ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к расходомерам Кориолиса, а более конкретно к устройству и способу изменения частот колебаний расходомерной трубки в режиме поперечных колебаний расходомера Кориолиса. Это изобретение также относится к устройству и способу увеличения частотного разнесения между резонансной частотой возбуждения расходомерной трубки и частотами колебаний режима поперечных колебаний расходомерной трубки.
ЗАДАЧА
Расходомеры Кориолиса характеризуются наличием расходомерной трубки, по которой протекает материал, в то время как она испытывает колебания на своей резонансной частоте. Когда материал не протекает, каждая точка на расходомерной трубке совершает колебания синфазно с каждой другой точкой на расходомерной трубке. Два датчика, установленные в разных точках на расходомерной трубке, генерируют синусоидальные сигналы, которые имеют одинаковую фазу, когда материал не протекает, и имеют разность фаз, когда материал протекает. Эта разность возникает благодаря силам Кориолиса, генерируемым за счет протекания материала по колеблющейся расходомерной трубке. Величина разности фаз между любыми двумя точками вдоль длины расходомерной трубки, по существу, пропорциональна массовому расходу при протекании материала. В массовых расходомерах Кориолиса применяется обработка сигналов, которая определяет эту разность фаз и дает выходной сигнал, указывающий информацию о массовом расходе наряду с другой информацией, касающейся протекания материала.
Во время эксплуатации расходомерная трубка возбуждается несинфазно с соседним параллельным элементом, например балансиром в случае расходомера Кориолиса с прямолинейной расходомерной трубкой. Усилие возбуждения генерируется электромеханическим возбудителем, который генерирует несинфазные колебания расходомерной трубки и балансира на их общей резонансной частоте. В целях обсуждения отмечается, что можно считать балансир и расходомерную трубку возбуждаемыми возбудителем в вертикальной плоскости. Эти вертикальные колебания относительно велики, поскольку они происходят в режиме несинфазных изгибных колебаний первого порядка расходомерной трубки и балансира, и они возбуждаются на их резонансной частоте.
Кориолисовы отклонения колеблющейся расходомерной трубки при протекании материала также происходят в той же плоскости, что и колебания возбуждения. Кориолисовы отклонения происходят на частоте возбуждения, но отклонение трубки имеет форму, соответствующую режиму изгибных колебаний с более высокой частотой. Следовательно, амплитуда Кориолисовых отклонений значительно меньше, чем амплитуда колебаний расходомерной трубки на частоте возбуждения. Даже несмотря на то, что амплитуда реакции Кориолиса относительно мала, именно реакция Кориолиса обуславливает генерирование выходных сигналов датчиков, которые обрабатываются измерительным электронным устройством для генерирования информации о желательном массовом расходе и другой информации, относящейся к протекающему материалу. Погрешность на выходе расходомера Кориолиса обычно может составлять 0,15% или менее. Чтобы достичь этой точности, необходимо, чтобы сигналы датчиков расходомера Кориолиса включали в себя как можно меньше шума и нежелательных сигналов, которые могут оказать негативное влияние на обработку сигналов датчиков расходомера Кориолиса.
При эксплуатации расходомера Кориолиса сигналы, индуцируемые в датчиках, содержат не только желательные сигналы реакции Кориолиса малой амплитуды, но и нежелательные сигналы, которые подаются в схемы обработки вместе с желательными сигналами реакции Кориолиса. Получение этих нежелательных сигналов оказывает негативное влияние на способность схем обработки генерировать выходные сигналы, позволяющие достичь цели получения погрешности менее 0,15%.
Нежелательные сигналы датчиков могут быть вызваны окружающим шумом из окружающей среды. Окружающий шум может иметь место из-за находящегося рядом станочного оборудования и вибраций, являющихся следствием автомобильного и железнодорожного движения по близлежащим магистралям. Он также может быть вызван колебаниями в трубопроводе, с которым соединен расходомер Кориолиса. Окружающий шум можно преодолеть путем надлежащего монтажа расходомера для изоляции его от колебаний, вызываемых станочным оборудованием и движением транспорта. Шум, вызываемый подсоединенным трубопроводом, можно преодолеть путем изоляции расходомера от этого трубопровода.
