專利名稱：直管式科里奧利流量計(jì)中流量管與平衡桿的彈簧剛度平衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及科里奧利流量計(jì)，具體涉及到單流量管式科里奧利流量計(jì)，它響應(yīng)流動(dòng)物質(zhì)的密度變化保持流量管與平衡桿之間的動(dòng)平衡。
問題在單流量管式科里奧利流量計(jì)中，于具有物質(zhì)流的振動(dòng)流量管和相關(guān)的平衡桿之間保持動(dòng)平衡成為一個(gè)問題。單流量管式科里奧利流量計(jì)設(shè)有平衡桿在不同的操作條件下保持流量計(jì)的動(dòng)平衡。平衡桿與此流量計(jì)流管平衡，它們與流量管異相振動(dòng)，使得平衡桿與振動(dòng)流量管的結(jié)合構(gòu)成動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)。
單流量管式科里奧利流量計(jì)，在工廠對于具有已知比重的物質(zhì)或?qū)τ谝阎戎胤秶?．8～1．0、1．0～1．2等的物質(zhì)，經(jīng)過校準(zhǔn)并取得動(dòng)平衡。這類流量計(jì)只要它們的應(yīng)用限于所具比重接近相對于它進(jìn)行過流量計(jì)校正的物質(zhì)時(shí)，就能滿意的操作和保持動(dòng)平衡。但是并不總能使科里奧利流量計(jì)限用于所具比重已相對其校準(zhǔn)過流量計(jì)的物質(zhì)。將流量計(jì)應(yīng)用于具有其他密度的物質(zhì)時(shí)，會(huì)使流量計(jì)失衡而導(dǎo)致其搖動(dòng)，結(jié)果降低了精度。
單流量管式科里奧利流量計(jì)包括流量管、與流量管振動(dòng)連接的平衡桿或平衡量(以后稱作平衡桿)以及封閉此流量管和平衡桿的圍套。有一伸長柱常常從流量管伸出，通過此套的兩端，使得流量計(jì)結(jié)構(gòu)可以連接到其物質(zhì)流待測量的相關(guān)管道上。當(dāng)流量計(jì)的動(dòng)平衡取得時(shí)，靜止?fàn)顟B(tài)的端節(jié)點(diǎn)位置通常是在流量管與圍套端的交匯處。流量管有較短的部分從圍套各端向內(nèi)延伸到一撐桿，此撐桿垂直于流量管的縱軸線并將流量管連接到平衡桿的端部。裝填到流量管中的物質(zhì)與平衡桿以下述方式異相振動(dòng)，使得流量管／平衡桿所成的對形成動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，以節(jié)點(diǎn)處于流量管和圍套端的相交處。當(dāng)取得了這種動(dòng)平衡，圍套就不振動(dòng)。
當(dāng)流量計(jì)是以所具比重不同于相對于它校準(zhǔn)和平衡流量計(jì)的這一比重的物質(zhì)工作時(shí)，由于動(dòng)態(tài)不平衡而發(fā)生圍套振動(dòng)。在此情形下，節(jié)點(diǎn)的位置移動(dòng)，不再在套端。取決于新材料的比重，振動(dòng)節(jié)點(diǎn)或向內(nèi)移(對于較重的物質(zhì))，離開套端，沿朝向流量計(jì)的中心方向；或此節(jié)點(diǎn)外移(對于較輕的物質(zhì))，到圍套之外而進(jìn)入管道。不論在上述那種條件之下，為了滿足動(dòng)量守恒定律，這個(gè)套都振動(dòng)，于是流量計(jì)的精度便下降。
流量計(jì)的設(shè)計(jì)包括把速度傳感器相對于流量管節(jié)點(diǎn)置于流量管的有利位置。已知將傳感器設(shè)于較靠邊端節(jié)點(diǎn)處能提高流量計(jì)的靈敏度，而把傳感器設(shè)于較遠(yuǎn)離端節(jié)處則會(huì)降低流量計(jì)的靈敏度。最好是流量計(jì)具有固定的和已知的靈敏度。當(dāng)流量計(jì)是以不同密度的物質(zhì)工作時(shí)，端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致傳感器與節(jié)點(diǎn)的距離改變。這就改變了流量計(jì)的靈敏度并降低了輸出信息的精度。盡管這種靈敏度的改變較小，但卻大多足以影響關(guān)鍵性的應(yīng)用，使得所輸出的失真了的信息給用戶造成問題。
總之，科里奧利流量計(jì)的靈敏度是其速度傳感器與確定有效流量管長端部的節(jié)點(diǎn)間距離的函數(shù)。在單流量管式流量計(jì)時(shí)，物質(zhì)流比重的改變將促致流量管的端節(jié)點(diǎn)改變，隨即將改流量計(jì)的靈敏度。
傳統(tǒng)的解決單流管式科里奧利流量計(jì)平衡問題的方法是，使得圍套的質(zhì)量盡可能地大以使其振幅最小，由此而使節(jié)點(diǎn)位置的變化最小。此外，由于這種不平衡(它導(dǎo)致流量計(jì)振動(dòng))是物質(zhì)密度的函數(shù)，同時(shí)由于物質(zhì)密度是據(jù)流量管的頻率測定，故可根據(jù)流量管的振動(dòng)頻率，用流量計(jì)電子裝置中的軟件算法來修正此流量計(jì)的校準(zhǔn)系數(shù)。這種方法的主要問題是它未考慮到流量計(jì)安裝剛度對流量計(jì)振幅的影響。流量計(jì)的軟性安裝會(huì)比硬的安裝造成較高的振幅(和較大的節(jié)點(diǎn)位置位移)。用于這種輸出儀器中的校正算法是假定流量計(jì)的安裝具有“平均硬度”，因而是用于軟安裝的不足補(bǔ)償和用于硬安裝的過份補(bǔ)償，結(jié)果降低了科里奧利流量計(jì)和相關(guān)儀器的輸出精度。
解決方法本發(fā)明通過提供這樣一種流量計(jì)，它具有單一流量管、平衡桿和使此流量計(jì)能在廣范圍的物質(zhì)密度保持動(dòng)平衡的相關(guān)互連結(jié)構(gòu)，解決了上述問題和改進(jìn)了工藝。這種動(dòng)平衡是通過控制平衡桿、流量管和以后稱作為撐桿的彈性結(jié)構(gòu)的特性，而在流量管與平衡桿之間保持的。此撐桿將平衡桿的端部和流量管連接，通過動(dòng)態(tài)地改變平衡桿的諧振頻率去匹配充填有不同密度物質(zhì)的流量管的諧振頻率而保持這種平衡。在執(zhí)行這種功能時(shí)，平衡桿起到類似動(dòng)平衡器的作用，自動(dòng)地保持所需的振幅以使流量管和其內(nèi)的物質(zhì)平衡。
振動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)基本定律要適用于本發(fā)明。第一個(gè)是(當(dāng)不存在外力時(shí))動(dòng)量必須守恒。這意味著質(zhì)量乘一個(gè)方向的速度等于此質(zhì)量乘相反方向的速度。(在正弦運(yùn)動(dòng)中，速度正比于振幅。由于流量管與平衡桿的不同的點(diǎn)處具有不等的振幅，這就成為一個(gè)計(jì)算問題)。在非平衡式流量計(jì)中，上述定律仍能成立，但是流量計(jì)套質(zhì)量以及相連接的管道質(zhì)量也要涉及到，因?yàn)樗鼈兓螂S流量管或隨平衡桿振動(dòng)。但是，不論此流量計(jì)如何振動(dòng)，振動(dòng)的物質(zhì)總是分成兩組隨流量管振動(dòng)的和隨平衡桿振動(dòng)的。動(dòng)量守恒要求這兩組物質(zhì)的總的動(dòng)量相等且相反。
第二個(gè)與本發(fā)明有關(guān)的定律是雙體系統(tǒng)的兩半都必須具有相同的諧振頻率。要是它們不具有相同的諧振頻率，它們就將構(gòu)成不同的振動(dòng)方式而非同一振動(dòng)方式的兩半。諧振頻率等于剛度／質(zhì)量的平方根。因此，具有相同諧振頻率的兩個(gè)質(zhì)量組必須具有相同的剛度對質(zhì)量比。
在平衡式流量計(jì)中，帶有所含物質(zhì)的流量管與平衡由于它們具有相同的諧振頻率而有相同的剛度對質(zhì)量比。當(dāng)傳統(tǒng)的單一流量管式流量計(jì)因不同密度的物質(zhì)而失衡時(shí)，使流量管質(zhì)量與平衡桿質(zhì)量分開的節(jié)點(diǎn)便運(yùn)動(dòng)，以配合包括流量管、平衡桿與套的組合結(jié)構(gòu)的動(dòng)量守恒。對于較致密的物質(zhì)，節(jié)點(diǎn)于流量管上向內(nèi)移動(dòng)，使得流量管物質(zhì)和套物質(zhì)中的某些物質(zhì)隨平衡桿振動(dòng)。這種物質(zhì)移動(dòng)的結(jié)果使得流量管的固有頻率下降到低于增加的物質(zhì)密度所表明的，這是由于流量管把某些物質(zhì)讓給了平衡桿。同樣，平衡桿固有頻率也由于增加了包括部分流量管與套的質(zhì)量而下降，使得這兩種結(jié)構(gòu)的質(zhì)量／硬度比和諧振頻率保持相等。對于低密度的物質(zhì)，節(jié)點(diǎn)依相反方向運(yùn)動(dòng)向平衡桿將物質(zhì)讓給流量管以保持諧振頻率相等。
在這種先有技術(shù)的解決方法中，節(jié)點(diǎn)位置的位移基本上是將質(zhì)量從一個(gè)部件和套移到另一個(gè)部件。問題涉及到套的質(zhì)量，且事實(shí)上它的振幅是未知的安裝剛度的函數(shù)。由于套的振幅未知，流量計(jì)的靈敏度變化也未知。節(jié)點(diǎn)因不平衡的位移由于使得一個(gè)“彈簧”較長而另一個(gè)較短，也就會(huì)改變這兩個(gè)部件的彈簧剛度。但由于各個(gè)部件的這種“彈簧功能”是分布到整個(gè)結(jié)構(gòu)上，與此“彈簧”的長度相比，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)距離很小，因而彈簧剛度的改變也很小。
本發(fā)明中，各部件的“最大彎矩”集中于節(jié)點(diǎn)的鄰區(qū)而不是分布到整個(gè)結(jié)構(gòu)之上。這樣，節(jié)點(diǎn)的位移由于使得一個(gè)部件較短因而較硬同時(shí)使得另一個(gè)較長因而較軟(彈簧剛度反比于彈簧長度)，從而顯著地改變了有效彈簧長度。本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)物質(zhì)密度的位移在改變彈簧剛度時(shí)保持著流量管和平衡桿兩者的諧振頻率相等。由于諧振頻率相等，流量管和平衡桿的振幅本身便自動(dòng)地調(diào)節(jié)成動(dòng)量守恒。由此不用轉(zhuǎn)移顯著的質(zhì)量或牽涉流量計(jì)套就可保持流量計(jì)平衡。
