專利名稱：科里奧利質(zhì)量流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及質(zhì)量流測量和控制，且具體地說，涉及一種基于科里奧利力效應(yīng)并具有帶相關(guān)傳感、控制及通信電路的一體的流量控制閥的質(zhì)量流測量及控制裝置。

背景技術(shù)：
基于科里奧利力效應(yīng)的質(zhì)量流測量以下面方式實現(xiàn)?？评飱W利力導(dǎo)致質(zhì)量在已確立的方向上流動并然后被迫使改變方向并具有垂直于已確立的流動方向的矢量分量的效應(yīng)。這可以通過以下公式解釋。
式中

(科里奧利力矢量)是

(質(zhì)量流矢量)和

(角速度矢量)的叉積。
在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，角速度矢量沿旋轉(zhuǎn)軸定向。利用“右手原則”，手指確定旋轉(zhuǎn)方向，而展開的拇指確定角速度矢量方向。在典型科里奧利力流動傳感器情況下，通過其建立流體流動的管被振動。管經(jīng)常為一個或多個環(huán)形的形狀。環(huán)形形狀為使質(zhì)量流矢量在環(huán)的不同部分指向相反的方向。例如該管環(huán)可以為U形、矩形、三角形或△形或螺旋形。在直管的特定實施例中，質(zhì)量流矢量在一單個方向，同時存在兩個重合在管的固定點的角速度矢量。
在振動系統(tǒng)中由于轉(zhuǎn)動方向改變，角速度矢量變化。結(jié)果為在任何給定時刻，科里奧利力以相反方向作用在質(zhì)量流矢量或角速度矢量指向相反方向的地方。由于角速度矢量由振動系統(tǒng)造成連續(xù)變化，科里奧利力也持續(xù)變化。結(jié)果為動態(tài)扭曲運動施加到管的振蕩運動之上。扭曲的大小與對于給定角速度的質(zhì)量流成比例。
質(zhì)量流測量通過測量在傳感器管內(nèi)由流體移過傳感器管產(chǎn)生的科里奧利力造成的扭曲而實現(xiàn)。典型的公知裝置利用包括磁鐵和線圈對的拾取傳感器，該磁鐵和線圈對位于流量管上科里奧利力導(dǎo)致的位移被認(rèn)為最大的地方。線圈和磁鐵裝在相對的結(jié)構(gòu)上，例如，磁鐵安裝在管上而線圈安裝在靜態(tài)封裝壁上。磁鐵將移入或移出線圈，在線圈內(nèi)感應(yīng)電流。該電流與磁鐵相對線圈的運動成比例。由于這是速度測量，速度及由此的信號當(dāng)流量管穿過其休止位置(過0(zero crossing))時最大?？评飱W利力導(dǎo)致的扭曲在速度信號內(nèi)產(chǎn)生相移，其通過測量兩個速度傳感器間過零次數(shù)的不同而測得。在應(yīng)用中，這給次數(shù)測量回路帶來很大的精度負(fù)擔(dān)。這可能會限制由這種技術(shù)測得的質(zhì)量流的最大靈敏度。
此外，基于科里奧利技術(shù)的公知裝置的流速性能一般限制于高于很多應(yīng)用所期望的流速。此外，現(xiàn)有的科里奧利質(zhì)量流測量裝置只保證了帶有非一體流動控制能力的質(zhì)量流傳感。由用戶提供用于控制流量的裝置。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的這些缺點。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種科里奧利質(zhì)量流傳感器，包括流量傳感器管；流量傳感器管位于其內(nèi)的殼體；定們在殼體外側(cè)用于振動流體的驅(qū)動裝置；以及至少一個相對流量傳感器管定位的拾取傳感器，以便測量在流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲。
優(yōu)選地，至少一個拾取傳感器放置在殼體內(nèi)。
優(yōu)選地，還包括連接到流量傳感器管上的磁鐵，其中，驅(qū)動裝置包括電磁線圈。
優(yōu)選地，電磁線圈包括能量感應(yīng)器。
優(yōu)選地，磁鐵包括非稀土磁鐵。
優(yōu)選地，磁鐵包括鍍鎳釤鋯磁鐵。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種質(zhì)量流測量裝置，包括具有第一端和第二端的殼體；閥體；相對殼體第一端和閥體定位的第一密封件，以便閥體和第一端以密封形式連接；用戶接口組件；以及相對殼體第二端和用戶接口組件定位的第二密封件，以便用戶接口組件和第二端以密封形式連接。
優(yōu)選地，用戶接口組件包括第一或第二用戶接口組件之一。
優(yōu)選地，用戶接口組件符合IP-65/NEMA 4X。
優(yōu)選地，所述質(zhì)量流測量裝置還包括位于殼體內(nèi)的傳感器殼體；位于傳感器殼體內(nèi)的流量傳感器管；其中，流量傳感器管提供了第一流體密封，傳感器殼體提供了第二流體密封而閥體和第一端以及用戶接口組件和第二端提供了第三流體密封。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種科里奧利質(zhì)量流傳感器，包括具有第一端和第二端的流量傳感器管；以及定位在流量傳感器管的相應(yīng)的第一和第二端上的第一和第二壓電塊；其中，壓電和反壓電效應(yīng)引起流量傳感器管振動，并檢測在流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種科里奧利質(zhì)量流控制器，包括流量傳感器管；相對流量傳感器管定位的驅(qū)動裝置，以便引起流量傳感器管振動；相對流量傳感器管定位的位置傳感裝置，以便測量在流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲；以及適于接收來自流量傳大感器管的流體的流量控制裝置。
優(yōu)選地，流量控制裝置包括閥，所述閥包括閥座；適于密封住所述閥座的活塞，所述活塞確定了至少一個穿過其延伸的孔，以便在活塞未落座于閥座上時，建立通過活塞的流體流動路徑。
優(yōu)選地，流量控制裝置包括泵。
優(yōu)選地，所述泵包括計量泵。
根據(jù)方面另一方面，提供了一種裝置，用于從被第一和第二位移計探測到的第一和第二輸入信號間的科里奧利力導(dǎo)致的相移來決定質(zhì)量流，其包括第一相位靈敏探測器，被連接以接收第一和第二輸入信號，第一相位敏感探測器可操縱以混合第一和第二輸入信號，并提供表示被混合的第一和第二輸入信號的輸出；第一移相器，連接以接收第一輸入信號，并可操縱以輸出表示第一輸入信號相移90°的輸出信號；第二相位敏感探測器，被連接以接收第一移相器輸出及第二輸入信號，所述第二相位敏感探測器可操縱以混合相移第一輸入信號和第二輸入信號，并提供表示被混合的信號的輸出；以及連接到第一和第二相位敏感探測器的處理器，以接收混合的信號，并可操縱以計算混合信號相對彼此的矢量模和相位，其中，矢量相位與質(zhì)量流成比例。