Еще одним источником нежелательных сигналов являются нежелательные колебания в расходомере. Эти нежелательные колебания труднее преодолеть и можно минимизировать, но не исключить путем усовершенствования конструкции расходомера.
Все расходомеры Кориолиса имеют формы колебаний, которые являются результатом возбуждения расходомерной трубки на ее резонансной частоте. Типовой расходомер имеет режимы колебаний, которые по своей форме характеризуются следующим образом:
синфазные изгибные (СФИ);
синфазные поперечные (СФП)
несинфазные изгибные (возбуждение);
несинфазные поперечные (НФП);
балансира второго порядка (изгибные).
Несинфазные изгибные колебания представляют собой желательный режим возбуждения, остальные представляют собой нежелательные режимы. Все эти режимы присущи расходомеру Кориолиса, однако, за счет хорошей конструкции можно лишь минимизировать, но не исключить нежелательные режимы. Кроме того, частота этих режимов изменяется с плотностью протекающего материала. Когда режим меняет частоту, существует возможность взаимодействия между соседними режимами, которое может вынудить расходомер стать неустойчивым и выдавать неправильные выходные данные. Как упоминалось выше, режимом, который желателен и используется для генерирования желательной выходной информации расходомера, является режим возбуждения, т.е. несинфазных изгибных колебаний. Именно этот режим генерирует силы Кориолиса. Получаемая реакция Кориолиса обнаруживается датчиками, которые генерируют сигналы, используемые для выдачи выходной информации расходомера.
Синфазные поперечные и несинфазные поперечные колебания представляют собой проблему, решению которой должна отвечать конструкция любого расходомера. Задача создания хорошей конструкции расходомера Кориолиса состоит в том, чтобы гарантировать, что частота возбуждения разнесена от более низкой частоты синфазных поперечных колебаний и более высокой частоты несинфазных поперечных колебаний на величину, достаточную для того, чтобы избежать негативных воздействий двух разных частот поперечных колебаний на обработку сигнала отдельной реакции Кориолиса или минимизировать эти воздействия. Это необходимо для того, чтобы электронные схемы обработки могли генерировать выходные сигналы, имеющие требуемую погрешность менее 0,15%.
Частота возбуждения может вызвать возбуждение нежелательных поперечных колебаний из-за асимметрии различных деталей расходомера, а также из-за окружающего шума. Наличие поперечных колебаний допустимо лишь постольку, поскольку их частоты разнесены от частоты возбуждения на достаточную величину. Если такое разнесение не является адекватным, близость частот поперечных колебаний к частоте возбуждения сигналов может создать частоты и взаимодействия биений, вследствие чего получаются нежелательные сигналы датчиков, поступающие в электронные схемы обработки наряду с желательным сигналом реакции Кориолиса. Если эти нежелательные сигналы режима поперечных колебаний имеют избыточную амплитуду и/или близки к частоте сигнала реакции Кориолиса, электронные схемы обработки могут оказаться неспособными обрабатывать сигнал Кориолиса для генерирования выходной информации, имеющей требуемую точность.
Из вышеизложенного можно увидеть, что в связи с конструкцией и эксплуатацией расходомеров Кориолиса существует задача минимизации негативного влияния сигналов, генерируемых нежелательными режимами колебаний, в результате которых не достигается компромисс между обработкой сигнала реакции Кориолиса и точностью выходного сигнала на выходе расходомера.
РЕШЕНИЕ
Вышеизложенная задача решается и преимущество над известным уровнем техники достигается с помощью настоящего изобретения, которое представляет собой устройство и способ изменения характеристик колебаний расходомерных трубок расходомеров Кориолиса таким образом, что частота возбуждения и реакции Кориолиса разнесены на подходящую величину от обеих частот синфазных и несинфазных поперечных колебаний. Это увеличенное разнесение повышает способность соответствующего измерительного электронного элемента обрабатывать сигнал реакции Кориолиса таким образом, что он может достигать требуемой точности на выходе.