根據(jù)本發(fā)明，流量管與平衡桿從流量計(jì)的彈簧功能中除去，而把彈簧功能集中于撐桿。作為彈簧的結(jié)構(gòu)的有效性可以根據(jù)其在彎曲狀態(tài)下存儲的彈簧能數(shù)量測定。要是一個(gè)區(qū)域只存儲很少的彈簧能，它就對此系統(tǒng)的頻率只有很少的影響。彈簧能的方程。
E=1／2 kx2表明了，若使剛度k很小，則可使彈簧能不顯著。在這樣做了之后，此結(jié)構(gòu)的行為就象在該非常軟的彈簧位置有一鉸鏈或間隙。通過使彈簧偏移x很小，也可使某一區(qū)域的彈簧能很小。若使局部荷載減小或讓彈簧剛度k的大小使該荷載不能彎曲該構(gòu)件，也可使彈簧能很小。當(dāng)這樣做時(shí)，該結(jié)構(gòu)就類似于在高剛度的位置存在有剛性桿。這兩種方法都是用來從流量計(jì)的(有效)彈簧功能除去流量管與平衡桿的。此平衡桿和流量管仍然保持對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的重要性，但它們只是作為質(zhì)量元件。
根據(jù)本發(fā)明一種可能的最佳實(shí)施例，通過除去流量管的中間部分而代之以伸縮膜盒。這種膜盒具有的彈簧剛度低到即使將其高度偏轉(zhuǎn)也只能存儲很少的能量。流量管的這一軟中心段使此流量管能類似兩個(gè)在其端部以膜盒松松地連接的剛性懸臂梁那樣變形。此流量管的動(dòng)態(tài)部分的彎短能通過膜盒有效地除去，而使得膜盒各側(cè)的流量管一半只發(fā)生很小的變形(它們?nèi)匀幌喈?dāng)平直)。彈簧變形和彈簧存儲能量的大部分便由此而從流量管的動(dòng)態(tài)部分除去。由于流量管必須是連續(xù)的而不能終止于撐桿處，流量管的端部(在撐桿之外而在套端之內(nèi))便在流量管懸臂梁部分偏轉(zhuǎn)時(shí)彎曲。這些流量管部分(以后稱作管段)在其彎曲時(shí)儲能。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，基本上是所有彈簧能都包含在撐桿中。這樣，通過把膜盒用于管段中就能從管段除去彈簧能，這同于中央流量管膜盒消除彈簧能的方式。本發(fā)明中流量管的整個(gè)彈簧功能是通過三個(gè)膜盒使之存在于撐桿中。
本發(fā)明的平衡桿也從彈簧功能中除去，因?yàn)樗瑯邮蛊渲行奶幹瞥珊苋彳浶问?。與流量管相同，此平衡桿的其余部分則為剛性的。此平衡桿的端部并不延伸到撐桿之外，因而不需要端部膜盒。這種使中央部分軟而使其全部分剛硬的組合結(jié)果有效地從流量計(jì)的彈簧功能中除去了彈簧桿。從流量計(jì)的彈簧功能中除去流量管和平衡桿的結(jié)果是，彈簧功能幾乎全部集中于撐桿內(nèi)。
流量計(jì)彈簧功能集中于撐桿內(nèi)是有利的，因?yàn)檫@種撐桿較短而有效地包括著短的彈簧。本發(fā)明的流量計(jì)平衡成，使得將流量管彈簧與平衡桿彈簧作動(dòng)態(tài)分離的端節(jié)點(diǎn)為存在于撐桿之中。這樣，各個(gè)端節(jié)點(diǎn)便將作用到流量管有效彈簧上的短部分同作用到平衡桿上有效彈簧的短部分分開。物質(zhì)密度的改變導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)位置稍許位移，這(由于彈簧很短)使得一個(gè)彈簧變得顯著地較短較硬而另一個(gè)變得顯著地較長較軟。動(dòng)量守恒要求節(jié)點(diǎn)位置移向質(zhì)量增加部件。對于較致密的質(zhì)量，節(jié)點(diǎn)移向流量管，而對于較松稀的物質(zhì)，節(jié)點(diǎn)移向平衡桿。結(jié)果是，對于較致密的物質(zhì)，流量管彈簧(位于撐桿內(nèi))變得較硬，而平衡桿彈簧(也位于撐桿內(nèi))則變得較軟。這種改變足以將這兩個(gè)部件保持有相等的諧振頻率。相反，對于較松稀的物質(zhì)，節(jié)點(diǎn)移向平衡桿，流量管彈簧變得較軟而平衡桿彈簧變得較硬，同樣保持著相等的諧振頻率。
當(dāng)流量管與平衡桿兩者有相等的諧振頻率時(shí)，它們相互起到類似調(diào)諧動(dòng)態(tài)平衡器的作用。因此，它們便調(diào)節(jié)其相對振幅，使得動(dòng)量守恒而不涉及到顯著的套或管道振動(dòng)。平衡是通過改變振動(dòng)件的彈簧剛度而不是通過改變質(zhì)量來保持的。這樣，由于減少了套與管道的振動(dòng)就減少了流量計(jì)靈敏感因安裝剛度的變化，從而大大優(yōu)于先有技術(shù)。
前面指出過，在先有技術(shù)的流量計(jì)中，節(jié)點(diǎn)因物質(zhì)密度的位移使彈簧剛度產(chǎn)生微小的(不顯著的)變化，同時(shí)使質(zhì)量分布產(chǎn)生很大的變化。相反，本發(fā)明使質(zhì)量分布產(chǎn)生很小的變化同時(shí)使彈簧剛度有很大的變化。有兩個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)都是為保持流量計(jì)所涉及的質(zhì)量最小所必須的。第一個(gè)是流量計(jì)彈簧集中于端節(jié)點(diǎn)的鄰區(qū)。另一個(gè)是此流量計(jì)管／平衡桿動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對于套的連接(要是未用套時(shí)對于地的連接)必須是在沒有振幅的點(diǎn)上。自然，此動(dòng)態(tài)系統(tǒng)沒有振動(dòng)的唯一區(qū)域便是端節(jié)點(diǎn)。端節(jié)點(diǎn)是在撐桿之內(nèi)且因物質(zhì)密度而變換位置。將此動(dòng)態(tài)系統(tǒng)連接到套上的結(jié)構(gòu)(以后稱作套連接桿)設(shè)計(jì)因而對于保持套的振幅為零是起到關(guān)鍵作用的。
本發(fā)明的套連接桿的具體設(shè)計(jì)取決于平衡桿的設(shè)計(jì)。這種平衡桿的一種最佳實(shí)施形式是讓其與流量管同心且使得流量管通過平衡桿的空心中央。撐桿在此取圓環(huán)形式，從流量管的外徑延伸到平衡桿的內(nèi)徑。這種撐桿(環(huán))取有限的軸向長度，得以具有合適的剛度將所需的諧振頻率傳遞給此流量計(jì)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。這種撐桿位于平衡桿的端部。
給定了上述這種最佳幾何結(jié)構(gòu)，便確定了各撐桿的變形性質(zhì)。流量計(jì)平衡成使得它各端的節(jié)點(diǎn)位置處在撐桿之內(nèi)。撐桿(環(huán))的內(nèi)表面在流量管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而其外表面隨平衡桿運(yùn)動(dòng)。于是各節(jié)點(diǎn)包括在撐桿外表面與內(nèi)表面之間的柱形表面。從此節(jié)點(diǎn)表面向外，撐桿物質(zhì)與平衡同相振動(dòng)，隨著它與節(jié)點(diǎn)表面距離的增加而加大其振幅。從節(jié)點(diǎn)表面向內(nèi)，撐桿物質(zhì)與流量管同相振動(dòng)，同樣隨其距節(jié)點(diǎn)表面距離的增加而加大振幅。于是可見此撐桿在剪切作用下偏轉(zhuǎn)，似乎它是一種扭簧。此節(jié)點(diǎn)表面使有效的平衡桿彈簧與有效的流量管彈簧分開。當(dāng)流量管與平衡桿之間的振幅比因物質(zhì)密度改變而改變時(shí)，此柱形節(jié)點(diǎn)表面便內(nèi)移或外移而改變其直徑。這樣就改變了相對“彈簧”長度，并不論流量管的質(zhì)量如何改變而保持著這兩個(gè)有效部件固有頻率相等，隨著此節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而在流量管與平衡桿之間發(fā)生的質(zhì)量傳遞是微不足道的，因而不需考慮套的質(zhì)量。
上述套連接桿必須將流量計(jì)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)支持于套內(nèi)而不促致套振動(dòng)。平衡桿與流量管的端部對于撐桿中發(fā)生的大多數(shù)偏轉(zhuǎn)是不彎的，它們在各端繞共同的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在樞軸上，不會(huì)有平衡桿的外移，但是存在著旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。在此最佳實(shí)施例中，套連接桿在樞軸上接附到平衡桿端的外部。通過使它們在振動(dòng)方向上平移時(shí)不易彎曲，它們就能支承動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)而不把振動(dòng)傳遞給套的。通過使套連結(jié)桿易于扭轉(zhuǎn)就能避免彈簧能越出支撐桿。在此最佳實(shí)施例中，這種套連接桿呈扁平蝴蝶形結(jié)構(gòu)，沿樞軸在平衡桿之外和套之內(nèi)延伸。有四個(gè)套連接桿，各平衡桿端各側(cè)上一個(gè)。這種桿的平面與流量管軸向垂直。上述幾何結(jié)構(gòu)減少了動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與套沿流量管／平衡桿振動(dòng)方向的剛性。這種蝴蝶形的“腰”約存在于平衡桿與套的半途，使平衡桿與套的連接易扭轉(zhuǎn)同時(shí)減少了這種桿中的扭轉(zhuǎn)彈簧能。
