿過具有開口簧環(huán)339和軸承座蓋336的軸承334A，334B和軸承座333。轉(zhuǎn)子組件307在置于物質(zhì)保持殼301的凹槽338內(nèi)之后可以自由地隨軸331轉(zhuǎn)動。
轉(zhuǎn)子組件307更詳細地示于圖4中，它包括一個圓形轉(zhuǎn)子底板315，轉(zhuǎn)子板315的上表面315A上裝配了一些楔形葉片320，這些楔形葉片320之間的間隔限定了一些楔形流動通道309。每個楔形葉片320包括一個外葉片部件308，一個內(nèi)葉片部件310和一個設(shè)置在葉片部件308和310之間的U形柔性件312。外葉片部分308設(shè)置成一個圍繞轉(zhuǎn)子板315外部的圓形輪廓。每個外葉片部分308的外壁308A都與轉(zhuǎn)子板315的周面齊平。每個楔形葉片320的內(nèi)葉片部分310具有與轉(zhuǎn)子板315的中心區(qū)340齊平的內(nèi)表面310A。柔性件312有一個連接在轉(zhuǎn)子板315的頂表面315A上的下部部分(圖4中沒有示出)。
圖6所示的柔性件312有一個側(cè)壁402，一個第二側(cè)壁403和一個下部部分401，該下部部分401有一個可以安裝一個螺釘?shù)目?04，用于將下部部分401的底面連接到轉(zhuǎn)子板315的頂表面315A上。一塊磁鐵344(圖3，4和6)用托架605連接到柔性件312的側(cè)壁403上。
轉(zhuǎn)子蓋317的頂表面(圖3)包含安置密封件321的凸起319，密封件321與連接在殼蓋303上的物質(zhì)出口304的一個下部部分相配合，防止轉(zhuǎn)子組件周圍的泄漏，保證物質(zhì)在流動通道內(nèi)流動并對柔性側(cè)壁402和403施加一個科里奧利力。螺釘313穿過轉(zhuǎn)子蓋317中的孔318，利用外葉片部分308的頂表面中的孔或開口311將轉(zhuǎn)子蓋317與楔形葉片320的頂表面連接起來。
殼蓋303的頂表面包含用于安裝線圈323的開口346，線圈323用于確定每個楔形葉片320的各個部分之間的角位移，如后面所描述的那樣。
在使用時，轉(zhuǎn)子組件307和楔形葉片320設(shè)置在物質(zhì)保持殼301的凹槽338中。殼蓋303(圖3)用螺釘305和孔326連接到物質(zhì)保持殼301的頂表面上。組裝后的流量計被連接到一個管路(未示出)上，并且管道的供給部分與物質(zhì)入口302相連，管道的下游部分與物質(zhì)的出口304相連。物質(zhì)通過入口302的開口327進入殼301內(nèi)，當(dāng)物質(zhì)沿徑向向內(nèi)朝著轉(zhuǎn)子組件307的中心區(qū)340流過流動通道309，然后向圖3的上方流動，而從出口304的開口337流出流量計時，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子組件307逆時針旋轉(zhuǎn)。
在流過旋轉(zhuǎn)的通道時，物質(zhì)的科里奧利加速度使柔性件312(圖6)的壁402和403橫向移動，從而它們的上端部相對于外葉片部分308和內(nèi)葉片部分310的垂直壁308B和310B變成偏移狀態(tài)。壁402和403以一種懸臂梁的方式圍繞它們的下部端點彎曲，在該下部端點處它們與U形柔性件312的底部部分401連接(圖6)。與每個壁403連接的每個磁鐵344受產(chǎn)生的科里奧利力的作用而被橫向位移。在轉(zhuǎn)子組件307旋轉(zhuǎn)時由線圈323探測到磁鐵344的磁場。線圈323設(shè)置在殼蓋303的開口346內(nèi)部。線圈324(圖3)裝在物質(zhì)保持殼301的下部部分357上，并與設(shè)置在轉(zhuǎn)子板315的下表面內(nèi)的磁鐵316配合。線圈323和324在磁鐵344和316和轉(zhuǎn)子組件307旋轉(zhuǎn)時在線路353和352上產(chǎn)生輸出信號。線路353和352上的信號與流動在相位上不同，將這些相位偏移的信號輸入到電子儀351上可以測定質(zhì)量流率和其它與流動的物質(zhì)有關(guān)的信息。
在圖3的上部中，線圈323設(shè)置在殼蓋303的開口346中。這樣可以調(diào)節(jié)線圈323的位置，從而在儀器中沒有流動的情況下，線圈323和324的周期性波輸出是相互重合的。這對于校正儀器是必要的。線圈323在開口346中的位置由一個保持件348和一個螺釘349來固定，螺釘349旋入孔347中，保持件348的底部卡入線圈323的頂表面，以防止它進一步移動。在調(diào)零后，線圈323和324的輸出信號在流量計中沒有流動的條件下是相互重合的，但在有物質(zhì)流動的條件下是偏移的或者是有相位偏移的。該相位偏移與在流量計中流動的物質(zhì)的質(zhì)量流率成正比，并且被電子儀351用于測定物質(zhì)的質(zhì)量流率。電子儀351在本技術(shù)中是公知的，如果需要還可以包括微運動部件NO.RFT9739。