Вышеописанные нежелательные сигналы, которые могут мешать обработке сигналов реакции Кориолиса, возникают по двум причинам. Во-первых, они вызываются наличием окружающего шума. Во вторых, они возникают из-за нежелательных колебаний в конструкции расходомера. Обе эти причины могут вызвать появление нежелательных сигналов, которые могут негативно повлиять на обработку сигналов, а именно сигнала реакции Кориолиса.
Окружающий шум можно уменьшить для приемлемого уровня посредством улучшенной механической изоляции расходомера Кориолиса от источника шума. Сигналы, генерируемые нежелательными колебаниями расходомера, возникают главным образом из-за асимметрии в конструкции расходомера. Эта асимметрия может быть следствием несовершенного монтажа возбудителя и/или датчиков в вертикальной плоскости. Эта асимметрия также может быть следствием несовершенных операций сварки или пайки твердым припоем при изготовлении расходомера. В результате этой асимметрии, например, возбудитель может сообщать расходомерной трубке колебания в желательной вертикальной плоскости, но - в меньшей степени - может сообщать расходомерной трубке колебания в нежелательной поперечной плоскости. Аналогично несовершенным может быть и крепление датчиков к расходомерной трубке, так что датчики реагируют главным образом на перемещение в вертикальной плоскости, но могут также реагировать на перемещение в поперечной плоскости. Иными словами, ни один расходомер Кориолиса не оказывается совершенным при изготовлении и/или при эксплуатации, и вследствие этого элементы расходомера, которые должны работать только в вертикальной плоскости, также имеют реакцию, хотя и довольно малую, в плоскости, которая перпендикулярна вертикальной плоскости. В результате эти элементы имеют нежелательную поперечную составляющую своих колебаний наряду с желательной вертикальной составляющей. Эта поперечная составляющая, хотя и довольно малая, может вызвать нежелательные сигналы на выходах датчиков.
Решение задачи неизбежного присутствия поперечных колебаний заключается в том, чтобы изменить конструктивные характеристики расходомера для достижения управления частотами поперечных колебаний. Это обеспечивает разнесение частот поперечных колебаний на более значительную величину от частоты сигнала возбуждения и сигнала реакции Кориолиса. Увеличенное частотное разнесение уменьшает как амплитуду поперечных колебаний, так и частоты биений и их взаимодействия с сигналом реакции Кориолиса. Увеличенное разнесение частот поперечных колебаний от частот возбуждения и реакции Кориолиса также обеспечивает более легкую обработку сигнала реакции Кориолиса соответствующим измерительным электронным элементом. Частота режима поперечных колебаний, которая недопустимо близка к частоте сигнала реакции Кориолиса, требует крайне узкой ширины полосы и избирательности в схемах обработки сигналов. Достижение этой узкой ширины полосы и избирательности является делом трудным и дорогим.
В отличие от этого, при разнесении частот режима поперечных колебаний на достаточную величину от частоты реакции Кориолиса требования к ширине полосы и избирательности измерительного электронного элемента уменьшаются, так что сигнал реакции Кориолиса можно обрабатывать с достижением желательной точности в выходной информации расходомера. Причина этого заключается в том, что увеличенное частотное разнесение позволяет за счет чувствительности измерительного электронного элемента подавить или уменьшить до приемлемого уровня сигналы режима поперечных колебаний.
Устройство и способ согласно настоящему изобретению обеспечивают управление частотами поперечных колебаний за счет использования концентрического кольца, прикрепленного на концах расходомерной трубки, причем боковые осевые продолжения кольца контактируют с расходомерной трубкой на каждой из ее сторон. Эти боковые осевые продолжения значительно увеличивают жесткость расходомерной трубки при поперечных колебаниях и лишь незначительно влияют на колебания расходомерной трубки в вертикальной плоскости (т.е. на возбуждение). В результате этого достигается увеличенное разнесение между частотой (возбуждения) вертикальных колебаний расходомерной трубки и частотами поперечных колебаний расходомерной трубки. Это увеличенное частотное разнесение исключает нежелательные последствия частот колебаний в режиме поперечных колебаний, упрощая обработку сигнала реакции Кориолиса и позволяя достичь повышенной точности выходной информации расходомера.