優(yōu)選地，所述裝置還包括連接到第一和第二相位敏感探測器上的第一和第二低通濾波器，所述第一和第二低通濾波器可操縱以從混合的信號中除去高頻信號，并輸出DC電壓。
優(yōu)選地，所述裝置還包括相位與第一輸入終端同步的第三輸出終端，用于提供正弦輸出信號以驅(qū)動流量管共振。
優(yōu)選地，所述裝置包括同步放大器。
優(yōu)選地，所述裝置還包括第三相位敏感探測器，被連接以在兩個輸入端的每一個上接收第一輸入信號，第三相位敏感探測器可操縱以將第一輸入信號與其本身混合，并提供表示混合的第一輸入信號的輸出；第四相位敏感探測器，被連接以接收第一相移輸出和第一輸入信號，第四相位敏感探測器可操縱以將相移的第一輸入信號和第一輸入信號混合，并提供表示混合后的信號的輸出；第一微分放大器，被連接以接收第一和第三相位敏感探測器的輸出，并提供微分信號給處理器；以及第二微分放大器，被連接以接收第二和第四相位敏感探測器的輸出，并提供微分信號給處理器。
優(yōu)選地，所述裝置還包括連接到第一和第二微分放大器上的第一和第二低通濾波器，所述第一和第二低通濾波器可操縱以從混合后的信號中濾去高頻分量并輸出DC電壓。
優(yōu)選地，所述裝置還包括第二移相器，其被連接以接收第一輸入信號，并可操縱以將表示第一輸入信號相移90°的信號輸出給第四相位敏感探測器。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種方法，其從被第一和第二位移計探測到的第一和第二輸入信號間的科里奧利力導(dǎo)致的相移確定質(zhì)量流，所述方法包括將第一輸入信號與第二輸入信號混合以產(chǎn)生第一輸出信號；相移第一輸入信號90°；將第二輸入信號與相移的第一輸入信號混合以產(chǎn)生第二輸出信號；以及計算第一和第二輸出信號相對彼此的矢量模和相位，其中，矢量相位與質(zhì)量流成比例。
優(yōu)選地，所述方法還包括過濾第一和第二輸出信號。
優(yōu)選地，所述方法還包括將驅(qū)動終端的相位同步于第一輸入信號以驅(qū)動流量共振。
優(yōu)選地，混合第一和第二輸入信號包括輸入第一和第二信號到相位敏感探測器內(nèi)。
優(yōu)選地，混合第一和第二輸入信號包括將第一和第二輸入信號間的差值與第一輸入信號混合。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種裝置，用于從被第一和第二位移計探測到的第一和第二輸入信號間的科里奧利力導(dǎo)致的相移來決定質(zhì)量流，其包括微分放大器，其被連接以接收第一和第二輸入信號，所述微分放大器可操縱以輸出表示第一和第二輸入信號之間差值的信號；第一相位敏感探測器，被連接以接收微分放大器的輸出和第一輸入信號，并提供表示被混合的微分放大器輸出和第一輸入信號的輸出；移相器，連接以接收第一輸入信號，并可操縱以輸出表示第一輸入信號相移90°的輸出信號；第二相位敏感探測器，被連接以接收移相器輸出及微分放大器信號，并提供表示被混合的移相的第一輸入信號和微分放大器信號的輸出，并提供表示被混合的信號的輸出；以及連接到第一和第二相位敏感探測器的處理器，以接收混合的信號，并可操縱以計算混合信號相對彼此的矢量模和相位，其中，矢量相位與質(zhì)量流成比例。
優(yōu)選地，所述裝置還包括連接到第一和第二相位敏感探測器上的第一和第二低通濾波器，所述第一和第二低通濾波器可操縱以從混合后的信號中濾去高頻分量并輸出DC電壓。
優(yōu)選地，所述裝置還包括相位同步于第一輸入終端的第三輸出終端，用于提供正弦輸出信號以驅(qū)動流量管共振。
優(yōu)選地，所述裝置包括同頻放大器。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種電容拾取傳感器，其用于包括流量傳感器管和用于振動流量傳感器管的驅(qū)動裝置的質(zhì)量流測量裝置，所述電容拾取傳感器包括至少一個可連接到第一電勢上并適于定位在連接到第二電勢的流量傳感器管附近的導(dǎo)電板，以便在流量傳感器管和導(dǎo)電板之間確定間隙；以便在導(dǎo)電板和流量傳感器管之間的電容在流量傳感器管振動時由于導(dǎo)電板和流量傳感器的相對運動而變化。
優(yōu)選地，流量傳感器管連接到地電勢上。
優(yōu)選地，所述至少一個導(dǎo)電板包括第一和第二板，且第一和第二板處于與振動的流量傳感器管的運動相切的位置。
優(yōu)選地，第一和第二板并排定位以便其間確定均勻的間隙。
優(yōu)選地，第一和第二板位于相同電勢，且流量傳感器管處于地電勢。
優(yōu)選地，第一和第二板大致是矩形的并且間隙大致平行于流量傳感器管延伸。
優(yōu)選地，第一和第二板大致是三角形的，并且間隙相對流量傳感器管對角延伸。
優(yōu)選地，第一和第二板大致是鋸齒形的，并且間隙確定了大致鋸齒形狀。
優(yōu)選地，至少一個導(dǎo)電板嵌于印刷電路板上。
優(yōu)選地，印刷電路板為包括保護(hù)層和可焊接到傳感器塊上的背層的多層印刷電路板。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種科里奧利質(zhì)量流傳感器，包括流量 傳感器管；相對流量傳感器定位以便使流量傳感器管振動的驅(qū)動裝置；以 及至少一個相對流量傳感器管定位的電容位移計，以便測量在流量傳感器管 內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲。
優(yōu)選地，驅(qū)動裝置包括電磁驅(qū)動器。
優(yōu)選地，驅(qū)動裝置包括靜電驅(qū)動器。
優(yōu)選地，驅(qū)動裝置包括聲音驅(qū)動器。
優(yōu)選地，驅(qū)動裝置包括壓電驅(qū)動器。
優(yōu)選地，所述至少一個電容位移計包括兩個電容位移計。
優(yōu)選地，電容位移計位于與傳感器管對稱的位置。
優(yōu)選地，電容位移計被小型化并且表面安裝在傳感器封裝壁上。
優(yōu)選地，科里奧利質(zhì)量流傳感器還包括適于測量由科里奧利力產(chǎn)生的相移的電路。
優(yōu)選地，所述電路包括同步放大器。
優(yōu)選地，所述至少一個電容位移計安裝在致動器上，致動器可操縱以相對流量傳感器動態(tài)定位電容位移計。
優(yōu)選地，致動器包括壓電致動器。
優(yōu)選地，致動器響應(yīng)流動狀況定位所述至少一個電容位移計。
優(yōu)選地，致動器在三維上定位所述至少一個電容位移計。