總之，本發(fā)明通過改變相對彈簧剛度而不是改變質(zhì)量分布。不論物質(zhì)密度如何改變而能保持動(dòng)態(tài)平衡。這是由于將結(jié)構(gòu)彈簧集中于端節(jié)點(diǎn)鄰區(qū)所致。所述動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)是由套連接桿沿流量管／平衡桿軸線支持于套中的。這些連接桿不易在振動(dòng)方向中平移但易于扭轉(zhuǎn)。
可以看到，本發(fā)明的第一方面包括一種科里奧利流量計(jì)，它的動(dòng)平衡得到了改進(jìn)，且包括流量管(104)與平衡桿(1101)，它們基本上相互平行取向；撐桿裝置(1001)，用來將所述平衡桿端部連接到所述流量管；所述流量管(104)具有彈簧功能與質(zhì)量功能；所述平衡桿(1101)具有彈簧功能與質(zhì)量功能；參考物質(zhì)(1401)；用來將所述參考物質(zhì)連接到所述撐桿裝置的裝置(1701)；驅(qū)動(dòng)裝置(D)，用來使所述平衡桿與流量管相互異相作橫向振動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)裝置能有效地在所述撐桿裝置(1001)，平衡桿(1101)或流量管(104)之一中確立振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述振動(dòng)節(jié)點(diǎn)能使所述流量管的有效彈簧功能與所述平衡桿的有效彈簧功能分開；用來將所述平衡桿的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)附近的裝置(1002)；上述集中裝置能有效地在不同時(shí)刻響應(yīng)所述流量管中不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，而改變所述平衡桿的有效彈簧功能，上述集中裝置能有效地保持此科里奧利流量計(jì)的改進(jìn)的動(dòng)平衡。
第二方面包括第一方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述集中裝置(1002)包括所述平衡桿的縱向中間部，此中間部具有相對于此平衡桿的其余部分增大了的可彎性。
第三方向包括第二方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述平衡桿的中間部包括平衡桿的切口部(2402)。
第四方面包括第一方面的科里奧利流量計(jì)，還包括用來將所述流量管的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)鄰近的裝置(1003)；所述用來將流量管的有效彈簧功能集中的裝置，能有效地在不同時(shí)間響應(yīng)流量管中不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，有效地改變流量管的有效彈簧功能。
第五方面包括第四方面的科里奧利流量計(jì)其中所述用來集中流量管的有效彈簧功能的裝置包括流量管的縱向中間部分(1003)，此中間部具有相對于流量管的其余部分增大了的可彎性。
第六方面包括第五方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述流量管的中間部分包括膜盒(1003)。
第七方面包括第一方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述參考物質(zhì)包括包圍此平衡桿(1101)和流量管(104)以及所述撐桿裝置(100)的套(1401)；此套具有基本平行于上述平衡桿和流量管的縱軸線；其中所述用于連接的裝置包括用來將此撐桿裝置與所述套連接以防撐桿裝置相對于套平移的裝置(1701)。
第八方面包括第七方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述用來將此撐桿裝置連接到所述套的裝置包括連接桿(1701)，此連接桿具有基本上垂直于所述平衡桿縱軸線的平表面，而此表面所具形狀能允許此撐桿裝置相對于所述套轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)能防止撐桿裝置相對于套平移；此撐桿裝置是繞垂直于上述平衡桿與流量管的縱軸線的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且從撐桿裝置延伸到所述套。
第九方面包括第八方面的科里奧利流量計(jì)，其中各所述連桿的所述基本平表面是基本砂漏形的，而確定出第一端(1704)和窄的中間部(1702)以及第二端(1703)。
第十方面包括第九方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述連接桿的第一端是與所述撐桿裝置連接而所述第二端則與此套的內(nèi)壁部連接；所述連接桿的中部具有低的扭轉(zhuǎn)彈簧剛度而得以使撐桿裝置相對于套轉(zhuǎn)動(dòng)；此中部還具有充分強(qiáng)度來防止撐桿裝置相對于套轉(zhuǎn)動(dòng)。
第十一方面包括第十方面的科里奧利流量計(jì)，其中各所述連接桿還包括角板件(2901)，此角板件定出一連接在所述平衡桿與連接桿之間的平面；所述角板件具有固定在平衡桿外表面上的第一邊，而此第一邊排列成基本上平行于平衡桿的縱軸線；所述角板件具有基本上垂直于上述第一邊且固定于此連接桿所述基本上平表面上的第二邊；此角板件能有效地提高平衡桿的橫振動(dòng)頻率，同時(shí)基本上不影響沿垂直于此橫振動(dòng)頻率的方向傳遞給平衡桿的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率。
第十二方面包括第八方面的科里奧利流量計(jì)，還包括流量管段(1404)，用來將鄰近所述撐桿裝置的流量端部連接到所述套的端部。
第十三方面包括第十二方面的科里奧流量計(jì)，其中所述流量管段包括鄰近所述撐桿的膜盒(2201)；此膜盒能有效地降低流量管段的彈簧功能，使撐桿裝置動(dòng)態(tài)地與所述套端分開。
第十四方面包括第十方面的科里奧利流量計(jì)，還包括位于所述平衡桿和流量管鄰近的前述驅(qū)動(dòng)器裝置(D)，用來使流量管與平衡桿相互相對地垂直于它們的縱軸線異相地振動(dòng)；以及位于所述流量管鄰近的傳感器裝置(SR，SL)，用來在流量管為上述驅(qū)動(dòng)裝置振動(dòng)的同時(shí)，探測通過流量管的物質(zhì)流所產(chǎn)生的流量管的科里奧利擾動(dòng)。
上述傳感器裝置能有效地響應(yīng)所述探測，產(chǎn)生出表示所述流動(dòng)物質(zhì)至少一種特性的輸出信號。
第十五方面包括第一方面的動(dòng)平衡的科里奧利流量計(jì)，它包括有具有彈簧功能與質(zhì)量功能的所述流量管；具有彈簧功能與質(zhì)量功能的所述平衡桿；所述撐桿裝置基本上垂直于此平衡桿與流量管并將平衡桿端部與流量管連接；
包圍此平衡桿、流量管與撐桿裝置的細(xì)長套；上述套具有基本上平行于此平衡桿和流量管的縱軸線；上述驅(qū)動(dòng)裝置能有效地在所述撐桿裝置、平衡桿或流量管之一中確立振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述振動(dòng)節(jié)點(diǎn)能使所述流量管的有效彈簧功能與所述平衡桿的有效彈簧功能分開；使撐桿裝置連接到套的內(nèi)壁部上的連桿(1701)，它用來在平衡桿與流量管相互相對異相振動(dòng)時(shí)防止撐桿裝置相對于套運(yùn)動(dòng)；此連接桿呈沙漏形，允許撐桿裝置相對于套運(yùn)動(dòng)同時(shí)防止撐桿裝置相對于套平移；此撐桿裝置圍繞垂直于平衡桿和套的縱軸線的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；包括有在平衡桿中央部分一切口(2402)的裝置，用來將所述平衡桿的有效彈功能集中于上述節(jié)點(diǎn)鄰近；包括有膜盒(1003)的裝置，此膜盒構(gòu)成流量管一中間部分，用來將流量管的有效彈簧功能集中到節(jié)點(diǎn)鄰近；上述集中裝置能有效地在不同時(shí)刻響應(yīng)流量管中不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，改變平衡管與流量管的有效彈簧剛度；流量管段(1404)，將撐桿裝置鄰近的流量管端部連接到套的端部，所述流量管段包括與撐桿裝置鄰近的膜盒，用來減少此流量管段的彈簧剛度而將撐桿與套端動(dòng)態(tài)地分開；所述撐桿裝置基本上包括此科里奧利流量計(jì)的整個(gè)彈簧功能，用來當(dāng)不同密度的材料存在于流量管中時(shí)，通過改變此撐桿裝置的彈簧各段的彈簧剛度比，保持此科里奧流量計(jì)的動(dòng)平衡；以及傳感器裝置(SL，SR)，位于流量管鄰近，用來在流量管為驅(qū)動(dòng)裝置振動(dòng)時(shí)，探測物質(zhì)流通過流量管時(shí)所產(chǎn)生的流量管的科里奧利振動(dòng)；上述傳感器裝置能有效地響應(yīng)上述探測結(jié)果，產(chǎn)生代表所述流通物質(zhì)至少一個(gè)特征的輸出信號。
第十六方面包括第一方面的科里奧利流量計(jì)，它包括有用來將套連接到所述撐桿裝置的連接桿裝置；所述連接桿裝置具有基本上垂直于所述平衡桿縱軸線的基本平表面，且此平表面的形狀能允許撐桿裝置相對于所述套轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)防止撐桿裝置相對于此套平移；上述撐桿裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)是繞垂直于流量管的縱軸線且從撐桿裝置延伸到套的縱軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)；上述連接桿裝置的第一端與撐桿裝置相連而其第二端與套的內(nèi)壁部相連；上述連接桿的中部具有低的扭轉(zhuǎn)彈簧剛度以使所述撐桿裝置能相對于套轉(zhuǎn)動(dòng)，上述中部所具的強(qiáng)度足以防止撐桿裝置相對于套平移；各個(gè)所述連接桿裝置還包括角板件(2901)，此角板件確定一在上述平衡桿與連接桿裝置間的平表面；此角板件有第一邊固定于平衡桿的外表面，且此第一邊排設(shè)成基本上與平衡桿的縱軸線平行；此角板件有第二邊與此第一邊基本垂直且固定到所述連接桿裝置的基本平表面上；此角板件能有效地提高平衡桿的橫振動(dòng)頻率，同時(shí)基本上不影響沿垂直于此橫振動(dòng)頻率的方向傳遞給此平衡桿的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率。