電機325裝在軸331的底部，用于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，以便流量計在零流量的條件下進行校正。如果需要，這可以在制造期間進行。在另一個電機驅(qū)動的實施例中，電機可以用于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子組件，以泵送物質(zhì)，使之從中心開口304，通過轉(zhuǎn)子組件307，從切向口302出去，流過流量計。由電機325傳遞到軸331的，從而傳遞到轉(zhuǎn)子組件307的扭矩可以使轉(zhuǎn)子組件307起一個泵和一個科里奧利質(zhì)量流量計的的雙重功能，其中科里奧利質(zhì)量流量計指示流過泵的物質(zhì)的質(zhì)量流率。在電機驅(qū)動的泵的替換方案中，電機325是永久固定在軸331上。在本發(fā)明的流量計/非泵的替換方案中，如果需要，電機325可以永久固定在軸331上。另一種選擇是，電機通常是與軸331脫開的，以便提供一個真正安全的流量計。在這種情況下，電機可以暫時地與軸331聯(lián)結(jié)，用于校正目的，以便在流量計處于零流量狀態(tài)下獲得線圈323和324的輸出信號之間的零相位差。在校正之后可以將電機脫離開。
假設(shè)轉(zhuǎn)子組件307按圖4中所示那樣逆時針旋轉(zhuǎn)，物質(zhì)按圖3中那樣從入口開口327，經(jīng)流動通道309，流到轉(zhuǎn)子組件307的中心區(qū)340，然后從中心區(qū)340向上流出出口304的開口337。在這種條件下，流過通道309的物質(zhì)使每個U形柔性件312的壁403和402(圖4和6)相對于相應(yīng)葉片部件308和310的不動的壁308C，308B，310C和310B沿逆時針方向移動。相對于圖4下部所示的流動通道309，物質(zhì)流在靠近處于5點鐘位置處的柔性壁402的流道的右側(cè)上產(chǎn)生一個正的物質(zhì)壓力，并在U形柔性件的相應(yīng)柔性壁403上產(chǎn)生一個相對的負的材料壓力，柔性壁403在圖4中位于大約6點鐘的位置上。正壓和負壓產(chǎn)生在圖4所示的其它流道309的相應(yīng)的區(qū)域中。就處于5點鐘和6點鐘的位置上的U形柔性件312的壁而言，這迫使柔性壁上部部分向右偏轉(zhuǎn)或逆時針偏轉(zhuǎn)，從而連接在U形柔性件312的壁403上的磁鐵344也向右偏轉(zhuǎn)。磁鐵344的這個偏轉(zhuǎn)被檢測線圈323檢測到，造成線圈323和324的輸出信號之間產(chǎn)生一個相位位移。磁鐵可以設(shè)置在任何數(shù)目的柔性壁上，只要將相同數(shù)目放置在轉(zhuǎn)子的一個非柔性部分上。磁鐵的數(shù)目以及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度將確定輸出信號的頻率。
在每個U形柔性件312的壁402和403的端部和與其相關(guān)的外葉片部件308和內(nèi)葉片部件310的壁之間的間隔充分地靠近，使得有相當(dāng)流量的物質(zhì)不會進入由U形柔性件312的兩個壁402和403之間的間隔形成的U形空隙或空間中。
圖5的描述圖5示出了一個替換實施例，其中，圖4中的轉(zhuǎn)子組件307的楔形葉片320用V形的肋片501替換，肋片501有一些由每個肋片501的壁中的垂直切口構(gòu)成的分割部分。每個這種V形轉(zhuǎn)子肋片501都被一個流道309形成的空間與相鄰的V形部件501隔開。每個V形肋片501具有在V形部件的一個支腳部分上的標記為502，503，504的一些分部和在另一個支腳部分上的標記為505，506，507的一些分部。在V形肋片501的外側(cè)部分上的分部502和507對應(yīng)于圖3和4中的一個外葉片部分308。每個V形肋片501的中間的分部503和506是圖3和4中的柔性件312在功能上的等同物。V形肋片501的每個支腳的內(nèi)側(cè)部分上的分部504和505對應(yīng)于圖3和4中的一個楔形葉片320的內(nèi)葉片部分310。一塊磁鐵344裝在分部503的上部部分，使得在流量計工作期間物質(zhì)流過楔形流動通道309產(chǎn)生科里奧利力而可以由線圈323檢測到肋片的彎曲。V形肋片501的底部部分可固定地插入到轉(zhuǎn)子板315的槽508中。
在轉(zhuǎn)子315旋轉(zhuǎn)時物質(zhì)流過流動通道309將產(chǎn)生科里奧利力，使包括每個V形肋片501的支腳的分部彎曲。中央肋片分部如部件503和506的彎曲被連接在每個V形肋片501的分部503上的磁鐵344檢測到。磁鐵344的位移量與由于物質(zhì)流過流動通道309產(chǎn)生的科里奧利力成正比。每個磁鐵344的位移由線圈323中感應(yīng)的信號檢測，這些信號是在轉(zhuǎn)子組件307旋轉(zhuǎn)時磁鐵344在線圈323下面通過時感應(yīng)產(chǎn)生的。每個磁鐵344與之連接的壁的彎曲引起線圈323中感應(yīng)的信號相對于線圈324中感應(yīng)的信號產(chǎn)生偏移。線圈323和324中產(chǎn)生的信號之間的這種相位偏移經(jīng)路徑352和353施加到電子儀351上，并如前所述被用于產(chǎn)生從流動通道309流過的物質(zhì)的質(zhì)量流量和其它信息。