優(yōu)選地，所述至少一個電容位移計包括第一和第二板；所述第一和第二板位于流量傳感器管附近，與流量傳感器管振動時流量傳感器管運動相切的平面內(nèi)；以及第一和第二板并排定位以便其間確定一均勻的間隙。
優(yōu)選地，所述第一和第二板為相同的電勢，而流量傳感器處于地電勢。
優(yōu)選地，所述第一和第二板大致為矩形，且所述間隙平行于流量傳感器管延伸。
優(yōu)選地，所述第一和第二板大致為三角形，并且所述間隙對角地延伸過流量傳感器管。
優(yōu)選地，所述第一和第二板大致為鋸齒形，且所述間隙形成鋸齒形狀。
優(yōu)選地，科里奧利質(zhì)量流傳感器還包括抽真空的殼體，流量傳感器管定位于抽真空的殼體內(nèi)。
在本發(fā)明的一方面中，公開了用于質(zhì)量流測量裝置的電容拾取(pick off)傳感器。質(zhì)量流測量裝置包括流量傳感器管和用于振動流量傳感器管的驅(qū)動裝置。電容拾取傳感器包括至少一個可連接到第一電勢并適于位于連接到第二電勢的流量傳感器管附近的導(dǎo)電板。導(dǎo)電板相對流量傳感器管定位，以便在其間確定一間隙。導(dǎo)電板和流量傳感器管之間的電容由于當(dāng)流量傳感器管振動時導(dǎo)電板和流量傳感器管的相對運動而變形。
在本發(fā)明另一方面中，科里奧利質(zhì)量流傳感器包括流量傳感器管，相對流量傳感器管定位以產(chǎn)生流量傳感器管振動的驅(qū)動裝置，以及相對流量傳感器管定位以測量流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲的電容位移計。在特定實施例中，使用電磁、靜電、聲音、及/或壓電驅(qū)動器以振動流量傳感器管。在另一實施例中，壓電裝置用于振動流量傳感器管和探測流量傳感器管內(nèi)的扭曲。
在本發(fā)明又一方面中，科里奧利質(zhì)量流控制器包括流量傳感器管、相對流量傳感器管定位以使流量傳感器管振動的驅(qū)動裝置，以及相對流量傳感器管定位以測量在流量傳感器內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲的位置傳感裝置。科里奧利質(zhì)量流控制器還包括適于從流量傳感器管接收流體的一體的流量控制裝置。這種帶有相關(guān)傳感電路的一體的流量閥提供了更緊湊的封裝，其容易使用并在動態(tài)性能上提供了顯著的改變。
在本發(fā)明另一方面中，得里奧利質(zhì)量流傳感器包括流量傳感器管、流量傳感器管位于其內(nèi)的殼體、定位在殼體外側(cè)用于振動流量傳感器管的驅(qū)動裝置，以及至少一個相對流量傳感器管定位以測量在流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲的拾取傳感器。在示例性實施例中，拾取傳感器位于殼體內(nèi)。在另一實施例中，磁鐵連接到流量傳感器管，且驅(qū)動裝置包括電磁線圈。磁鐵可以是非稀土磁鐵，且更具體地說，為鍍鎳釤鋯磁鐵。電磁線圈可以包括一能量感應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，質(zhì)量流測量裝置包括具有第一和第二端部的殼體，閥體(flow body)、以及相對殼體第一端和閥體定位以便使閥體和第一端以密封方式連接的第一密封件，用戶接口組件以及第二密封件相對殼體第二端定位以便使用戶接口組件和第二端以密封形式連接。密封件允許多種類型的用戶接口組件間互換，包括符合IP-65/NEMA 4X的用戶接口組件，并提供了附加的流體密封。



本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將在閱讀以下的詳細(xì)描述及參照附圖時顯而易見，其中 圖1是概念性示出根據(jù)本發(fā)明各方面的科里奧利質(zhì)量流傳感器的方塊圖； 圖2A和2B示出采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的電磁驅(qū)動器的科里奧利質(zhì)量流傳感器； 圖3A和3B示出采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜電驅(qū)動器的科里奧利質(zhì)量流傳感器； 圖4A和4B示出采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲音驅(qū)動器的科里奧利質(zhì)量流傳感器； 圖5A、5B和5C示出采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓電驅(qū)動器的科里奧利質(zhì)量流傳感器； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于測量科里奧利力導(dǎo)致的相移的同頻放大器的示意圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的用于測量科里奧利力導(dǎo)致的相移的雙通道同步放大器的示意圖； 圖8是示出了利用根據(jù)本發(fā)明的信號處理方法的來自各傳感器管位置傳感器的輸入信號的振幅間關(guān)系曲線。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的用于測量科里奧利力導(dǎo)致的相移的雙同步放大器的示意圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明的包括用于測量科里奧利力導(dǎo)致的相移的基準(zhǔn)頻率調(diào)整裝置雙同步放大器的示意圖； 圖11示出根據(jù)本發(fā)明的電容位移探針的第一實施例； 圖12示出根據(jù)本發(fā)明的電容位移探針的第二實施例； 圖13示出根據(jù)本發(fā)明的電容位移探針的第三實施例； 圖14A和14B分別示出現(xiàn)有技術(shù)的螺紋閥連接和根據(jù)本發(fā)明的密封的螺紋閥連接的各方面；以及
具體實施例方式 在本發(fā)明可以有各種修改和變動形式，其特定實施例在附圖中示例性示出并在此加以詳細(xì)描述。然而應(yīng)理解，特定實施例在此的描述不用于將本發(fā)明限定為所公開的特定形式，而相反本發(fā)明要涵蓋落于如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)的所用修改、等價物及變動。
以下將描述本發(fā)明說明性的實施例。為了清晰起見，在本說明書中未描述實際裝置的所有特征。當(dāng)然應(yīng)明白，在任意的這種裝置開發(fā)過程中，必須作出各種裝置特征的決定以獲得開發(fā)者的特定目的，例如符合與系統(tǒng)有關(guān)的及與商業(yè)有關(guān)的約束，后者將從一個裝置到另一裝置而有所變化。此外，將意識到這種開發(fā)努力將是復(fù)雜并耗時的，但盡管如此，對于利用本公開文本的本領(lǐng)域技術(shù)人員將是常規(guī)的任務(wù)。