第十七方面包括使具有基本相互平行的平衡桿(1101)與流量管(104)動(dòng)平衡的方法，此流量計(jì)還具有與參考物質(zhì)(1401)連接且將此平衡桿端部與此流量管連接的撐桿裝置(1001)，所述方法包括下述步驟使所述平衡桿與流量管相互異相地橫向振動(dòng)，以將振動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)于此平衡桿、撐桿裝置或流量管之一之上；所述振動(dòng)節(jié)點(diǎn)用來將所述流量管的有效彈簧功能與此平衡桿的有效彈簧功能分開；將此平衡桿的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)鄰近；上述集中步驟能有效地用來響應(yīng)不同時(shí)刻在所述流量管不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，去改變所述平衡桿的有效彈簧功能；上述集中步驟還能有效地改變所述科里奧利流量計(jì)的動(dòng)平衡。
第十八方面包括第十七方面的方法，其中所述集中平衡桿(1101)的彈簧功能的步驟包括下述步驟提供此平衡桿的中間部分(2402)，此中間部分比平衡桿的其余部分具有較大的可彎性。
第十九方面包括第十八方面的方法，其中所述集中步驟包括下述步驟使上述平衡桿的中間部分包括一切口部(2402)。
第二十方面包括第十八方面的方法，它還包括下述步驟將所述流量管的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)鄰近，用來響應(yīng)在不同時(shí)間有不同密度的物質(zhì)出現(xiàn)時(shí)，改變所述流量管的有效彈簧功能。
第二十一方面包括第二十方向的方法，其中所述集中流量管彈簧功能的步驟包括使此流量管的中部包括膜盒(1003)的步驟。
第二十二方面包括第十七方面的科里奧利流量計(jì)，其中所述參考物質(zhì)包括一套而所述方法還包括下述步驟以上述套包圍所述平衡桿、流量管和支撐桿裝置，使所述套的縱軸線基本上平行此平衡桿與流量管；將所述撐桿裝置連接到上述套的內(nèi)壁部上，用來防止所述撐桿裝置響應(yīng)平衡桿與流量管相互相對異相振動(dòng)而相對于該套平移。
第二十三方面包括第二十二方面的方法，其中所述連接裝置包括連接桿(1701)，后者所取形狀能讓所述撐桿相對于所述套轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)防止此撐桿裝置相對于該套平移；所述方法還包括使該撐桿裝置相對于上述連接桿繞前述平衡桿與流量管的縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的步驟。
第二十四方面包括第二十三方面的方法，其中所述連接桿呈砂漏形，而上述轉(zhuǎn)動(dòng)步驟則包括轉(zhuǎn)動(dòng)所述連接桿的步驟，使得各所述連接桿的第一部分相對于各所述連接桿的第二部分響應(yīng)該撐桿裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，而上述砂漏形的窄頸部所取的形狀能促進(jìn)上述轉(zhuǎn)動(dòng)。
第二十五方面包括第二十二方面的方法，還包括將與所述撐桿裝置鄰近的前述流量管的端部通過流量管段與所述套的端部(1405)連接。
第二十六方面包括第二十五方面的方法，同時(shí)還包括下述步驟應(yīng)用與所述支撐桿鄰近的所述流量管段中的膜盒，減弱此流量管段的有效彈簧功能而使所述撐桿裝置與所述套的端部動(dòng)態(tài)地分開。
附圖的說明通過閱讀下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，當(dāng)可更好地理解本發(fā)明，在附圖中

圖1、2與3示明了先有技術(shù)直管式科里奧利流量計(jì)的振動(dòng)特性。
圖4、5、6、7與8表明了集總彈簧／質(zhì)量結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。
圖9示出了一已有技術(shù)的科里奧利流量計(jì)。
圖10示出了本發(fā)明的平衡桿與流量管彈簧結(jié)構(gòu)。
圖11、12、13、14、15與16示明了本發(fā)明撐桿、平衡桿與流量管結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
圖17、18、19、20與21示明了本發(fā)明的撐桿連接桿的細(xì)節(jié)。
圖22示明了本發(fā)明的流量管的延伸段。
圖23、24、25、26、27與28示明了本發(fā)明的第一與第二可能的典型的實(shí)施例。
圖29與30示明了圖18-21的撐桿連接桿的另一實(shí)施例。
詳細(xì)說明圖1與圖2的描述圖1描繪科里奧利流量管104，它由位于其中心101的驅(qū)動(dòng)器D振動(dòng)并在無流量的條件下工作而形成了節(jié)點(diǎn)位置102與103。流量管104連帶地配置有左傳感器SL和右傳感器SR。點(diǎn)劃線106表示流量管104的零位移軸線。虛線107表示流量管104偏轉(zhuǎn)極限的相對位置。圖2描述了同一流量計(jì)在有流量的情形下。
在振動(dòng)的流量管的科里奧利流量計(jì)中，流動(dòng)物質(zhì)的科里奧利力改變此振動(dòng)流量管104的形狀。這種變形經(jīng)顯著擴(kuò)大作為圖2中的成分108，導(dǎo)致沿流量管104的不同位置處以略有不同的相位振動(dòng)。各個(gè)點(diǎn)沿此振動(dòng)的流量管作正弦波運(yùn)動(dòng)，但在物質(zhì)流動(dòng)中，這些點(diǎn)并不同時(shí)達(dá)到它們的最大位移或零位移。此振動(dòng)的流量管中心不存在因流量發(fā)生的相變，同時(shí)趨向入口端的位置將加大相位滯后量而趨向出口端的位置將增加起前相位量。因此，具有最大相位滯后和超前的點(diǎn)便落在流量管振動(dòng)部分的入口端與出口端。這樣的端部定義為節(jié)點(diǎn)或零振幅位置處。
端節(jié)點(diǎn)102設(shè)定為流量管104的入口而端節(jié)點(diǎn)103則位于流量管104的出口。流量管在其中心位左的部分有相位滯后，即流量管104這部分上的各點(diǎn)是在此流量管104左側(cè)對應(yīng)的點(diǎn)通過零位移軸線106之后才通過此軸線106的。
流量管104上兩個(gè)位置間的相位差可以用來測定流率。于流量管104的兩個(gè)位置上設(shè)有速度(或位移或加速度)傳感器SL及SR。兩個(gè)傳感器輸出正弦波間的延時(shí)(相位差除以流量管的頻率)正比于通過流量管104的質(zhì)量流率。這兩個(gè)傳感器輸出信號間的相位差與延時(shí)在端節(jié)點(diǎn)102與103處最大。將速度傳感器SL與SR設(shè)于節(jié)點(diǎn)102與103處從理論上看應(yīng)產(chǎn)生最敏感的流量計(jì)。但由于節(jié)點(diǎn)102和103并不運(yùn)動(dòng)就不會(huì)在該處探測到振幅。于是速度傳感器SL與SR的折衷位置便選定在既距節(jié)點(diǎn)102與103充分地遠(yuǎn)能獲得合理的靈敏度(相位差)，又有足夠的信號振幅來提供可快速探測的正弦波。這樣的折衷位置通常是在端節(jié)點(diǎn)102與103和位于中心的驅(qū)動(dòng)器D的中途。
端節(jié)點(diǎn)102與103的位置相對于固定速度傳感器SL與SR的位置的變化，改變著流量計(jì)對流量的靈敏度。隨著節(jié)點(diǎn)移向或移離速度傳感器，相位延遲因而流量計(jì)的靈敏度改變。流量管端節(jié)點(diǎn)102和103的位置是通過流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，但節(jié)點(diǎn)的位置可固流量計(jì)的失衡而改變。
圖3的描述圖3示明的流量管104經(jīng)端板301連接到圍套304上。流量管104是振動(dòng)的并有一定振幅。要是套304固定，則節(jié)點(diǎn)處在所需的節(jié)點(diǎn)位置102與103上。此時(shí)稱此結(jié)構(gòu)為動(dòng)平衡的。但在圖3中，套304也以相同的頻率振動(dòng)但相對流量管104成為180°異相(這是不平衡流量管的普通情形)。虛線106A與304A表示的是未偏轉(zhuǎn)的流量管與套的位置。在板301上的所需節(jié)點(diǎn)位置102和103由于套的振動(dòng)并非是真實(shí)的節(jié)點(diǎn)所在。真實(shí)的節(jié)點(diǎn)是在流量管104上流量管104相對于套304的振幅與套的振幅相等和相反的位置302與303處。這樣，節(jié)點(diǎn)302與303處的總振幅為零?？梢钥吹剑瑘D3中的節(jié)點(diǎn)位置302與303已在流量管104上由于套與流量管104異相振動(dòng)而從板301內(nèi)移。節(jié)點(diǎn)位置相對于固定位置傳感器SL與SR的位移改變了流量計(jì)對流量的靈敏度因而是不希望的。
為了將節(jié)點(diǎn)102和103保持于其在端板301內(nèi)的設(shè)計(jì)點(diǎn)處，必須使套304不得振動(dòng)。這對于單一(流動(dòng))物質(zhì)密度通過由同一諧振頻率的另一彈簧質(zhì)量系統(tǒng)來平衡流量管104的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)即可容易做到。