圖5中所示的將各個肋片分部如分部502和503相互分開的切口可以在需要時從每個肋片部件的頂部延伸到底部，這些切口的功能是將科里奧利傳感肋片與內(nèi)外分部承受的非科里奧利力隔離。預(yù)計在切口附近的內(nèi)和外肋片偏移的量將認為與科里奧利肋片的偏移量近似相同，通過切口的泄漏將是可以忽略的。在每個圓柱382的頂部中的孔311以及利用螺釘313和轉(zhuǎn)子板317中的孔318可以使圖3中的轉(zhuǎn)子板317連接到圖5的轉(zhuǎn)子板315上。
到此為止所述的實施例中的柔性肋片具有垂直于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的彎曲軸線。這個形狀參數(shù)是必需的，以便儀器的校正因子能與物質(zhì)的密度無關(guān)。其理由是，如在先有專利申請中進行數(shù)學(xué)推導(dǎo)的那樣，在轉(zhuǎn)子平面中的流道的任何彎曲部分都導(dǎo)致一個取決于物質(zhì)速度的力，作用在引入誤差到流量測量中的那些肋片上。
在圖3和4中，內(nèi)葉片部分310起著一個物質(zhì)剪切力隔離器的功能，它使柔性件312與假設(shè)內(nèi)葉片部分310不存在時將要承受的力隔離開。從流動通道309的外周面向內(nèi)流過流動通道309到達轉(zhuǎn)子組件307的中央部分的物質(zhì)具有一個由于物質(zhì)流過的流道的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的動量。當(dāng)物質(zhì)接近轉(zhuǎn)子組件307的中央部分時，它將遇到物質(zhì)出口/進口304。出口304的壁和出口管(未示出)不旋轉(zhuǎn)，因此它們使正在流出的流體的旋轉(zhuǎn)速度減慢。如果流體具有足夠的粘滯性，它可以對轉(zhuǎn)子組件307的中央部分反過來傳遞一個扭轉(zhuǎn)阻力。內(nèi)葉片部分310吸收與這個阻力相關(guān)聯(lián)的力。這樣，每個葉片的內(nèi)葉片部分310使柔性件312與和這個扭轉(zhuǎn)阻力相關(guān)聯(lián)的力隔離開，使得柔性件312和它的壁在任何時候只受到科里奧利力。通過保證連接在柔性壁上的磁鐵344的彎曲幅度只代表所產(chǎn)生的科里奧利力的幅度和相反地，它不代表由內(nèi)葉片部分310承受的粘滯阻力和其它力造成的位移，就提高了流量計的精確度。
外葉片部分308大致類似于內(nèi)葉片部分310，因為它們也起著一種隔離功能。它們使柔性件312與轉(zhuǎn)子組件的周面處的粘滯阻力隔離開，也將在流體一旦進入轉(zhuǎn)子流道309而突然改變速度時產(chǎn)生的加速力隔離開。外葉片部分308提供了用于實現(xiàn)物質(zhì)的這種流動變換所必需的力，從而柔性件312的壁只承受所產(chǎn)生的科里奧利力。
當(dāng)流動方向被反向從而流體從轉(zhuǎn)子的中央進入而從轉(zhuǎn)子的周面出去時，如在泵模式時，內(nèi)葉片部分310將柔性區(qū)域與進入的物質(zhì)的粘滯阻力隔離開，而外葉片部分308則起相反作用，從而內(nèi)葉片部分310使流體在進入之前加速，外葉片部分308將柔性區(qū)域與轉(zhuǎn)子外部承受的粘滯阻力隔離開。
圖5中的每個V形支腳的部件502，504，507和505起著類似的剪切力和加速隔離功能，從而壁503只承受科里奧利力。
電機驅(qū)動的泵/流量計本發(fā)明的流量計可以用于實現(xiàn)一個泵和一個科里奧利流量計的雙重功能，用于測量泵的物質(zhì)輸出的質(zhì)量流率。在以這種方式工作時，物質(zhì)從一個孔304進入圖3中的流量計，在這種情況下，孔304構(gòu)成了物質(zhì)入口。如圖3所示，物質(zhì)向下流動，沿徑向向外流過流動通道309，并在部件302處流出流量計/泵組件，在這種情況下，部件302構(gòu)成流量計/泵組件的出口。使組件作為泵工作所需的扭矩由電機325提供，電機325連接在軸331上，從而與轉(zhuǎn)子組件307連接。轉(zhuǎn)子組件307圍繞軸331順時針旋轉(zhuǎn)(從圖3的頂部看)使進入入口304的物質(zhì)向外沿徑向流過流動通道309并流出出口302。