圖1是概念性地示出根據(jù)本發(fā)明各方面的科里奧利質(zhì)量流傳感器?？评飱W利質(zhì)量流傳感器1包括一流量傳感器管2，與其相對定位的驅(qū)動裝置3以便振動該管2。位移計4相對管2定位以便測是在管2內(nèi)由于科里奧利力產(chǎn)生的扭曲。
用于傳感器管2的典型材料為316L不銹鋼。使用316L不銹鋼的原因包括其能抵抗來自很多物質(zhì)的化學(xué)侵蝕，其抵抗由正常工藝壓力帶來的破裂，其一般為無污染的并可輕易地形成為流量傳感器管2的理想形狀。然而，316L不銹鋼并不適于所有的應(yīng)用中。因此，可用于實現(xiàn)316L不銹鋼不適于的應(yīng)用的其他管材料是必須的。公知的裝置利用硅作為316L不銹鋼的替代物。硅替代316L不銹鋼的優(yōu)點在于傳感器管可以制成比由316L不銹鋼形成的小的形狀。
對于傳感器管2的材料選擇的另一考慮是對腐蝕導(dǎo)致或增大的應(yīng)力的抵抗能力。應(yīng)力在管安裝處的彎曲臂的底部產(chǎn)生。在多晶體材料中，應(yīng)力將在材料中產(chǎn)生晶格摻雜，以在各微晶顆粒區(qū)域之間的晶界處彌散并聚積。在很多情況下這將減弱微晶晶粒間的鍵合，使材料更易受到化學(xué)侵蝕。象硅或藍(lán)寶石的單晶體材料不易于被這種方式影響。
象316L不銹鋼一樣的金屬一般為多晶體的，并因此在不同程度上更易于受這種形式的化學(xué)侵蝕。象石英玻璃及多種塑料一樣的非晶體材料也對化學(xué)侵蝕導(dǎo)致的應(yīng)力低抗性較好，是由于他們沒有象多晶材料的晶格結(jié)構(gòu)。易受化學(xué)侵蝕的管材料可以以某種方式使其表面改良或涂附以減小腐蝕或侵蝕，如果基體材料的使用在其他方面是適用的話。
表面改良可以通過離子注入、熱擴(kuò)散、以及化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)。在此目的是移去、重新分配或引入在表面留下一化學(xué)抵抗層的元素或分子種類。表面涂附可以通過從在高溫下緊密接觸表面的蒸汽、液體或粉末中熱致沉淀而完成。如果化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)也被等離子體或如來自激光的強(qiáng)光子通量激勵或離子化，可以使用較低溫度。抵抗化學(xué)侵蝕的其他材料可以通過不起反應(yīng)的物理蒸汽蒸鍍來沉積，如由熱或電子束發(fā)射或離子濺射所完成的。如果利用高能量離子束實現(xiàn)濺射以便所濺射的物質(zhì)被化學(xué)激勵或離子化，那么也完成了與表面的化學(xué)反應(yīng)，這對于某些沉積材料是適宜的。同樣在表面的化學(xué)反應(yīng)可以通過加速化學(xué)物質(zhì)來完成，以便動能可以用于觸發(fā)或增強(qiáng)化學(xué)化應(yīng)。
用于在本發(fā)明特定實施例中的科里奧利流量傳感器管2的管材為奧氏體及馬氏體不銹鋼、高鎳合金、鈦和鋯及其他們的合金、尤其是鈦-釩-鋁合金以及鋯錫合金(由于他們的較高強(qiáng)度和低的楊氏模量)，硅、藍(lán)寶石、金剛砂、石英玻璃以及塑料。根據(jù)本發(fā)明所采用的管涂附材料包括金剛砂、鎳、鉻、金剛石、耐火碳化物、耐火金屬氮化物以及耐火金屬氧化物。
圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的科里奧利質(zhì)量流傳感器1。科里奧利質(zhì)量流傳感器1采用包括由信號源(未示出)驅(qū)動的電磁鐵12的電磁驅(qū)動器10，該信號源在所述的實施例中包括一正弦波信號源。電磁鐵12位于安裝在傳感器管16上的小永久磁鐵14附近。傳感器管16連接到包括第一和第二開口19的基體18，以便形成從一個口19通過流量管16到另一口19的流動路徑。在此處公開的實施例中示出的示例性傳感器管16大致為U形，雖然如△形、矩形、螺旋或直的其他形狀的管也可以使用。
圖3A和3B示出與圖2中示出的相似的實施例，其利用靜電驅(qū)動。靜電驅(qū)動器20包括定位于安裝在傳感器管16上的小介電板24附近的充電板22。如果管16由介電材料制成，那么充電板22定位在管16附近且可以除去介電板24。同樣，充電板被諸如正弦信號源的信號源(未示出)驅(qū)動。施加到充電板22上的電壓將在充電板22和介電板24之間產(chǎn)生電場。這將在介電板24上產(chǎn)生表面電荷。隨著電壓極性在充電板22上快速變化，在充電板22和介電板24之間的產(chǎn)生的電場將交替地吸引或排斥，導(dǎo)致流量管16振動。
圖4A和4B示出采用新型聲波驅(qū)動的科里奧利質(zhì)量流傳感器1的另一實施例。聲波驅(qū)動器30包括放置在管16附近的小揚聲器32。由揚聲器32產(chǎn)生的壓力波導(dǎo)致管16振動。
在圖5A、5B和5C中，示出了科里奧利質(zhì)量流傳感器1的又一個實施例。圖5A、5B和5C的科里奧利質(zhì)量流傳感器1采用壓電驅(qū)動器40，其中兩個壓電場42定位在流量管16的每個腿部的相對側(cè)，作用為在每個腿部16上產(chǎn)生雙壓電晶片，如圖5所示。壓電及反壓電效應(yīng)將用于驅(qū)動及/或探測管16的偏移。
質(zhì)量流的測量通過測量在傳感器管16內(nèi)由流體移動過傳感器管16產(chǎn)生的科里奧利力造成的扭曲。例如，包括磁鐵和線圈對的拾取傳感器一般位于流量管16上被認(rèn)為科里奧利力導(dǎo)致的位移最大的地方。線圖和磁鐵被安裝在相對的結(jié)構(gòu)上，例如，磁鐵安裝在管16上而線圈安裝在靜態(tài)封裝壁上。磁鐵將移入或移出線圈，在線圈內(nèi)感應(yīng)電流。這個電流與磁體相對線圈的速度成正比。由于這是一個速度測量，速度及由此的信號當(dāng)流量管16穿過其休止點(過0)時最大?？评飱W利力導(dǎo)致的扭曲在速度信號上產(chǎn)生相移，這是通過測量兩個速度傳感器之間過0次數(shù)的不同而探測出。在使用中，這給次數(shù)測量電路造成很大的精度負(fù)擔(dān)。這將限制由該技術(shù)測量的質(zhì)量流的最高靈敏度。