Первый аспект изобретения относится к расходомеру Кориолиса, имеющему расходомерную трубку для принятия потока материала, балансир, соединенный с упомянутой расходомерной трубкой, возбудитель, сообщающий колебания упомянутой расходомерной трубке и упомянутому балансиру в плоскости возбуждения в противофазе друг с другом, при этом упомянутые колебания в упомянутой плоскости возбуждения и упомянутый поток материала оказывают совместное влияние на индуцирование Кориолисовых отклонений в упомянутой расходомерной трубке, датчиков, соединенные с упомянутой расходомерной трубкой, которые обнаруживают упомянутые Кориолисовы отклонения, при этом упомянутые датчики генерируют сигналы, представляющие информацию, касающуюся упомянутого потока материала, в ответ на упомянутое обнаружение упомянутых Кориолисовых отклонений, измерительный электронный элемент, который принимает упомянутые сигналы от упомянутых датчиков и генерирует выходную информацию, касающуюся упомянутого потока материала, причем упомянутый расходомер Кориолиса при эксплуатации подвергается воздействию нежелательных поперечных колебаний упомянутой расходомерной трубки в плоскости, смещенной от упомянутой плоскости возбуждения, упомянутые поперечные колебания генерируют нежелательные сигналы в упомянутых датчиках, упомянутые нежелательные сигналы затрудняют обработку упомянутых сигналов датчиков, представляющих упомянутые Кориолисовы отклонения, когда частотное разнесение между упомянутой частотой возбуждения и упомянутыми поперечными колебаниями меньше, чем желательная величина, причем в соответствии с изобретением расходомер Кориолиса дополнительно содержит стабилизатор режима поперечных колебаний, соединенный с упомянутой расходомерной трубкой и упомянутым балансиром, причем упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний изменяет частоту упомянутых поперечных колебаний и тем самым увеличивает частотное разнесение между упомянутой частотой возбуждения и частотой упомянутых поперечных колебаний до величины, превышающей упомянутую желательную величину, для облегчения обработки упомянутых сигналов Кориолиса упомянутым измерительным электронным элементом.
Второй аспект изобретения включает в себя расходомер Кориолиса согласно первому аспекту, в котором упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний включает в себя продолжения, прикрепленные к первой стороне и второй стороне упомянутой расходомерной трубки для повышения резонансной частоты упомянутых поперечных колебаний.
Третий аспект изобретения включает в себя расходомер Кориолиса согласно первому аспекту, в котором упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний включает в себя первый стабилизатор режима поперечных колебаний, который соединяет первый конец упомянутого балансира с первой частью стенки упомянутой расходомерной трубки, второй стабилизатор режима поперечных колебаний, который соединяет второй конец упомянутого балансира со второй частью стенки упомянутой расходомерной трубки, кольцевой элемент, имеющий круглое отверстие для ввода упомянутой расходомерной трубки, первое и второе боковое продолжение на каждом стабилизаторе режима поперечных колебаний, проходящие в осевом направлении внутрь от упомянутой кольцевой части к осевому центру упомянутой расходомерной трубки вдоль боковых сторон упомянутой расходомерной трубки, причем упомянутые боковые продолжения влияют на повышение резонансной частоты поперечных колебаний.