從轉(zhuǎn)子組件307的中央部分向外的物質(zhì)流動造成流動通道309中的物質(zhì)的每個部件部分承受一個增大的切向速度。切向加速度施加一個力作用在構(gòu)成流動通道309的部件的壁上。這包括內(nèi)葉片部分310的壁310B，柔性件312的壁403和外葉片部分308的壁308B。這些壁提供了用于將要求的增加的切向速度傳給物質(zhì)所需的力。這個作用在柔性件402的壁403上的力使該壁滯后于外葉片部分308的壁308B的旋轉(zhuǎn)。這樣，壁403產(chǎn)生一個相對于壁308B的角位移。磁鐵323和324檢測壁308B的彎曲幅度，以測定在質(zhì)量流量計/泵組件內(nèi)的物質(zhì)的質(zhì)量流率。這個偏移量指示出由泵輸送到由出口302連接的一個外部管道或類似物中的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
圖9的描述圖3，4，5和6示出了設(shè)置在柔性件312上的磁鐵344和設(shè)置在轉(zhuǎn)子組件307的底部上的磁鐵316。這些磁鐵與線圈323和324配合，產(chǎn)生正弦波，它們相互間的時間位移指示出流過流動通道309的物質(zhì)的質(zhì)量流率。圖9示出了一個替換的柔性件，其中一個安裝在側(cè)壁902上的應(yīng)力儀944產(chǎn)生輸出信號，這些信號指示出側(cè)壁902響應(yīng)所產(chǎn)生的科里奧利力的彎曲幅度。結(jié)合等式14所示轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)速，這些輸出信號也指示出在流動通道309中流動的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
圖9的柔性件312和它的應(yīng)力儀944是圖6的柔性件312和它的磁鐵344的一個替換方案。應(yīng)力儀944的輸出由導(dǎo)體909，滑環(huán)906和907，導(dǎo)體908和905和路徑352傳送到記錄電子儀器351。電子儀351響應(yīng)來自應(yīng)力儀944和經(jīng)路徑912來自轉(zhuǎn)速儀911的所接收的信號，并且以一種類似于響應(yīng)線圈323和324在信號之間的相位差的方式產(chǎn)生質(zhì)量流量和其它輸出信息。轉(zhuǎn)速儀911連接到圖3的軸331上，以產(chǎn)生在將一個應(yīng)力儀作為傳感器使用時所需要的轉(zhuǎn)速(RPM)信息。
當(dāng)一個質(zhì)量流量計與圖9的應(yīng)力儀柔性件312一起工作時，圖3的電機325不需要用于校正目的，因為可以通過在轉(zhuǎn)子組件307不旋轉(zhuǎn)時調(diào)節(jié)351將應(yīng)力儀柔性件312校正到一個零流量狀態(tài)。電子儀351可以內(nèi)部地調(diào)節(jié)，去除在轉(zhuǎn)子組件307靜止時可能由應(yīng)力儀944產(chǎn)生的任何殘余輸出信號。當(dāng)然，在流量計作為泵工作時則需要圖3的電機325使具有應(yīng)力儀柔性件312的轉(zhuǎn)子組件307旋轉(zhuǎn)。
應(yīng)力儀944可以是壓電型的，它產(chǎn)生的輸出信號的幅度與應(yīng)力儀944的彎曲成正比。另一種情況，應(yīng)力儀944可以包括一種電阻型應(yīng)力儀，它的電阻值隨彎曲的程度而變化。根據(jù)本發(fā)明兩種應(yīng)力儀都可以使用，當(dāng)這樣使用時將使電子儀351能接收代表柔性部件的彎曲度的輸出信號，這些輸出信號則進一步代表了流過流動通道309的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
圖10的描述在圖3至9的實施例中，流動通道309是徑向的并且在轉(zhuǎn)子組件307的中央部分340和轉(zhuǎn)子組件307的外周面之間延伸。
由于圖4中的流動通道309是由相鄰的楔形葉片320之間的間隔構(gòu)成的，這些葉片部件的壁包括外葉片部分308的壁也是徑向的。一個具有徑向流道的轉(zhuǎn)子組件在圖3中的部件302是一個入口和部件304是一個出口時是按照所描述的那樣工作的。當(dāng)這樣工作時，物質(zhì)從入口302的開口327流入流量計，向內(nèi)流過流動通道309到達流量計的中央部分340，然后向上流過開口337并在出口304流出流量計。當(dāng)以這種方式工作時，當(dāng)物質(zhì)進入每個流動通道309的外部分并且向內(nèi)朝著流量計的中央流動時，進入流量計的物質(zhì)流體的軸向動量引起轉(zhuǎn)子組件307的一個角轉(zhuǎn)動。
當(dāng)部件302是一個入口和部件304是一個出口時，或者在泵模式下302是一個入口和304是一個出口時，圖3至9的實施例不能作為一個流量計工作，這個限制的存在是因為正是流入的流體的動量使轉(zhuǎn)子組件307旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)部件304是一個入口和部件302是一個出口同時又沒有電機使轉(zhuǎn)子組件307旋轉(zhuǎn)時，圖3至9的實施例則不能在反方向上作為一個流量計工作。其理由是，沿這個方向流動的物質(zhì)的運動不會產(chǎn)生用于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組件307所需的力。在一個這樣的實施例中，物質(zhì)進入出口304的開口337，向下流到流量計的轉(zhuǎn)子組件307的中央部分，從此處向外沿一個徑向路徑流到轉(zhuǎn)子組件的周面，再從那里流過部件302的開口327。物質(zhì)沿徑向向外流過流動通道309的運動對圖3中的楔形葉片320的壁不施加任何角向力。