本發(fā)明的各方面提供了一種為較低流量能力而設(shè)置的流量測量技術(shù)，其更直接并在電路中需要比典型的基于時間的信號調(diào)節(jié)技術(shù)更小的精度。參照圖2-4所示的實施例，振動的傳感器管的位移利用電容拾取傳感器測得，兩個電容位移計(capacitive pick off sensor)50定位在管16附近相對管16的形狀對稱的位置處，以便測量由流體流過傳感器管16產(chǎn)生的科里奧利力所造成的傳感器管16內(nèi)的扭曲。在本發(fā)明特定實施例中，電容位移計50被小型化并表面安裝在傳感器封裝壁上或安裝在插入傳感器管的環(huán)形內(nèi)側(cè)的傳感器塊上。由科里奧利力導(dǎo)致的傳感器管16內(nèi)的扭曲導(dǎo)致來自各電容位移計50的兩個信號間相移。由于這是位移傳感器，信號與位移成正比。管每一側(cè)的相對位移被測量為相移。儀表驅(qū)動器和信號調(diào)節(jié)電路將相對管16的位移轉(zhuǎn)化成高電平信號，其作為可用于測量通過管16的流量建立時的科里奧利效應(yīng)的相移的函數(shù)。
第一信號處理技術(shù)利用帶有被一個位移計50提供的基準(zhǔn)信號的同步(lock in)放在器，以及由另一位移計50提供的輸入信號。每個位移計50都可提供基準(zhǔn)或輸入信號。從同步放大器輸出的相位與流量成比例。圖6是同步放在器52的功能示意圖，用他可以實現(xiàn)用于測量根據(jù)本發(fā)明的科里奧利力導(dǎo)致的扭曲的方法。信號從左向右移動，如圖6所示。左輸入100和右輸入102的信號分別來自左和右位移計50。例如，左輸入100可以用作基準(zhǔn)信號。正弦輸出103為相位同步于左輸入100信號的驅(qū)動信號。這將驅(qū)動流量傳感器管16共振。右輸入102信號與左/基準(zhǔn)輸入100信號和其的90°相移信號104在兩個相位靈每探測系統(tǒng)(PSDs)106內(nèi)混合。功能上，PSDs106將兩個信號相乘，產(chǎn)生高頻分量和DC分量。低通濾波器108濾去高頻分量，在X和Y輸出110、112上產(chǎn)生DC電壓。X輸出110被稱為同相分量，而Y輸出112被稱為相對基準(zhǔn)信號的矢量號的90°(quadrature)分量。這些分量的每一個都是對相位變化靈敏的；然而，矢量模和相位分量可以通過以下關(guān)系分離 方程1模 方程2θ＝tan-1(Y/X)相位角 從同步放大器52的輸出和來自位移計50的輸入之間的關(guān)系推導(dǎo)如下 認(rèn)為兩個信號為具有任意振幅和任意相位差的正弦波。每個信號可以如以下表示 Vleft＝Vref＝Asinωt Vright＝B sin(ωt+φ) 在下部PSD106，發(fā)生以下操作 X′＝Vref*(Vright)＝Asinωt*[Bsin(ωt+φ)] 該信號在二倍頻率處具有DC電壓分量和AC分量，低通濾波器(LPF)108濾去AC分量而留下 在上部PSD106發(fā)生以下操作 Y′＝Acosωt*[Bsin(ωt+φ) 由于cosωt＝sin(ωt+90°)，我們具有一余弦乘法器。
我們得到帶AC和DC分量的信號，其通過LPF108后產(chǎn)生以下 從方程1和2計算模R和相位角θ，我們得到 和 θ＝φ 這些計算可以通過任何適宜的數(shù)字或模擬處理裝置120執(zhí)行。矢量相位與質(zhì)量流成比例。
根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方法需要具有基準(zhǔn)信號和由一個位移計50提供的一輸入信號及由另一位移計50提供的第二輸入信號的雙通道同步放大器。兩個輸入信號之間的差值然后相對基準(zhǔn)信號測量。從同步放大器產(chǎn)生的相位輸出與流量成比例。圖7是雙通道同步放大器54的功能示意圖。信號以與圖6相同的方式移動并與其相同地定義。左輸入100也用作基準(zhǔn)信號。如前面的，正弦輸出103為相位與左輸入100信號同步的驅(qū)動信號。在這種情況下，左輸入信號100從右輸入102信號中被減掉并與左/基準(zhǔn)輸入100信號以及其的90°相移信號104在兩個相位靈敏探測系統(tǒng)(PSDs)106內(nèi)混合。內(nèi)部功能與圖6的同步放大器52相同。
以下的推導(dǎo)可以用于確定從同步放大器54的輸出與來自位移計52的輸入之間關(guān)系。任意適當(dāng)?shù)臄?shù)字或模擬處理裝置120可以用于進(jìn)行這些計算。
將兩個信號認(rèn)為是具有任意振幅和任意相位差的正弦波。每個信號可以表示如下 Vleft＝Vref＝Asinωt Vright＝B sin(ωt+φ) 在這種情況下低噪微分放大器114的輸出將為Vref-Vright 在下部PSD106，發(fā)生以下操作 X’＝Vref(Vref-Vright)＝Asinωt*[Asin-Bsin(ωt+φ)] 在二倍頻率處該信號具有DC電壓分量和AC分量，低通濾波器(LPF)108濾去AC分量而留下 在上部PSD106發(fā)生以下操作 Y′＝Acosωt*[Asinωt-Bsin(ωt+φ)] 由于cosωt＝sin(ωt+90°)，我們得到余弦乘法器。
同樣，我們得到帶AC和DC分量的信號，其在通過LPF后產(chǎn)生以下結(jié)果 從方程1和2計算模R和相位角θ，我們得到 和 θ不再是相位角，而是反正切，相位角與左和右輸入信號的振幅函數(shù)。分析這個方程得出θ是φ的強(qiáng)度函數(shù)(strong function)。實際上，輸入信號的相對振幅可以控制這個方程的強(qiáng)度。這可以從圖8所示的曲線中說明，其中A和B分別是左和右信號的振幅。由于振幅非常接近于匹配，對于同步放大器輸出θ的靈敏度很高。即使對于在2％內(nèi)匹配的振幅，θ對φ的靈敏度幾乎為標(biāo)準(zhǔn)同步放大器結(jié)構(gòu)的100倍。
圖9是雙同步放大器56的功能示意圖，用他實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的用于測量科里奧利力導(dǎo)致的相移的方法。信號以與上述相同的方式移動并且定義相同。左輸入100也用作基準(zhǔn)信號。如前面，正弦輸出103也是與左輸入100信號相位同步的驅(qū)動信號。在這種情況下，左輸入100信號與本身和在兩個相位靈敏探測系統(tǒng)(PSDs)106的90°相移信號在上部同步放大器58內(nèi)混合。在下部同步放大器60內(nèi)，右輸入102信號與左輸入100信號以及其的90°相移信號在兩個相位靈敏探測系統(tǒng)(PSDs)106內(nèi)混合。成對的來自非相移PSDs106和相移PSDs106的輸出在兩個低噪微分放大器114內(nèi)被差分。信號的DC分量被低通濾波器108濾過以給出普通的同步放大器輸出?？梢杂扇魏芜m宜的數(shù)字或模擬處理這種120執(zhí)行的算法，與在上面聯(lián)系圖7的描述的方法中的相同，雖然操作發(fā)生的順序不同。在圖7的雙通道同步技術(shù)中，兩個帶有非常小差別的高電平信號被去掉。低電平信號然后與高電平信號相乘，這可可在模擬電路中導(dǎo)致噪聲或在數(shù)字電路中產(chǎn)生修整誤差。在圖9的雙通道同步技術(shù)中，高電平信號道先被放大，而所產(chǎn)生的振幅接近的信號然后被去掉，而產(chǎn)生具有低噪聲的輸出。