Четвертый аспект изобретения включает в себя расходомер Кориолиса согласно первому аспекту, в котором упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний содержит первый стабилизатор режима поперечных колебаний, соединенный с первым концом упомянутого балансира, и второй стабилизатор режима поперечных колебаний, соединенный со вторым концом упомянутого балансира, причем упомянутый первый конец и упомянутый второй конец упомянутого балансира связаны с первой частью стенки и второй частью стенки соответственно упомянутой расходомерной трубки, упомянутый балансир ориентирован, по существу, параллельно упомянутой расходомерной трубке, каждый упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний имеет цилиндрический кольцевой элемент, имеющий круглое отверстие для ввода упомянутой расходомерной трубки, упомянутый цилиндрический кольцевой элемент каждого упомянутого стабилизатора режима поперечных колебаний расположен между наружной стенкой упомянутой расходомерной трубки и внутренней стенкой упомянутого балансира, каждый упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний включает в себя боковые продолжения, ограничивающие боковые окружные сегменты, которые проходят в осевом направлении внутрь от упомянутого кольцевого элемента вдоль противоположных окружных частей упомянутой расходомерной трубки к осевому центру упомянутой расходомерной трубки, упомянутые боковые продолжения влияют на повышение резонансной частоты поперечных колебаний упомянутой расходомерной трубки, оставляя резонансную частоту упомянутых колебаний возбуждения, по существу, неизменной, причем верхний и нижний окружные сегменты каждого упомянутого стабилизатора режима поперечных колебаний ограничивают полости, соседние в окружном направлении с упомянутыми боковыми окружными сегментами, ограниченными упомянутыми продолжениями.
Пятый аспект изобретения включает в себя расходомер Кориолиса согласно первому аспекту, в котором упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний содержит первый стабилизатор режима поперечных колебаний и второй стабилизатор режима поперечных колебаний, причем каждый стабилизатор режима поперечных колебаний ограничивает цилиндрический кольцевой элемент, имеющий круглое отверстие для ввода упомянутой расходомерной трубки, пару боковых продолжений, прикрепленных к упомянутому кольцевому элементу, ориентированных в окружном направлении противоположно друг другу и проходящих внутрь от упомянутого кольцевого элемента вдоль противоположных боковых поверхностей упомянутой расходомерной трубки к осевому центру упомянутой расходомерной трубки, пару полостей, расположенных в окружном направлении друг против друга и проходящих внутрь от упомянутого кольцевого элемента к упомянутому осевому центру упомянутой расходомерной трубки, причем упомянутые полости расположены в окружном направлении между упомянутой парой продолжений, при этом упомянутые боковые продолжения ужесточают расходомерную трубку по отношению к упомянутым поперечным колебаниям, оставляя жесткость упомянутой расходомерной трубки относительно неизменной по отношению к колебаниям в упомянутой плоскости возбуждения, упомянутая пара полостей и упомянутая пара боковых продолжений позволяют упомянутой расходомерной трубке оставаться относительно не подверженной влиянию по отношению к колебаниям упомянутой расходомерной трубки в упомянутой плоскости возбуждения, ужесточение упомянутой расходомерной трубки по отношению к поперечным колебаниям повышает резонансную частоту упомянутых поперечных колебаний упомянутой расходомерной трубки и вызывает увеличенное частотное разнесение между упомянутой частотой реакции Кориолиса и упомянутыми частотами поперечных колебаний упомянутой расходомерной трубки.
Шестой аспект изобретения включает в себя расходомер Кориолиса согласно первому аспекту и дополнительно включает в себя цилиндрический корпус, заключающий в себе упомянутую расходомерную трубку, упомянутый балансир и упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний, первое и второе соединительные звенья корпуса, связанные с первым концом и вторым концом балансира и с упомянутой расходомерной трубкой и упомянутым стабилизатором режима поперечных колебаний, причем первый конец упомянутого соединительного звена корпуса соединен с первой внутренней частью стенки упомянутого корпуса, второй конец упомянутого соединительного звена корпуса соединен со второй внутренней частью стенки упомянутого корпуса, противоположной в окружном направлении упомянутой первой внутренней части стенки.
В седьмом аспекте изобретение представляет собой расходомер согласно шестому аспекту, в котором упомянутое соединительное звено корпуса ограничивает плоский элемент, проходящий от упомянутого первого конца к упомянутому второму концу, круглое отверстие в средней части упомянутого плоского элемента, причем в упомянутое круглое отверстие введена расходомерная трубка и упомянутая кольцевая часть упомянутого стабилизатора режима поперечных колебаний.