圖10示出了一個轉(zhuǎn)子組件1007的替換實施例，它和圖3的轉(zhuǎn)子組件307是可比較的，可以作為物質(zhì)流動的兩個方向上工作的質(zhì)量流量計。根據(jù)這個實施例，一個具有圖10所示類型的轉(zhuǎn)子組件的流量計可以在部件302是入口且部件304是出口時工作，或者作為另一種選擇沿相反的方向工作，其中物質(zhì)進入部件304，通過圖10中的轉(zhuǎn)子組件的流動通道309向外流動并且在部件302處流出流量計。
圖10中的轉(zhuǎn)子組件類似于圖4所示的轉(zhuǎn)子組件，其不同之處在于，圖10中的外葉片部件1008具有徑向彎曲壁。內(nèi)葉片部分310和柔性件312與圖4中相應(yīng)標號的部件是相同的。但是，圖4中的外葉片部分308和它的直的徑向壁被圖10中的彎曲壁1008C和1008B所代替。這些壁的彎曲部分是這樣的，即從轉(zhuǎn)子組件的中央部分340向外流出的物質(zhì)產(chǎn)生作用在外葉片部件1008的壁1008C上的力，使得轉(zhuǎn)子組件按照圖10所示的逆時針方向運動。圖10所示類型的一個轉(zhuǎn)子組件，當(dāng)它具有圖3所示的類型的流量計結(jié)構(gòu)的一部分時，可以允許流量計在部件302是入口和304是出口時工作。外葉片部件1008的彎曲的壁1008C也允許采用圖10所示轉(zhuǎn)子組件流量計以下面的方式工作，即物質(zhì)在出口304處進入流量計，向下流到轉(zhuǎn)子組件的中央部分，在部件302處流出流量計。當(dāng)物質(zhì)沿這個方向流動時，由流動的物質(zhì)施加到外葉片部件1008的壁1008C上的力使轉(zhuǎn)子組件1007沿逆時針方向運動，產(chǎn)生可以用于推導(dǎo)出在流量計中流動的物質(zhì)的質(zhì)量流率和其它信息的輸出信號。
顯然應(yīng)該認識到，所要求保護的發(fā)明不局限于對優(yōu)選實施例的說明，而是包括在本發(fā)明構(gòu)思的范圍和精神內(nèi)的其它修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種科里奧利流量計，包括一個包含一個進口(302)和一個出口(304)的物質(zhì)保持殼(301)，一個具有一個徑向外邊緣和一個徑向內(nèi)邊緣的轉(zhuǎn)子組件(307)，限定一個流動通道(309)的部件，該通道從所述進口延伸到所述出口，并且在所述徑向外邊緣和徑向內(nèi)邊緣之間橫向通過所述轉(zhuǎn)子組件，所述限定流動通道的部件包含利用從所述進口到所述出口流過流動通道的流體中獲得的能量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組件的部件，和一個與轉(zhuǎn)子組件連接的扭力部件(312)，它包含響應(yīng)流動流體中的力的柔性部件，以便在該扭力部件相應(yīng)于轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中提供一個角偏移，扭力部件的角偏移代表流體從所述進口到所述出口流過流量計的流率，和用于檢測扭力部件的角偏移以便推導(dǎo)出流動物質(zhì)的流動信息的部件(323，324)。
2.按照權(quán)利要求1的科里奧利流量計，進一步包括所述轉(zhuǎn)子組件(307)，設(shè)置在所述殼內(nèi)并且有一個中心旋轉(zhuǎn)軸線，該轉(zhuǎn)子組件包含一個板(315)，它有一個外周面和一個基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的表面，所述扭力部件限定一些柔性葉片(312)，每個葉片都沿著一條從中心旋轉(zhuǎn)軸線延伸到所述外周面的線從所述表面凸起，部件(309)，用于物質(zhì)在進口和出口之間橫向流過轉(zhuǎn)子，以便響應(yīng)物質(zhì)中伴隨轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的科里奧利力使葉片產(chǎn)生彎曲，所述檢測部件包括檢測由于科里奧利力而產(chǎn)生的彎曲的幅度的部件(344)。
3.按照權(quán)利要求2中所述的科里奧利流量計，其中用于物質(zhì)流動的部件限定了一些設(shè)置在葉片之間的流動通道(309)。
4.按照權(quán)利要求3中所述的流量計，其中流動通道(309)是楔形的。