同步放大器的使用對于測量掩埋在非常高振幅的噪聲中的低電平信號非常顯著。同步放大器通過作用為一極窄帶通濾波器而實現(xiàn)這個作用。信號和噪聲被基準(zhǔn)正弦和余弦波倍增，并然后通過低通濾波器以去除基準(zhǔn)頻率。倍增/濾波操作的結(jié)果為表示一復(fù)向量(x+iy)的DC信號?；鶞?zhǔn)頻率和所關(guān)注的信號之間的相位差可以由atan(y/x)確定。
在測量科里奧利力方面，關(guān)注的相同頻率的兩個信號間的相位差。這可以利用每個由相同的基準(zhǔn)頻率驅(qū)動的雙同步放大器來實現(xiàn)，如圖10所示。在圖10所示的功能圖中，左和右輸入信號100、102被由基準(zhǔn)頻率發(fā)生器144提供的基準(zhǔn)正弦和余弦波倍增。輸入信號100、102在PSDs106內(nèi)與正弦和余弦信號混合，然后通過第五階貝塞爾IIR低通濾波器148，如參照圖6、圖7和圖9所述的。上述的倍增/濾波過程在帶有相對基準(zhǔn)頻率的每個信號的合成相位差輸出X、Y的左和右輸入信號100、102上進(jìn)行。兩個輸出信號X、Y之間的差值代表兩個輸入信號100、102的相位差。在科里奧利質(zhì)量流情況下，這個相位差代表質(zhì)量流152的指標(biāo)。
當(dāng)利用同步放大器測量與科里奧利質(zhì)量流相關(guān)聯(lián)的極小相位差時，必須調(diào)整基準(zhǔn)頻率以匹配關(guān)注的信號。如果基準(zhǔn)信號不是非常接近于所關(guān)注的信號，很低頻的AC信號將產(chǎn)生在低通濾波器148的輸出處。科里奧利傳感器的頻率隨質(zhì)量流、溫度、密度和壓力變化，進(jìn)一步使測量過程復(fù)雜。
基準(zhǔn)頻率可以通過處理來自輸入信號100、102之一的輸出矢量的而精確調(diào)整。首先，計算輸出矢量的導(dǎo)數(shù)。這可以通過計算兩個連續(xù)的輸出矢量的復(fù)數(shù)差來完成。然后，初始的輸出矢量被旋轉(zhuǎn)90°并且計算這個矢量與導(dǎo)數(shù)的點積，產(chǎn)生提供到基準(zhǔn)頻率發(fā)生器144上的誤差信號150。如果基準(zhǔn)頻率需要向下、向上調(diào)整或不改變的話，誤差信號150分別為正值、負(fù)值或零。
基準(zhǔn)頻率的調(diào)整量取決于相位測量的精度，但一般地，調(diào)整越精細(xì)，精度越好，如通過在多個輸出樣本上計算標(biāo)準(zhǔn)誤差所確定的那樣。然而，如果在信號頻率上有階躍變化的話，基準(zhǔn)頻率的微調(diào)(小步長變化)將是不利的，由于基準(zhǔn)頻率發(fā)生器144將耗費很長時間才能達(dá)到所要的頻率。如果信號頻率歷經(jīng)頻率階躍變化，PID或適應(yīng)算法可以用于以更靈敏的方式調(diào)整基準(zhǔn)頻率。
在可替代的實施例中，電容位移探針50可以安裝在將首先在三維上定位電容位移探針50的壓電致動器上。此外，當(dāng)與在此公開的雙通道同步放大器或雙同步放大器方法一同使用時，壓電致動器可以動態(tài)調(diào)節(jié)流量傳感器的靈敏度，從而提供了拓寬的工作范圍。
這種動態(tài)定位提供了對于制造可變性的補(bǔ)償，尤其是流量傳感器管相對電容位移探針的定位。動態(tài)定位也提供了對于由各種元件的相對熱膨脹導(dǎo)致的尺寸漂移的被償。與雙通道同步放大器或雙同步放大器組合應(yīng)用，動態(tài)定位使兩個位移信號緊密匹配以提供對于流量的可調(diào)整的靈敏度。對于大流量情況將使用低靈敏度，而對于寬的低流量情況將使用高靈敏度，從而增大了流量測量的動態(tài)范圍。
本發(fā)明的實施例另外提供了電容測量技術(shù)，尤其是，電容位移探針的新型幾何外形。通常地，目標(biāo)的位移作為垂直于電容位移探針的距離來測量，該位移也可以作為與電容位移探針相切的距離而測量。參照圖11，這可以通過并排且兩個板130間具有均勻的間隙132地放置兩個板130，并在與運動(如箭頭136所示)相切的平面內(nèi)放置在傳感器管132附近，如圖11所示。在一實施例中，板130將處于相同的電勢并且傳感器管134處于地電勢。傳感器管134直接定在兩個板130間的間隙132上，預(yù)期的運動136垂直于間隙，以便傳感器管134的循環(huán)運動將使管134對于一板130更靠近另一個板130。在每個板130與傳感器管134之間的相對電容被測量。隨著傳感器管134移過一個板130或另一個，對電容產(chǎn)生影響的面積量將變化，并從而測得相對電容。
一可替代的結(jié)構(gòu)具有對角穿過傳感器管134延伸的間隙132，如圖12所示。這允許傳感器管134在板130平面上的較不精確的位移。與平行間隙相比，傳感器管134未對準(zhǔn)將引起信號內(nèi)較小的不匹配。
另一實施例具有如圖13所示的鋸齒圖形的間隙132。這是在對象間隙132在傳感器管134相對間隙132角度未對準(zhǔn)方面上的改進(jìn)，不論平行的或?qū)ο蟮模瑢⒃趦蓚€板130間的電容變化率上產(chǎn)生偏差。這將在兩個信號間的相位上導(dǎo)致不期望的變化。鋸齒圖形將使傳感器管134的角度未對準(zhǔn)中和，提供更好的對稱信號。
根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性的低流量科里奧利質(zhì)量流控制器，該科里奧利質(zhì)量流控制器包括流量傳感器部分101和流量控制部分104。質(zhì)量流控制器的內(nèi)部或外部的處理器接收設(shè)定點或理想質(zhì)量流的指標(biāo)。設(shè)定點的值與如流量傳感器部分所指示的實際質(zhì)量流相比較以產(chǎn)生誤差值。流量控制部分包括被操縱以調(diào)節(jié)流速并使誤差最小的值。對于掌握本公開文本優(yōu)點的本領(lǐng)域技術(shù)人員，完成該特定控制系統(tǒng)將是日常任務(wù)，并由此，這種實現(xiàn)方式的細(xì)節(jié)將不在此詳細(xì)描述。
被殼體包圍的流量傳感器部分包括彎成環(huán)形的傳感器管、驅(qū)動裝置和定位在傳感管相對側(cè)面、測量傳感器管的各側(cè)面的位移的兩個拾取傳感器。