圖4、5和6的描述圖4示意地表明的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)說明了如何進(jìn)行平衡工作。兩個(gè)集中質(zhì)點(diǎn)(質(zhì)量)m1與m2由彈簧剛度為k理想無質(zhì)量彈簧連接。當(dāng)質(zhì)量m1與m2被拉離和松釋時(shí)，它們以同一諧振頻率相互異相180°振動(dòng)。
動(dòng)量守恒定律要求在一個(gè)方向上的質(zhì)量乘速度等于反方向的質(zhì)量乘速度，或即m1V1=m2V2。由于振動(dòng)速度正比于振幅，故有m1A1=m2A2，其中A1與A2是振幅。簡單地說，大的質(zhì)量m2必須要有小的振幅與m1相匹。由此還得到，在彈簧上存在具有零運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)N。在N處的節(jié)點(diǎn)位置將彈簧分成兩段l1與l2且l1／l2=A1／A2。由于節(jié)點(diǎn)N位置固定，各個(gè)彈簧段類似于緊固到壁上而不是緊固到另一段彈簧上。
這樣雙體振動(dòng)系統(tǒng)的兩半(在彈簧節(jié)點(diǎn)N的各側(cè))必須具有相同的諧振頻率。諧振頻率等于剛度／質(zhì)量這一比值的平方根，即fr=km.......................(1)]]>圖4的系統(tǒng)的兩半由于必須具有相同的剛度對質(zhì)量比，故有fr=knmn=klkl------(2)]]>根據(jù)彈簧剛度、長度與振幅的關(guān)系，還能確定此剛度對質(zhì)量比必須是常數(shù)。圖4中的彈簧為節(jié)點(diǎn)N分成兩個(gè)彈簧k1與k2。彈簧的剛度k反比于它的長度，或即k1／k2=l2／l1。由于l1／l2=A1／A2和m1A1=m2A2，通過代入，可以求得k1／m1=k2／m2。
要是圖4的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)代表的是傳統(tǒng)的平衡的單一流量管式科里奧利流量計(jì)，則m2就代表流量管104的質(zhì)量的m2則代表平衡桿的質(zhì)量。套304在節(jié)點(diǎn)N處連接到它們之上，如圖5所示。由于節(jié)點(diǎn)N不動(dòng)，套304不會(huì)振動(dòng)。圖6中，在m1上附加有質(zhì)量Δm來表示流量管中有較高密度的位置m1。功量守恒仍必須滿足，因而節(jié)點(diǎn)位置N朝m1移動(dòng)，至組成新的節(jié)點(diǎn)位置的位置Nd。這就會(huì)導(dǎo)致連接在N處(此N已不再是節(jié)點(diǎn)位置)的套304隨m2振動(dòng)，而其振幅使得新節(jié)點(diǎn)Nd各側(cè)的動(dòng)量和為零。由于這種套一般有遠(yuǎn)比m1或m2為大的質(zhì)量，此節(jié)點(diǎn)就不必在圖6中從N經(jīng)很遠(yuǎn)移動(dòng)到Nd來以足以使動(dòng)量守恒的振幅來振動(dòng)套304。要是從m1上除去而不是加上質(zhì)量，則此節(jié)點(diǎn)將從N向右移，而套304將隨m1而不是隨m2振動(dòng)。
總之，在先有技術(shù)的單一管式流量計(jì)中質(zhì)量(m1)的變化，會(huì)導(dǎo)致變化位置的改變足以使套的質(zhì)量與m1或m2同相振動(dòng)，而以充分的振幅使動(dòng)量守恒。既然套的質(zhì)量很大，節(jié)點(diǎn)位置的改變就很小，套的振幅也小，因而流量計(jì)靈敏度隨物質(zhì)密度的變化也很小。但是，這種靈敏度隨物質(zhì)密度的變化在某些應(yīng)用中大到足以降低科里奧利流量計(jì)所要求的精度。這種套可以看作是與平衡桿、流量管和撐桿相連的參考物質(zhì)。
本發(fā)明通過在平衡中改變剛度k1和k2而不涉及到套的質(zhì)量顯著地改進(jìn)了傳統(tǒng)流量管的平衡方法。在傳統(tǒng)的方法中，流量計(jì)結(jié)構(gòu)的有效彈簧分配到整個(gè)流量管、平衡桿和連接結(jié)構(gòu)如撐桿301上。端節(jié)點(diǎn)102和103的位置因流量管104中物質(zhì)密度的運(yùn)動(dòng)與有效“彈簧”長度相比是很小的，因而節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)對于改變有效彈簧剛度k1和k2只有很小的影響，于是能在不涉及套質(zhì)量的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡。注意到knmn=klml------(3)]]>在先有技術(shù)中，使動(dòng)量守恒的主要方法是傳遞套的質(zhì)量304以隨輕的部件運(yùn)動(dòng)。這樣，當(dāng) 時(shí)便可實(shí)現(xiàn)諧振頻率相等。
圖7與8的描述如圖7與8所示，本發(fā)明在節(jié)點(diǎn)區(qū)中應(yīng)用了一個(gè)極短的彈簧701，使得節(jié)點(diǎn)位置因動(dòng)態(tài)不平衡造成的任何運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致各彈簧剛度k1和k2有較大的變化。通過改變彈簧剛度，就能保持動(dòng)平衡和減少所需的質(zhì)量傳遞與節(jié)點(diǎn)位置位移的長度。這樣就減少了因物質(zhì)密度變化造成的套振動(dòng)和流量計(jì)靈敏度的改變。
圖8是圖7彈簧區(qū)的放大。它表明了在對m1添加質(zhì)量Δm后，節(jié)點(diǎn)位移一個(gè)從位置801到802的短距離來重新取得動(dòng)平衡。同時(shí)表明了這一短距離與短的彈簧長度相比則是很大的。彈簧k1縮短而變硬同時(shí)彈簧k2則延長而變軟，這使得與先有技術(shù)中在整個(gè)結(jié)構(gòu)上延伸彈簧的情形相比，能以遠(yuǎn)少的節(jié)點(diǎn)位移和套的振動(dòng)來取得流量計(jì)的平衡。傳統(tǒng)的平衡方法與本發(fā)明的平衡方法的差別表現(xiàn)為在流量計(jì)的部件間不論其中的一種質(zhì)量如何變化來保持諧振頻率相等的方法。
由式(2)可知fr=knmn=klml]]>當(dāng)把質(zhì)量Δm添加到流量管質(zhì)量m1上，例如通過物質(zhì)密度時(shí)，先有技術(shù)的平衡方法便是通過把套的質(zhì)量添加到平衡擴(kuò)質(zhì)量上來保持這種等式的。所述的套便在這種條件下振動(dòng)。 上式要求在平衡中直接涉及到套的質(zhì)量本發(fā)明則是通過響應(yīng)添加的質(zhì)量Δm來改變流量計(jì)結(jié)構(gòu)的彈簧剛度k1和k2，以保持剛度對質(zhì)量的比相等kn+Δknmn+Δm=kl+Δklml------(6)]]>上述等式不涉及套的質(zhì)量而是通過改變彈簧剛度k1或k2來取得平衡。此套并不作顯著的振動(dòng)，因?yàn)樗粻可娴綄?shí)現(xiàn)動(dòng)平衡之中。
圖9的描述圖9示明了一種典型的先有技術(shù)流量計(jì)流量管與平衡桿在其變形狀態(tài)下的情形。在先有技術(shù)中，流量管104與平衡桿901沿著它們的長度具有基本一致的剛度而在其整個(gè)長度上變形。此系統(tǒng)的彈簧分配到此整個(gè)結(jié)構(gòu)上。本文中“彈簧”一詞涉及到金屬響應(yīng)所加的力而彈性變形的體積。此金屬在其變形時(shí)存儲能量并在其松馳時(shí)將能量送回此系統(tǒng)。因此，圖9的整個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)大型彈簧。節(jié)點(diǎn)位置的變動(dòng)由于它與大的彈簧長度相比很小，基本上不會(huì)改變有效彈簧長度，也就不會(huì)改變流量管或平衡桿的有效彈簧剛度。
圖10的描述本發(fā)明的使流量計(jì)的彈簧剛度平衡而不是使質(zhì)量平衡的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)之一是使彈簧位于流量管的端接點(diǎn)鄰近。圖10公開了構(gòu)成本發(fā)明結(jié)構(gòu)的概念性實(shí)施例。此結(jié)構(gòu)將圖10中所示流量計(jì)的彈簧功能，通過確立極易彎曲的屬于流量管104和平衡桿1004兩者的中央部，而定位于流量管104和平衡桿1004的N節(jié)點(diǎn)102和103的鄰區(qū)。
這是通過將較軟的物質(zhì)如橡膠或較少剛性的幾何結(jié)構(gòu)用于流量管104和平衡桿1004的中央而實(shí)現(xiàn)的。這種“軟”的中央?yún)^(qū)將部件104與1004的彎曲集中于此中央?yún)^(qū)中。由于在這些中央?yún)^(qū)中的彈簧剛度特低，因而彈簧能便集中于流量管104與平衡桿1004的連接區(qū)域中。這一區(qū)域就是圖10中的撐桿1001。流量管104與平衡桿1004是剛性的和可以自由移動(dòng)的，但由于它們的軟的中心部除去了這些剛性部件的彎矩，它們就不會(huì)形成有效的彈簧。要是平衡桿和流量管的中央?yún)^(qū)1002和1003有充分的可彎性，則它們的剛度便低到在此彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的動(dòng)力等行為中無足輕重。然后，此總的彈簧剛度k便集中到撐桿1001并等于它的彈簧剛度。