5.按照權(quán)利要求2中所述的流量計，其中檢測部件包含至少一個應(yīng)力儀(944)，它與至少其中的一個葉片相應(yīng)地連接，以檢測所述幅度。
6.按照權(quán)利要求5中所述的流量計，其中至少一個應(yīng)力儀(944)具有一個與所述中心旋轉(zhuǎn)軸線同軸的旋轉(zhuǎn)中心。
7.按照權(quán)利要求2中所述的流量計，其中所述推導(dǎo)部件包含電子儀(351)，它有用于產(chǎn)生指示所述幅度的信號(352，353)的裝置。
8.按照權(quán)利要求7中所述的流量計，其中推導(dǎo)部件(351)接收所述信號(352，353)，用于推導(dǎo)質(zhì)量流率。
9.按照權(quán)利要求1的科里奧利流量計，進一步包括在物質(zhì)保持殼上的將流動物質(zhì)供給到物質(zhì)保持殼內(nèi)的進口(302)，在物質(zhì)保持殼上的可以使流動物質(zhì)流出殼外的出口(304)，設(shè)置在物質(zhì)保持殼內(nèi)，并且有一個旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子組件(307)，該轉(zhuǎn)子組件包含一個轉(zhuǎn)子板(315)，它有一個中央部分，一個外周面和一個基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的表面，連接在所述表面上的科里奧利檢測部件(312)，流動通道的限定部件包括一些流動通道(309)，每個流動通道(309)都在轉(zhuǎn)子板的外周面和中央部分之間徑向地延伸，所述轉(zhuǎn)子組件(307)包含響應(yīng)由進口接收的流動物質(zhì)的部件(306，307，337，327)，用于將流動物質(zhì)通過流動通道送到出口，轉(zhuǎn)子組件(307)在流動物質(zhì)被通過流動通道輸送時能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，檢測部件包括能響應(yīng)流動物質(zhì)流過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組件的流動通道時產(chǎn)生的科里奧利力相對于轉(zhuǎn)子板在一個弧形路徑上移動的科里奧利檢測部件(312)，用于檢測科里奧利檢測部件的弧形運動的部件(344)，用于提供指示科里奧利檢測部件的運動從而指示物質(zhì)的質(zhì)量流率的輸出信號的部件(323，324)。
10.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，科里奧利檢測部件包括一些連接在轉(zhuǎn)子板的表面上的楔形葉片(308，310)，這些葉片相互隔開，構(gòu)成了位于各個葉片之間的流動通道。
11.按照權(quán)利要求10的科里奧利流量計，其中，每個楔形葉片包括一個徑向向外的葉片部件(308)，一個柔性件(312)，和一個徑向向內(nèi)的葉片部件(310)，徑向向外的葉片部件(308)有一個外表面(308)和一個內(nèi)表面(308B，308C)，外表面與轉(zhuǎn)子板的外周面平齊，徑向向內(nèi)的葉片部件(310)具有一個在轉(zhuǎn)子板的中央部分處的最內(nèi)的表面(310A)和一個與徑向向外的葉片部件的內(nèi)表面間隔開的最外的表面，一個設(shè)置在徑向向外的葉片部件的內(nèi)表面和徑向向內(nèi)的葉片部件的最外的表面之間的柔性件(312)，該柔性件(312)包括科里奧利檢測部件。
12.按照權(quán)利要求11的科里奧利流量計，其中，徑向向外的葉片部件具有側(cè)壁(1008B，1008C)，它們沿一個徑向向外的方向彎曲，從而當(dāng)物質(zhì)從中央部分向外流過流動通道時，轉(zhuǎn)子組件圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
13.按照權(quán)利要求11的科里奧利流量計，其中，科里奧利檢測部件的柔性件包括一個基本上是U形的通道部件(312)，它有一個大致平的下部部件(401)，該下部部件連接一對向上延伸的側(cè)支腳，該下部部件連接在轉(zhuǎn)子板的表面上，側(cè)支腳構(gòu)成流動通道的一部分，傳感器部件(344)連接到至少其中一個支腳上，以便響應(yīng)科里奧利部件的所述位移指示出在第一位置和第二位置之間支腳的精確的位移。
14.按照權(quán)利要求13的科里奧利流量計，其中，傳感器部件是一個磁鐵(344)。
15.按照權(quán)利要求13的科里奧利流量計，其中，傳感器部件是一個應(yīng)力儀(944)。
16.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，科里奧利檢測部件包括一些連接在轉(zhuǎn)子板的表面上的大致為V形的葉片(501)，這些V形的葉片的每個都相互隔開，構(gòu)成了位于各個葉片之間的流動通道(309)。