在現(xiàn)存的科里奧利裝置中，傳感器一般封閉在一焊接的金屬殼體內(nèi)。在殼體內(nèi)的傳感器管也用通過饋入裝置連接到殼體外側(cè)的電路上的導(dǎo)線連接到其位移或速度傳感器上。在這種裝置內(nèi)的傳感器管相對大，并具有大約為l00kHz的共振頻率。對于較小的傳感器管，如本發(fā)明實施例中的那樣，共振頻率較高，在200Hz或更高的數(shù)量級上。隨著頻率增加，由傳感器殼體內(nèi)側(cè)的大氣狀況導(dǎo)致的粘性阻尼效應(yīng)將增大。通過將殼體抽真空或在殼體內(nèi)側(cè)利用真空適應(yīng)材料，可以減小或甚至消除粘性阻尼。從而，在所示的示例性實施例中，傳感器管位于真空傳感器殼體內(nèi)。
傳感器管被設(shè)計以允許與連接管的各環(huán)形腿部的線相正交的彈性彎曲。環(huán)形足夠?qū)捯栽试S繞環(huán)形的中心線彈性扭曲。為了測量低流量的科里奧利力，需要使傳感器管的質(zhì)量最小。由于管需要為較小，而仍要能夠?qū)⒘黧w保持在持續(xù)的壓力下，管的尺寸是關(guān)鍵的。也優(yōu)選地是，拾取傳感器是非接觸的，是由于任何與管的接觸或加載在管上的質(zhì)量將抑制科里奧利力。
拾取傳感器技術(shù)可以包括電容的、磁性的、壓阻的以及光學(xué)的。壓阻應(yīng)力計位移傳感器確實接觸管，但是在環(huán)形底部位移最小且應(yīng)力最大的地方。這對管的振動具有最小的影響。光學(xué)技術(shù)包括各種激光和白光干涉測量位移技術(shù)、三角測量技術(shù)、多重內(nèi)反射及光束遮掩技術(shù)，磁位移技術(shù)包括霍爾效應(yīng)、渦流電流、可變阻抗及磁阻技術(shù)。
電容拾取傳感器技術(shù)因為它具有測量管位移所需的靈敏度而用于本實施例中，其為非接觸的，并不會被磁性驅(qū)動裝置影響。每個電容拾取傳感器包括至少一個連接到給定電勢并位于流量傳感器管附近以便在其間形成間隙的導(dǎo)電板。流量傳感器管連接到不同于導(dǎo)電板的電勢上。導(dǎo)電板和流量傳感器管之間的電容由于當(dāng)流量傳感器管振動時導(dǎo)電板和流量傳感器管之間的相對運動而變化。
在所示的實施例中，導(dǎo)電板如上面參照圖11-13所述的包括第一和第二板。在所示的特定實施例中，采用如圖13所示的鋸齒形板。電容拾取傳感器組裝成大小能配裝在傳感器殼體內(nèi)的一體的傳感器塊，尺寸上通過壓銷定位于殼體的后壁。電容拾取傳感器的導(dǎo)電板制造在多層印刷電路板上，以便提供一保護(hù)層以減小派生電容，并提供一用于焊接到傳感器塊上的背面接觸層。由于電容拾取傳感器需要在真空中工作，低漏氣的材料用于所示實施例中。標(biāo)準(zhǔn)玻璃纖維材料不是真空相適應(yīng)的。理想的材料特性包括其為真空相適應(yīng)的、可焊接、用低漏氣的粘結(jié)可粘結(jié)到多層上，并且其具有用于簡單保護(hù)層結(jié)構(gòu)的低價電常數(shù)。在特定實施例中，使用了商業(yè)上通用的DRUOID。
包含電容拾取傳感器的傳感器塊可以被調(diào)整以優(yōu)化相對傳感器管的空間。這是利用電子放電加工的鉸接板實現(xiàn)的。錐形安放的螺栓實現(xiàn)電容拾取傳感器的線性和角位移。此外，電容拾取傳感器的導(dǎo)電板包括使導(dǎo)線能焊接或粘結(jié)到使電容拾取傳感器與氣密封電接頭互連的傳感器塊前面的印刷電路板上的焊盤，該接頭與傳感器殼體外側(cè)的電容位移電路接合。
驅(qū)動裝置驅(qū)動管成為彎曲模式振動，使其振動。在所示的實施例中，驅(qū)動裝置由焊接到傳感器管上的小磁鐵和交替地推或拉磁鐵的小的電磁線圈構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，非稀土磁鐵，且更具體地說，使用鍍鎳的釤鈷磁鐵。釤鈷磁鐵具有良好的磁性強(qiáng)度對重量比。在這個實施例中，磁鐵重量大約為20mg。磁鐵定位在傳感器管的頂部、中部，以便磁極平行于管的優(yōu)選位移方向指向。
線圈位于傳感器殼體的外側(cè)，與電路板相連。傳感器殼體為非磁性的并從而對于磁場透明。線圈為一與環(huán)形線圈相對的開口線圈型式。在這個實施例中線圈為商業(yè)上通用的額定至少為1mH的能量感應(yīng)器。線圈的中心軸被定向于垂直磁體的表面。傳感器管利用通過鎖相回路功能反饋到線圈驅(qū)動電路的來自一個電容拾取傳感器的信號而驅(qū)動共振。該功能可以由電路或在軟件中實現(xiàn)。
傳感器管安裝到形成流入口和流出口的底部，以便提供一從入口、經(jīng)過流量傳感器管、經(jīng)過流量控制部分、并經(jīng)過傳感器流出口的流動通道。流量控制部分包括具有位于其內(nèi)的閥門線圈和線圈蓋的儀表主體。閥桿和活塞位于閥門線圈之內(nèi)，而閥門體與儀表主體相連，他們之間有密封件。閥門座、彈簧以及孔口位于閥門體之內(nèi)。端部塊位于流量控制部分的每端，密封件設(shè)置在在儀表主體和端部塊之間以及閥門體和端部塊之間。在一實施例中，密封件包括電鑄的鎳密封件。
在示例性的實施例中，科里奧利質(zhì)量流控制器按以下方式組裝。儀表主體和傳感器殼體以及底板、中央支柱及傳感器管通過空間上將傳感器管定位到傳感器殼體的壁上的定位器組裝并固定到位。所剩零件由壓銷(press pin)定位。這些零件然后釬焊成一個單元。磁鐵焊接到傳感器管上。這些傳感器塊利用壓銷組裝并安裝到傳感器殼體之內(nèi)。該壓銷穿過傳感器殼體的背面約0.5mm。一氣密接頭壓在傳感器殼體的背面開口內(nèi)。傳感器塊壓銷和氣密密封的接頭被激光焊接以提供防漏氣的密封。蓋真空環(huán)境中放置在傳感器殼體的前側(cè)上并電子束焊接到位，提供真空密封環(huán)境。
所剩閥門元件及端部塊然后與儀表主體組裝。可以使用電鑄鎳密封件，或為標(biāo)定目的使用彈性O(shè)形圈，然后用鎳密封替代。電路組裝并安裝在完成的組件中。O形圈安裝在底板上，且殼體壓在O形圈密封件上。在底板上的凸輪鎖旋轉(zhuǎn)以鎖住殼體。O形圈安裝在電路遮蓋蓋板上。電路蓋板定位在用戶接口連接器上。電路蓋板在殼體上壓入位以作用在O形圈密封件上。然后測試并標(biāo)定被組裝的質(zhì)量流控制器。
示例性的科里奧利質(zhì)量流控制器具有模塊化結(jié)構(gòu)，這提供了諸多益處。如上所述，電路封裝被設(shè)計成作用在流量控制器主體上的O形密封圈(在殼體的下端和底板之間)并在頂部使用用戶接口蓋板(在殼體的上端和電路蓋板之間)。電路蓋板連接到科里奧利質(zhì)量流控制器內(nèi)部的用戶接口板，其也連接到傳感和控制電路。電路蓋板和用戶接口板一同形成了用戶電路接口。這為根據(jù)用戶需求構(gòu)造接口提供了靈活性，而無需對于每個用戶結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的傳感和控制電路和殼體。