圖11是具有流量管104和平衡桿1101(相當(dāng)于平衡桿1004)的流量計(jì)在其一端上的撐桿1001的剖面圖。圖12示明當(dāng)流量管104和平衡1101具有近似相等振幅時(shí)，導(dǎo)致?lián)螚U1001的變形(經(jīng)顯著擴(kuò)大)。這種情形下的節(jié)點(diǎn)(不運(yùn)動(dòng)的區(qū)域)為一約在流量管104的壁部和平衡桿1101壁部半途間的拉形面1104(虛線所示)。圖13示明當(dāng)平衡桿1101具有遠(yuǎn)大于流量管104的振幅時(shí)造成的變形。這樣的情形源于流量管104中存在高密度的物質(zhì)。這種致密的物質(zhì)勢必降低流量管104的頻率與振幅(動(dòng)量守恒)。可以看到，此節(jié)點(diǎn)的柱形面1104由于此流量管下降的振幅而移至非常接近流量管104處。這就導(dǎo)致流量管的有效彈簧變短和變硬并減少了流量管諧振頻率的下降。同時(shí)，平衡桿的有效彈簧則變長變軟。這將導(dǎo)致平衡桿的諧振頻率也下降。當(dāng)設(shè)計(jì)適當(dāng)時(shí)，撐桿1001中彈簧剛度的變化Δk恰好足以平衡流量管中高密度位置的附加質(zhì)量。然后諧振頻率下降相等的量并保持相等而不涉及套的質(zhì)量。所有這一切都是希望有的，因?yàn)樘椎恼穹鶗?huì)改變流量計(jì)的靈敏度。
迄今，已假定流量管104的與平衡桿1101的振幅相比的相對振幅會(huì)因致密物質(zhì)下降而隨輕量物質(zhì)增大。對于借助彈簧剛度變換而具有相等諧振頻率的平衡桿和流量管來說，這一假定是有充分根據(jù)的。要是將此平衡桿視作為在所需端節(jié)點(diǎn)處連接到流量管上的動(dòng)平衡器，則可以容易看出，在撐桿1001內(nèi)所希望的節(jié)點(diǎn)位置處的任何運(yùn)動(dòng)都會(huì)將能量注入由平衡桿1101形成的這一動(dòng)態(tài)平衡器并加大其振幅，直至此動(dòng)態(tài)平衡器的反作用力抑制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。要是有質(zhì)量投入流量管104中，此動(dòng)態(tài)平衡器便降低其諧振頻率，保持頻率相等并提高其振幅，直至節(jié)點(diǎn)柱面1104的位置固定。要是從流量管104取去質(zhì)量，則此平衡動(dòng)態(tài)器提高其諧振頻率并降低其幅度至恰當(dāng)?shù)牧俊?br> 本發(fā)明通過改變相對彈簧剛度而不是改變其傳遞質(zhì)量，來保持振動(dòng)流量管、平衡桿與套件間的動(dòng)平衡。為實(shí)現(xiàn)上述措施，可以將彈簧功能局部地集中于撐桿1001內(nèi)固定節(jié)點(diǎn)區(qū)1104的周圍。圖11、12與13表明了如何來實(shí)現(xiàn)上述措施而不影響流量計(jì)的靈敏度。但出于簡化目的它們忽略了圖14與15所示的一個(gè)復(fù)雜因素。圖14與15公開了一種流量計(jì)套1401，它有端部1405，包含著平衡桿1101、流量管104和撐桿1001。流量管104與平衡桿1101在平衡桿1101端部為撐桿1001相互連接。在圖14中，流量管104的振幅遠(yuǎn)大于平衡桿1101的振幅。在圖15中，平衡桿1101的振幅則遠(yuǎn)大于流量管104的振幅。這些情況將使得具有輕物質(zhì)(圖14)和致密物質(zhì)(圖15)的流量計(jì)分別平衡。
圖14與15不同于圖11、12與13之處在于，流量管104響應(yīng)在撐桿1001區(qū)域中施加給它的轉(zhuǎn)矩，會(huì)在它于撐桿1001和套端1405間的流量管段中彎曲。此轉(zhuǎn)矩則是流量管104和平衡桿1101的相對振幅的結(jié)果。此流量計(jì)能夠設(shè)計(jì)成，使得對于一定的物質(zhì)密度，為平衡桿1101施加的轉(zhuǎn)矩與流量管104施加的轉(zhuǎn)矩相等而反向(圖16)。但隨著物質(zhì)密度的改變，流量管104與平衡桿1101間的振幅比改變，而此轉(zhuǎn)矩變得不平衡。此轉(zhuǎn)矩受到套連接桿1701(圖17)和套端1405的反抗，在此流量管段1404穿入此套端，形成大小相等和方向相反的力F1與F2。至此可知為什么套連接桿1701必須是沿振動(dòng)方向難以平移的。套連接桿1701必須反抗力F1以免所需的節(jié)點(diǎn)位置為F1強(qiáng)制平移，致整個(gè)結(jié)構(gòu)成為不平衡的。套端1405與套連接桿1701將這些力傳送給極具剛性的套1401，并在此使這些力相消而不在套上形成振動(dòng)力。當(dāng)考慮到套1401的兩端(圖19)，套1401上的運(yùn)動(dòng)也消了。
對套連接桿1701加有特殊的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。它們必須有足夠的剛性以防撐桿1001與套1401的節(jié)點(diǎn)區(qū)之間有顯著的相對運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，它們必須充分地易于扭轉(zhuǎn)，以使平衡桿1101的端部能自由地轉(zhuǎn)動(dòng)而不于連接桿1701中存儲顯著量的彈簧能。要是彈簧能存儲于套連接桿1701中，它就必須在節(jié)點(diǎn)區(qū)之外而降低流量計(jì)的自平衡性能。這種連接桿的一種可能的最佳設(shè)計(jì)是蝶形或沙漏形，如圖17與20所示。這一窄的中央段1702允許靈活地扭轉(zhuǎn)但不能平移。寬的端部1703與1704提供了充分的剛性來抗抵平移力。上述中央段1702并不必寬到來反抗這種平移力，這是由于在連接桿上的伴隨這種平移力的彎距在此連接桿的中央?yún)^(qū)中變?yōu)榱?，如圖21的彎距圖所示。
套連接桿1701還可用來解決另一設(shè)計(jì)問題。流量管104與平衡桿1101是受驅(qū)動(dòng)相互反相以諧振頻率振動(dòng)。它們受驅(qū)于同流量管軸線在一起確定出稱作驅(qū)動(dòng)平面的平面的方向中振動(dòng)。此流量管和平衡桿還具有這樣的振動(dòng)模式，其中它們于垂直上述驅(qū)動(dòng)平面的方向中振動(dòng)。由于流量管、撐桿與平衡桿的軸對稱性，上述垂直振動(dòng)模式的頻率有可能非常接近驅(qū)動(dòng)頻率。這樣窄的頻率分隔會(huì)造成測量問題而應(yīng)避免。加大驅(qū)動(dòng)模式與垂直模式間的頻率分隔的一種方法是把薄的金屬面板設(shè)于套連接桿和平衡桿之間，如圖29與圖30所示。角板2901緊固到套連接桿1701和平衡桿1101上。這樣的取向增強(qiáng)了套連接桿能進(jìn)行垂直模式下所需的撓度。這樣便強(qiáng)化了平衡桿的安裝并提高了垂直模式下的頻率。由于角板很薄，它們不會(huì)顯著地加大套連接桿的扭曲剛度或提高驅(qū)動(dòng)模式的頻率。此外，它們不會(huì)影響套連接桿在驅(qū)動(dòng)方向中的平移難度。
由于F1與F2加于管段1404的轉(zhuǎn)矩造成了各管段響應(yīng)此轉(zhuǎn)矩而彎曲的這樣另一問題。流量管段1404在撐桿1103之外彎曲表現(xiàn)為流量管的有效彈簧結(jié)構(gòu)離節(jié)點(diǎn)區(qū)顯著外延。正如業(yè)已討論過的，最好將此流量計(jì)的彈簧功能集中于節(jié)點(diǎn)鄰區(qū)。彈簧結(jié)構(gòu)的這種延伸則破壞了流量計(jì)的平衡。
圖22～28的描述通過設(shè)置較軟的物質(zhì)或較弱的幾何結(jié)構(gòu)如圖22中的膜盒2201，由于減小了流量管段1404的彈簧剛度而減少了管段1404中存儲的彈簧能。膜盒2201減少了管段1404中的彈簧能而得以將其進(jìn)一步集中到撐桿1001的區(qū)域中。膜盒2201還大大減少了由管段1404加于套1401的轉(zhuǎn)矩力。膜盒2201減少了這種力的結(jié)果便允許撐桿區(qū)1001自由地旋轉(zhuǎn)。從自平衡的觀點(diǎn)考慮。圖22以及將套除去了的圖23乃是本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖23所示的流量計(jì)與圖22的類似，但如圖所示其中設(shè)有套1401。具體地說，圖23中所示流量計(jì)結(jié)構(gòu)包括的流量管104在其中央段有膜盒1003同時(shí)在其管段1404部分有膜盒2201。流量管104為平衡桿1101所環(huán)繞，此平衡桿有一可彎的中心切口部2402，后者由連接平衡桿1101的左、右部分的減徑段1002所限定。圖23的結(jié)構(gòu)還包括套連接桿1701。這樣，圖23的結(jié)構(gòu)能更好地用于動(dòng)平衡是首要準(zhǔn)則的用途中。動(dòng)平衡是通過圖23的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將流量管104和平衡桿1101的彈簧結(jié)構(gòu)集中到端節(jié)點(diǎn)鄰近的撐桿1001中了。
在某些應(yīng)用中，膜盒會(huì)抵消單一直線式流量管流量計(jì)受到歡迎的某些優(yōu)點(diǎn)。膜盒難以在內(nèi)部清洗，這就使得膜盒不合于例如食品應(yīng)用，在應(yīng)用于食品工業(yè)時(shí)，流量管的整個(gè)內(nèi)表面都必須能夠清洗和接受檢查。
當(dāng)要求流量管104有連續(xù)一致的直徑和連續(xù)一致的物質(zhì)時(shí)，流量管104的中央?yún)^(qū)和管段1404的區(qū)域便不制成為軟的可彎曲形式。將平衡桿1101的中央?yún)^(qū)1002制成為軟的可彎曲形同時(shí)將套連接桿1701應(yīng)用于撐桿1001處仍然是有利的。圖24類似于圖23，只是流量管104沒有圖23中的膜盒2201和1003。圖24所示的實(shí)施例可能是最適合用于流量管104的內(nèi)部必須是平滑和連續(xù)的情形。這樣，圖24的流量管104便不具備有圖23中膜盒2201和1003可提供的可彎性。
圖24的流量計(jì)是平衡的，因此節(jié)點(diǎn)仍然在撐桿1001區(qū)。此外，平衡桿1101的彈簧仍然集中于如圖23所示的節(jié)點(diǎn)附近的撐桿1001中。在此節(jié)點(diǎn)的流量管104一側(cè)，此流量管彈簧的撐桿104部分此時(shí)則與較軟的分配彈簧(彎曲的流量管)串聯(lián)。當(dāng)有另加的物質(zhì)置于流量管之上時(shí)，此節(jié)點(diǎn)位置便移向流量管并使平衡桿1101的彈簧顯著軟化，如前面圖13所述。