17.按照權(quán)利要求16的科里奧利流量計，其中，每個V形的葉片包括一個第一支腳和一個第二支腳，每個支腳進一步包括一個徑向向外的部件(502)，一個柔性件(503)，和一個徑向向內(nèi)的部件(504)，徑向向外的部件有一個徑向向外的邊和一個徑向向內(nèi)的邊，徑向向外的邊與轉(zhuǎn)子板的外周面平齊，徑向向內(nèi)的部件有一個在轉(zhuǎn)子板的中央部分處的最內(nèi)的邊并進一步具有一個與徑向向外的部件的內(nèi)邊間隔開的最外的邊，柔性件(503)設(shè)置在徑向向外的部件的內(nèi)邊和徑向向內(nèi)的部件的最外的邊之間，柔性件能響應(yīng)所產(chǎn)生的科里奧利力相對于第一位置和第二位置之間的所述表面沿一個精確的路徑移動。
18.按照權(quán)利要求16的科里奧利流量計，其中，每個支腳有一個第一切口和一個第二切口，每個切口從支腳的一個頂部邊垂直地延伸到支腳的靠近轉(zhuǎn)子板(315)的表面的一個底部部分，第一切口位于徑向向外的部件和柔性件之間，第二切口位于柔性件和徑向向內(nèi)的部件之間。
19.按照權(quán)利要求18的科里奧利流量計，其中，檢測部件包含一個連接到柔性件(503)上的磁鐵(344)，用于指示柔性件相對于所述表面的一個弧形移動。
20.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，轉(zhuǎn)子組件包含一個用于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組件的電機(325)。
21.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，檢測部件和提供輸出信號的部件包括設(shè)置在物質(zhì)保持殼(301)上和該殼的一個蓋(303)上的線圈(323，324)，設(shè)置在轉(zhuǎn)子板和科里奧利檢測部件上的磁鐵(344，316)，設(shè)置的線圈和磁鐵用于產(chǎn)生具有一個相位差的周期輸出信號，用于指示出在第一位置和第二位置之間的科里奧利檢測部件的位移。
22.按照權(quán)利要求21的科里奧利流量計，其中，所述線圈包括一個固定線圈(324)和一個可移動線圈(323)，所述磁鐵包括安裝在科里奧利檢測部件上的一個第一組磁鐵(344)和連接在轉(zhuǎn)子板(315)上的一個第二組磁鐵(316)。
23.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，轉(zhuǎn)子板包括一個盤形端部部件，科里奧利流量計進一步包括一個轉(zhuǎn)子蓋板(317)，用于將轉(zhuǎn)子蓋板安裝到轉(zhuǎn)子組件上以防止物質(zhì)的流動通道之間的橫向流動的部件(318)，位于轉(zhuǎn)子蓋板中用于連接到物質(zhì)出口的結(jié)構(gòu)限定孔(319)，科里奧利檢測部件包含一些葉片(310)，每個葉片包括一個用于將流動通道中的物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度與一種在科里奧利流量計的物質(zhì)出口中所述物質(zhì)的非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)造成的剪切力作用分隔開的部件。
24.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，所述流動通道包含安裝在轉(zhuǎn)子組件上位于物質(zhì)的進口和出口之間的物質(zhì)剪切力隔離部件(310)，物質(zhì)剪切力隔離部件能有效地和外轉(zhuǎn)子一起圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，安裝在物質(zhì)剪切力隔離部件上的部件(310B，310C)，用于接收來自物質(zhì)進口的旋轉(zhuǎn)的徑向物質(zhì)流并將該旋轉(zhuǎn)的徑向物質(zhì)流轉(zhuǎn)換成軸向流，物質(zhì)剪切力隔離部件能有效地將軸向物質(zhì)流輸送到物質(zhì)出口。
25.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，流量計進一步包括一個連接到轉(zhuǎn)子組件(307)上的用于使轉(zhuǎn)子組件圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的電機(325)，轉(zhuǎn)子組件響應(yīng)旋轉(zhuǎn)以增大流動通道中的物質(zhì)的流量并且也使物質(zhì)流過流量計。
26.按照權(quán)利要求9的科里奧利流量計，其中，流量計進一步包括一個用于使轉(zhuǎn)子組件(307)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的電機(325)，流動通道(309)和轉(zhuǎn)子組件響應(yīng)物質(zhì)的輸送和轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一種泵作用，從而將流動通道中的物質(zhì)泵送到物質(zhì)的出口，提供輸出信號的部件(323，324)能有效地產(chǎn)生用于指示被轉(zhuǎn)子組件泵送的物質(zhì)的質(zhì)量流率的信號。