例如，用戶接口蓋板的變型將具有密封件的電導(dǎo)管，以提供符合IP-65/NEMA4X的裝置。相比較，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝置包括連接到用戶接口板上的接頭。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電路蓋板337被延伸以提供用于特定應(yīng)用所需的附加元件的空間。
O形密封殼體的另一其特征在于其提供了三級流體密封，傳感器管為初級流體密封而傳感器殼體為次級密封。
在被控制的流體中存在氣泡的情況下，圍繞在傳統(tǒng)閥內(nèi)的活塞的環(huán)形開口限制了氣泡通過而到達(dá)閥的出口。氣泡將收集在環(huán)形開口的進(jìn)口處以致液體流動受到限制且流量控制失效的程度。如果環(huán)形開口被擴(kuò)大，活塞距閥線圈增大的空間將減小磁路內(nèi)的場強(qiáng)，并從而減小了為了開啟或關(guān)閉閥而抵抗由流體產(chǎn)生的液力所要達(dá)到的力。從而，在所示的科里奧利質(zhì)量流控制器中，通過活塞設(shè)置一環(huán)形孔。環(huán)形孔與氣泡的形狀和大小相適應(yīng)，允許氣泡更自由地穿過閥。這就減小了由氣泡造成的阻礙流動的可能性。穿過活塞中心的孔減小了對磁路的影響，因此保持了抵抗液力開啟和關(guān)閉閥的力。
對于普通的現(xiàn)存閥，閥活塞具有一由可變形材料制成的捕捉座(captiveseat)，當(dāng)壓抵孔的接觸面時，該捕捉座將形成一密封件阻止水流。電磁型閥門在正常關(guān)閉情況下，可以由彈簧產(chǎn)生抵抗該座的力并被平衡以便電磁作用從孔的接觸面提升該座。電磁型閥門在正常開啟的情況下，抵抗該座的力由電磁作用產(chǎn)生，并且被平衡以便當(dāng)移去磁場時彈簧從孔提升該座。該座的材料可以是彈性體的、塑料的或一可延展金屬。
一般優(yōu)選地是由彈性變形取代塑性變形，以便密封件是可恢復(fù)的。另外，硬材料可以用于該座和接觸面，但他們要被制造成包括座和接觸面間高度配合表面的非常緊的公差。這是高成本的方法。座和接觸面之間的空間對閥的工作非常關(guān)鍵，是因為在活塞上的磁力與位移不是線性的。在正常開啟閥門情況下，活塞的正常位置以及座相對于接觸面的位置需要被優(yōu)化，以便當(dāng)座抵靠接觸面運動時提供最大的力，并同時在開啟位置允許水流大。在正常關(guān)閉閥情況下，座抵靠接觸面的力由彈簧產(chǎn)生。彈簧力需要足夠大以抵抗液力而關(guān)閉，此外還要最小化以允許磁力從接觸面提升座足夠的距離以使水流最大。
現(xiàn)有設(shè)備可以利用多種裝置調(diào)整座和接觸面之間的空間，包括在接觸面或座之下放置墊片，或在孔口元件內(nèi)具有一螺紋調(diào)整螺栓。然而，如圖14A所示，在孔口內(nèi)的典型的螺紋調(diào)整件在孔口體250和閥體252之間未密封，在各螺紋件256之間留下一泄漏路徑254。這種螺紋調(diào)節(jié)件需要密封住流體泄漏的螺紋件256。諸如O形圈或墊圈的單獨的密封件提供了這種密封。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，孔口和/或接觸面由塑料材料制成，如

，其可以加工成具有精確孔口的螺紋元件。如圖14B說明的示例性實施例中所示，螺紋256過尺寸加工以便在孔口體250和閥體252之間存在一干涉配合258，從而密封，并消除了單獨密封件(O形圈或墊圈)的需要?，F(xiàn)在孔口接觸面為可變形元件，簡化了閥座和活塞的設(shè)計和加工。
然而，本發(fā)明不必局限于任何特定的閥門活塞結(jié)構(gòu)。在可替代的實施例中，一泵用在閥的位置，例如一計量泵可用于流體控制的目的。尤其是，可以采用包括多個壓電管部分的壓電泵。壓電管部分以使不同壓電管部分收縮或膨脹的方式加以控制，從而使水流按需要的被控制。
上述特定實施例只為說明目的，是由于對于掌握了本發(fā)明的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改并應(yīng)用于不同型式。此外，除了權(quán)利要求所述的之外，不對在此所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計加以限制。因此，上述公開的特定實施例可以進(jìn)行修改，且所有這種變動被認(rèn)為是處于本發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)，于是在此要求的保護(hù)如權(quán)利要求中所述。
權(quán)利要求
1.一種科里奧利質(zhì)量流控制器，包括
流量傳感器管；
相對流量傳感器管定位的驅(qū)動裝置，以便引起流量傳感器管振動；
相對流量傳感器管定位的位置傳感裝置，以便測量在流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲；以及
適于接收來自流量傳感器管的流體的流量控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流控制器，其特征在于，流量控制裝置包括閥，所述閥包括
閥座；
適于密封住所述閥座的活塞，所述活塞確定了至少一個穿過其延伸的孔，以便在活塞未落座于閥座上時，建立通過活塞的流體流動路徑。
3.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流控制器，其特征在于，流量控制裝置包括泵。
4.如權(quán)利要求3所述的科里奧利質(zhì)量流控制器，其特征在于，所述泵包括計量泵。
全文摘要
一種科里奧利質(zhì)量流控制器，包括流量傳感器管；相對流量傳感器管定位的驅(qū)動裝置，以便引起流量傳感器管振動；相對流量傳感器管定位的位置傳感裝置，以便測量在流量傳感器管內(nèi)由科里奧利力造成的扭曲；以及適于接收來自流量傳感器管的流體的流量控制裝置。
文檔編號G05D7/06GK101533278SQ200910128720
公開日2009年9月16日 申請日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月8日
發(fā)明者邁克爾·J·巴杰, 約瑟夫·C·迪爾, 杰弗里·L·懷特利, 蒂莫西·W·斯科特 申請人:埃莫森電器公司