但是，這種凈流量管彈簧是由軟流量管彈簧和一部分硬撐桿1001彈簧串聯(lián)而成。串聯(lián)的彈簧加上剛度類似于并聯(lián)的電阻；軟的一個(gè)(或小的電阻)起主要作用。
k套=knk1／(kn+k1)這樣，100磅／英寸的彈簧串聯(lián)上10磅／英寸的彈簧會(huì)形成9．1磅／英寸的凈彈簧剛度。要是比較硬的彈簧改變到130磅／英寸，如同因節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生的，這種凈串聯(lián)的結(jié)果就會(huì)是9．3磅／英寸的彈簧剛度。這樣可以看到，硬彈簧剛度的30％的變化只能在組合的彈簧中使其剛度產(chǎn)生2％的改變。于是凈流量管104的彈簧剛度便由軟流量管彈簧支配，而撐桿1001中節(jié)點(diǎn)位置的變化對凈流量管104彈簧的剛度幾乎不影響。
圖24中流量管104的彈簧函數(shù)概念性地示明于圖25和26中。在圖25中，流量管104的質(zhì)量為m1。凈流量管的彈簧記為k1，它是軟分配的流量管104彈簧與撐桿1001的硬部串聯(lián)添加到節(jié)點(diǎn)N左方的結(jié)果。較大的平衡桿1101的質(zhì)量記為m2，它的彈簧k2集中于撐桿1001。在平衡條件下的這種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)由位置2501處的節(jié)點(diǎn)N表示。在圖26中，質(zhì)點(diǎn)Δm添加給流量管104，例如當(dāng)有重的物質(zhì)引入流量管時(shí)，而這會(huì)促使節(jié)點(diǎn)N移至位置2601之左。節(jié)點(diǎn)的移位導(dǎo)致彈簧長度與平衡桿1100的彈簧k2的剛度顯著變化。但流量管104彈簧是由流量管中的軟分配彈簧構(gòu)成，它與新節(jié)點(diǎn)位置流量管側(cè)上撐桿的短硬彈簧串聯(lián)而不改變長度。即使是撐桿1001這部分因節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而顯著縮短，上述分配管彈簧支配著彈簧剛度，而這種節(jié)點(diǎn)的移位對于流量管104在整個(gè)彈簧剛度上幾乎不產(chǎn)生差別。圖24的幾何結(jié)構(gòu)因此是有關(guān)因物質(zhì)密度變化來保持平衡的折衷結(jié)果。平衡桿1101能夠改變其彈簧剛度，但是此流量管14必須通過移動(dòng)套1401來改變其質(zhì)量。結(jié)果將使套振動(dòng)。但是，這種套的運(yùn)動(dòng)與先有技術(shù)流量計(jì)相比遠(yuǎn)小，這是因?yàn)槠胶鈼U1101的硬度改變減少了必需的質(zhì)量傳遞。套振動(dòng)的減少使得節(jié)點(diǎn)位置的變化較小，與先有技術(shù)相比，能更進(jìn)流量計(jì)的精度。
下面的諧振頻率公式說明了本發(fā)明的這一實(shí)施例(流量管中無膜盒)仍然要比先有技術(shù)流量計(jì)只造成較少的套振動(dòng)。 上述公式與傳統(tǒng)方法(方程4)的不同在于Δk項(xiàng)。這一項(xiàng)的存在表明為了平衡上述公式與流量計(jì)只需較少地涉及套的質(zhì)量(振幅)。
圖27與28公開了體現(xiàn)本發(fā)明的整個(gè)科里奧利流量計(jì)。圖27所示的實(shí)施例中的流量管104并不包括膜盒。圖28的實(shí)施例與圖27的類似，例外的是流量管104的中央部分和管段1040區(qū)域包括膜盒2201和1003。這兩個(gè)實(shí)施例都表明膜盒端1405是由部件2702連接到凸緣2701上。借此可使圖27與28的流量計(jì)在其輸入端連接至物質(zhì)源如管道，而在其輸出端則連接至物質(zhì)接收裝置。
圖27與28這兩個(gè)實(shí)施例包括有在流量管104中部的驅(qū)動(dòng)器D和用于探測表明流量管／平衡桿結(jié)構(gòu)的科里奧利振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的左傳感器SL與SR，而這種運(yùn)動(dòng)也表明了通過流量計(jì)中的物質(zhì)流率。
顯然應(yīng)知在申請保護(hù)的本發(fā)明并不限于所描述的最佳實(shí)施例，而是應(yīng)包括在本發(fā)明的原理范圍與精神內(nèi)的其他改型與更替形式。這樣，此處所用的詞“物質(zhì)”可以適用于能流動(dòng)的任何物質(zhì)如泥漿、液體與氣體且包括它們的任何組合形式。
權(quán)利要求
1．一種動(dòng)平衡得到了改進(jìn)的科里奧利流量計(jì)，且包括流量管(104)與平衡桿(1101)，它們基本上相互平行取向；撐桿裝置(1001)，用來將所述平衡桿端部連接到所述流量管；所述流量管(104)具有彈簧功能與質(zhì)量功能；所述平衡桿(1101)具有彈簧功能與質(zhì)量功能；參考物質(zhì)(1401)；用來將所述參考物質(zhì)連接到所述撐桿裝置的裝置(1701)；驅(qū)動(dòng)裝置(D)，用來使所述平衡桿與流量管相互異相作橫向振動(dòng)。所述驅(qū)動(dòng)裝置能有效地在所述撐桿裝置(1001)／平衡桿(1101)或流量管(104)之一中確立振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述振動(dòng)節(jié)點(diǎn)能使所述流量管的有效彈簧功能與所述平衡桿的有效彈簧功能分開；用來將所述平衡桿的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)附近的裝置(1002)；上述集中裝置能有效地在不同時(shí)刻響應(yīng)所述流量管中不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，而改變所述平衡桿的有效彈簧功能，上述集中裝置能有效地保持此科里奧利流量計(jì)的改進(jìn)的動(dòng)平衡。
2．權(quán)利要求1所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述集中裝置(1002)包括所述平衡桿的縱向中間部，此中間部具有相對于此平衡桿的其余部分增大了的可彎性。
3．權(quán)利要求2所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述平衡桿的中間部包括平衡桿的切口部(2402)。
4．權(quán)利要求1所述的科里奧利流量計(jì)，還包括用來將所述流量管的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)鄰近的裝置(1003)；所述用來將流量管的有效彈簧功能集中的裝置，能有效地在不同時(shí)間響應(yīng)流量管中不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，有效地改變流量管的有效彈簧功能。
5．權(quán)利要求4所述的科里奧利流量計(jì)其中所述用來集中流量管的有效彈簧功能的裝置包括流量管的縱向中間部分，此中間部具有相對于流量管的其余部分增大了的可彎性。
6．權(quán)利要求6所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述流量管的中間部分包括膜盒(1003)。
7．權(quán)利要求1所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述參考物質(zhì)包括包圍此平衡桿(1101)和流量管(104)以及所述撐桿裝置(100)的套(1401)；所述套具有基本平行于上述平衡桿和流量管的縱軸線；其中所述用于連接的裝置包括用來將此撐桿裝置與所述套連接以防撐桿裝置相對于套平移的裝置。
8．權(quán)利要求7所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述用來將此撐桿裝置連接到所述套的裝置包括連接桿(1701)，此連接桿具有基本上垂直于所述平衡桿縱軸線的平表面，而此表面所具形狀能允許此撐桿裝置相對于所述套轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)能防止撐桿裝置相對于套平移；此撐桿裝置是繞垂直于上述平衡桿與流量管的縱軸線的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且從撐桿裝置延伸到所述套。
9．權(quán)利要求8所述的科里奧利流量計(jì)，其中各所述連桿的所述基本平表面是基本砂漏形的，而確定出第一端(1704)和窄的中間部(1702)以及第二端(1703)。
10．權(quán)利要求9所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述連接桿的第一端(1704)是與所述撐桿裝置連接而所述第二端則與此套的內(nèi)壁部連接；所述連接桿的中部具有低的扭轉(zhuǎn)彈簧剛度而得以使撐桿裝置相對于套轉(zhuǎn)動(dòng)；此中部還具有充分強(qiáng)度來防止撐桿裝置相對于套轉(zhuǎn)動(dòng)。
11．權(quán)利要求10所述的科里奧利流量計(jì)，其中各所述連接桿還包括角板件(2901)，此角板件定出一連接在所述平衡桿與連接桿之間的平面；所述角板件具有固定在平衡桿外表面上的第一邊，而此第一邊排列成基本上平行于平衡桿的縱軸線；所述角板件具有基本上垂直于上述第一邊且固定于此連接桿所述基本上平表面上的第二邊；此角板件能有效地提高平衡桿的橫振動(dòng)頻率，同時(shí)基本上不影響沿垂直于此橫振動(dòng)頻率的方向傳遞給平衡桿的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率。
12．權(quán)利要求8所述的科里奧利流量計(jì)，還包括流量管段(1404)，用來將鄰近所述撐桿裝置的流量管端部連接到所述套的端部。