27.一種科里奧利流量計工作的方法，包括以下步驟操作一個流量計，該流量計包含一個具有一些流動通道(309)和一個旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子組件(307)，靠近流動通道的部件(312)，部件(312)響應(yīng)當(dāng)物質(zhì)在流過流動通道時產(chǎn)生的科里奧利力而承受一個角偏移，和用于產(chǎn)生表示柔性部件的彎曲的信號的部件，所述方法包括以下步驟使物質(zhì)流動通過流動通道，通過伴隨著轉(zhuǎn)子組件圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力的作用而在柔性部件中產(chǎn)生彎曲，產(chǎn)生表示彎曲的信號(352，353)，處理所述信號以推導(dǎo)出關(guān)于物質(zhì)的流動信息。
28.按照權(quán)利要求27的方法，其中，處理過程包含從信號中推導(dǎo)出質(zhì)量流率的步驟。
29.按照權(quán)利要求27的方法，其中，所述流動包含響應(yīng)于由流動物質(zhì)施加到轉(zhuǎn)子組件上的力而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組件。
30.按照權(quán)利要求27的方法，其中，所述信號產(chǎn)生部件包含一個第一組磁鐵(344)和一個第一線圈部件(323)，第一線圈部件(323)在可操作地安裝成可以檢測第一組磁鐵的一個位置，至少一部分磁鐵連接到一個柔性壁(403)上，所述流動包含響應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的移動磁鐵的科里奧利力而使壁彎曲。
31.按照權(quán)利要求28的方法，其中，所述信號產(chǎn)生部件包含不能彎曲地安裝在轉(zhuǎn)子組件上的第二組磁鐵(316)和一個第二線圈部件(324)，第二線圈部件(324)在可操作地安裝成可以檢測第二組磁鐵的一個地點，所述信號產(chǎn)生步驟包含對所述的位置和地點之間的偏移進行比較的步驟。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其中，所述的比較包含確定由第一線圈部件和第二線圈部件產(chǎn)生的各正弦波信號之間的偏移的步驟。
33.按照權(quán)利要求27的方法，其中，轉(zhuǎn)子組件包含一些徑向延伸的葉片，每個葉片包含一個位于一個徑向向內(nèi)的部件(310)和一個徑向向外的部件(308)之間的中央柔性件，所述流動包含響應(yīng)科里奧利力使中央柔性件彎曲。
34.按照權(quán)利要求27的方法，其中，結(jié)合以下步驟操作一個連接到轉(zhuǎn)子組件(307)上的用于使轉(zhuǎn)子組件圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的電機(325)，所述轉(zhuǎn)子組件響應(yīng)所述旋轉(zhuǎn)對流動通道中的物質(zhì)產(chǎn)生一種泵作用并且也使物質(zhì)流過流量計。
全文摘要
一種具有一個轉(zhuǎn)子組件的科里奧利流量計,轉(zhuǎn)子組件設(shè)置在一個殼內(nèi)并且有一個中央旋轉(zhuǎn)軸線。轉(zhuǎn)子組件有一些流動通道,每個流動通道從轉(zhuǎn)子組件的外周面延伸到轉(zhuǎn)子組件的一個中央凹槽中。一個進口將物質(zhì)通過流動通道輸送到流量計的一個出口。轉(zhuǎn)子組件在物質(zhì)流過流動通道時圍繞中央旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。由于物質(zhì)的流動和轉(zhuǎn)子組件的同時旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的科里奧利力使得一個包括轉(zhuǎn)子組件的一部分的柔性部件承受一個弧形的偏移。應(yīng)力儀或傳感線圈和磁鐵產(chǎn)生可以指示角偏移的幅度和流動物質(zhì)的質(zhì)量流率的信號。一個連接在轉(zhuǎn)子組件上的電機可以使轉(zhuǎn)子組件在一個增加的速度下旋轉(zhuǎn),以使流量計作為一個泵來工作,從而產(chǎn)生可以指示泵流量的輸出信號。
文檔編號G01F1/82GK1201519SQ96198181
公開日1998年12月9日 申請日期1996年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月16日
發(fā)明者C·B·范克勒維, R·S·洛溫 申請人:微動公司