13．權(quán)利要求12所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述流量管段包括鄰近所述撐桿的膜盒(2201)；所述膜盒能有效地降低流量管段的彈簧功能，使撐桿裝置動(dòng)態(tài)地與所述套端分開。
14．權(quán)利要求10所述的科里奧利流量計(jì)，還包括位于所述平衡桿和流量管鄰近的前述驅(qū)動(dòng)器裝置(D)，用來使流量管與平衡桿相互相對地垂直于它們的縱軸線異相地振動(dòng)；以及位于所述流量管鄰近的傳感器裝置(SR，SL)，用來在流量管為上述驅(qū)動(dòng)裝置振動(dòng)的同時(shí)，探測通過流量管的物質(zhì)流所產(chǎn)生的流量管的科里奧利擾動(dòng)。上述傳感器裝置能有效地響應(yīng)所述探測，產(chǎn)生出表示所述流動(dòng)物質(zhì)至少一種特性的輸出信號。
15．權(quán)利要求1所述的動(dòng)平衡的科里奧利流量計(jì)，它包括有具有彈簧功能與質(zhì)量功能的所述流量管；所述彈簧功能與質(zhì)量功能的所述平衡桿；具有撐桿裝置基本上垂直于此平衡桿與流量管并將平衡桿端部與流量管連接；包圍此平衡桿、流量管與撐桿裝置的細(xì)長套；上述套具有基本上平行于此平衡桿和流量管的縱軸線；上述驅(qū)動(dòng)裝置能有效地在所述撐桿裝置、平衡桿或流量管之一中確立振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述振動(dòng)節(jié)點(diǎn)能使所述流量管的有效彈簧功能與所述平衡桿的有效彈簧功能分開；使撐桿裝置連接到套的內(nèi)壁部上的連桿(1701)，它用來在平衡桿與流量管相互相對異相振動(dòng)時(shí)防止撐桿裝置相對于套運(yùn)動(dòng)；此連接桿呈沙漏形，允許撐桿裝置相對于套運(yùn)動(dòng)同時(shí)防止撐桿裝置相對于套平移；此撐桿裝置圍繞垂直于平衡桿和套的縱軸線的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；包括有在平衡桿中央部分一切口(2402)的裝置，用來將所述平衡桿的有效彈簧功能集中于上述節(jié)點(diǎn)鄰近；包括有膜盒(1003)的裝置，此膜盒構(gòu)成流量管一中間部分，用來將流量管的有效彈簧功能集中到節(jié)點(diǎn)鄰近；上述集中裝置能有效地在不同時(shí)刻響應(yīng)流量管中不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，改變平衡管與流量管的有效彈簧剛度；流量管段(1404)，將撐桿裝置鄰近的流量管端部連接到套的端部，所述流量管段包括與撐桿裝置鄰近的膜盒，用來減少此流量管段的彈簧剛度而將撐桿與套端動(dòng)態(tài)地分開；所述撐桿裝置基本上包括此科里奧利流量計(jì)的整個(gè)彈簧功能，用來當(dāng)不同密度的材料存在于流量管中時(shí)，通過改變此撐桿裝置的彈簧各段的彈簧剛度比，保持此科里奧流量計(jì)的動(dòng)平衡；傳感器裝置(SL，SR)，位于流量管鄰近，用來在流量管為驅(qū)動(dòng)裝置振動(dòng)時(shí)，探測物質(zhì)流通過流量管時(shí)所產(chǎn)生的流量管的科里奧利振動(dòng)；上述傳感器裝置能有效地響應(yīng)上述探測結(jié)果，產(chǎn)生代表所述流通物質(zhì)至少一個(gè)特征的輸出信號。
16．權(quán)利要求1所述的科里奧利流量計(jì)，它包括有用來將套連接到所述撐桿裝置的連接桿裝置；所述連接桿裝置具有基本上垂直于所述平衡桿縱軸線的基本平表面，且此平表面的形狀能允許撐桿裝置相對于所述套轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)防止撐桿裝置相對于此套平移；上述撐桿裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)是繞垂直于流量管的縱軸線且從撐桿裝置延伸到套的縱軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)；上述連接桿裝置的第一端與撐桿裝置相連而其第二端與套的內(nèi)壁部相連；上述連接桿的中部具有低的扭轉(zhuǎn)彈簧剛度以使所述撐桿裝置能相對于套轉(zhuǎn)動(dòng)，上述中部所具的強(qiáng)度足以防止撐桿裝置相對于套平移；各個(gè)所述連接桿裝置還包括角板件(2901)，此角板件確定一在上述平衡桿與連接桿裝置間的平表面；此角板件有第一邊固定于平衡桿的外表面，且此第一邊排設(shè)成基本上與平衡桿的縱軸線平行；此角板件有第二邊與此第一邊基本垂直且固定到所述連接桿裝置的基本平表面上；此角板件能有效地提高平衡桿的橫振動(dòng)頻率，同時(shí)基本上不影響沿垂直于此橫振動(dòng)頻率的方向傳遞給此平衡桿的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率。
17．一種使具有基本相互平行的平衡桿(1101)與流量管(104)動(dòng)平衡的方法，此流量計(jì)還具有與參考物質(zhì)(1401)連接且將此平衡桿端部與此流量管連接的撐桿裝置(1001)，所述方法包括下述步驟使所述平衡桿與流量管相互異相地橫向振動(dòng)，以將振動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)于此平衡桿、撐桿裝置或流量管之一之上；所述振動(dòng)節(jié)點(diǎn)用來將所述流量管的有效彈簧功能與此平衡桿的有效彈簧功能分開；將此平衡桿的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)鄰近；上述集中步驟能有效地用來響應(yīng)不同時(shí)刻在所述流量管不同密度物質(zhì)的出現(xiàn)，去改變所述平衡桿的有效彈簧功能；上述集中步驟還能有效地改進(jìn)所述科里奧利流量計(jì)的動(dòng)平衡。
18．權(quán)利要求17所述的方法，其中所述集中平衡桿(1101)的彈簧功能的步驟包括下述步驟提供此平衡桿的中間部分(2402)，此中間部分比平衡桿的其余部分具有較大的可彎性。
19．權(quán)利要求18所述的方法，其中所述集中步驟包括下述步驟使上述平衡桿的中間部分包括一切口部(2402)。
20．權(quán)利要求18所述的方法，它還包括下述步驟將所述流量管的有效彈簧功能集中于所述節(jié)點(diǎn)鄰近，用來響應(yīng)在不同時(shí)間有不同密度的物質(zhì)出現(xiàn)時(shí)，改變所述流量管的有效彈簧功能。
21．權(quán)利要求20所述的方法，其中所述集中流量管彈簧功能的步驟包括使此流量管的中部包括膜盒(1003)的步驟。
22．權(quán)利要求17所述的科里奧利流量計(jì)，其中所述參考物質(zhì)包括一套而所述方法還包括下述步驟以上述套包圍所述平衡桿、流量管和支撐桿裝置，使所述套的縱軸線基本上平行此平衡桿與流量管；將所述撐桿裝置連接到上述套的內(nèi)壁部上，用來防止所述撐桿裝置響應(yīng)平衡桿與流量管相互相對異相振動(dòng)而相對于該套平移。
23．權(quán)利要求22所述的方法，其中所述連接裝置包括連接桿(1701)，后者所取形狀能讓所述撐桿相對于所述套轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)防止此撐桿裝置相對于該套平移；所述方法還包括使該撐桿裝置相對于上述連接桿繞前述平衡桿與流量管的縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的步驟。
24．權(quán)利要求23所述的方法，其中所述連接桿呈砂漏形，而上述轉(zhuǎn)動(dòng)步驟則包括轉(zhuǎn)動(dòng)所述連接桿的步驟，使得各所述連接桿的第一部分相對于各所述連接桿的第二部分響應(yīng)該撐桿裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，而上述砂漏形的窄頸部所取的形狀能促進(jìn)上述轉(zhuǎn)動(dòng)。
25．權(quán)利要求22所述的方法，它還包括將與所述撐桿裝置鄰近的前述流量管的端部通過流量管段與所述套的端部(1405)連接。
26．權(quán)利要求25所述的方法，它還包括下述步驟應(yīng)用與所述支撐桿鄰近的所述流量管段中的膜盒，減弱此流量管段的有效彈簧功能而使所述撐桿裝置與所述套的端部動(dòng)態(tài)地分開。
全文摘要
科里奧利流量計(jì),它具有單一的直的流量管、與流量管平行的平衡桿、將平衡桿的端連接到流量管和一圍套上的撐桿。此流量計(jì)通過減少平衡桿和/或流量管的彈簧功能來響應(yīng)流動(dòng)物質(zhì)的密度變化,以保持此流量計(jì)的改進(jìn)了的動(dòng)平衡。這樣就把流量計(jì)的彈簧功能集中于此撐桿結(jié)構(gòu)上。撐桿結(jié)構(gòu)上的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)將平衡桿的有效彈簧功能與流量管的有效彈簧功能分開。此振動(dòng)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)不同時(shí)刻下上述流量管中不同密度的物質(zhì)而在撐桿內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這種節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)改變了有效平衡桿的彈簧功能對有效流量管彈簧功能之比,而在不涉及上述圍套質(zhì)量的情形下來保持改進(jìn)的動(dòng)態(tài)振動(dòng)平衡。
文檔編號G01F1/84GK1290342SQ99802772
公開日2001年4月4日 申請日期1999年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月9日
發(fā)明者C·B·范克勒維, G·T·蘭哈姆 申請人:微動(dòng)公司