В восьмом аспекте изобретение включает в себя способ увеличения частотного разнесения между резонансной частотой режима возбуждения и частотой режима поперечных колебаний расходомера Кориолиса, отличающийся тем, что включает этапы, на которых возбуждают расходомерную трубку расходомера Кориолиса в плоскости возбуждения на резонансной частоте расходомерной трубки и связанного с ней балансира, используют стабилизатор режима поперечных колебаний, имеющий боковые продолжения, которые соединяют с частями боковых сторон расходомерной трубки для ужесточения упомянутых частей сторон по отношению к поперечным колебаниям, причем упомянутое ужесточение влияет на повышение частоты поперечных колебаний упомянутой расходомерной трубки до величины, превышающей частоту поперечных колебаний упомянутой расходомерной трубки при отсутствии связи с упомянутым стабилизатором режима поперечных колебаний.
Девятый аспект изобретения включает в себя способ согласно восьмому аспекту, при котором этап использования включает в себя этап контактирования окружных боковых продолжений на упомянутом стабилизаторе режима поперечных колебаний с противоположными окружными сторонами упомянутой расходомерной трубки для ужесточения упомянутых сторон упомянутой расходомерной трубки по отношению к поперечным колебаниям.
Десятый аспект изобретения включает в себя способ согласно девятому аспекту и дополнительно включает в себя этапы, на которых соединяют упомянутую расходомерную трубку и упомянутый стабилизатор режима поперечных колебаний, а также балансир с соединительным звеном корпуса, и соединяют противоположные концы упомянутого соединительного звена с внутренней поверхностью корпуса, заключающего в себе расходомерную трубку и балансир расходомера Кориолиса.
В патенте США №5945609 раскрыта сущность массового расходомера для измерения расхода текучей среды путем генерирования силы Кориолиса в измерительной трубке, включающего в себя корпус и механизм для опирания трубки в корпусе. Опорный механизм включает в себя, по существу, цилиндрическую полую штангу и первый и второй концевые опорные элементы. В корпусе предусмотрены генератор колебаний, предназначенный для сообщения колебаний измерительной трубке, и два датчика для обнаружения этих колебаний. Эффективная колебательная длина измерительной трубки задана более короткой, чем эффективная колебательная длина опорного механизма, чтобы тем самым установить частоту колебаний измерительной трубки выше, чем собственная частота опорного механизма, без уменьшения жесткости опорного механизма или использования какой-либо дополнительной массы.
В патенте США №5731527 раскрыта сущность расходомера Кориолиса, расходомерные трубки которого изготовлены, по меньшей мере, частично из анизотропного материала, такого как армированные волокнами композиты. Композиционный материал сформирован посредством управляемого ориентирования волокон в одном направлении для увеличения предела прочности при растяжении материала в этом направлении. Из этого композита формуют выбранные зоны расходомерных трубок, чтобы увеличить чувствительность расходомера и лучше разнести желательные частоты колебаний расходомера от нежелательных частот колебаний. Ориентированные в окружном направлении волокна увеличивают защитную способность расходомерных трубок выдерживать внутреннее давление. Датчик деформации, прикрепленный к расходомерной трубке, изгибается при деформации расходомерной трубки, указывая внутреннее давление в расходомерной трубке.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие задачи, признаки и преимущества изобретения станут более понятными по прочтении нижеследующего подробного описания одного возможного примерного варианта его осуществления, приводимого вместе с чертежами, на которых
фиг.1 и 2 раскрывают сущность стабилизатора режима поперечных колебаний в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.3 представлен вид сбоку в разрезе расходомера, воплощающего изобретение;
на фиг.4 представлен вид расходомера по линии 4-4, показанной на фиг.9;
на фиг.5 представлен вид сбоку в разрезе расходомера, воплощающего изобретение;
на фиг.6 представлено изометрическое изображение расходомера, показанного на фиг.3 и воплощающего стабилизатор режима поперечных колебаний, показанного на фиг.1 и 2;
на фиг.7 и 8 представлены дополнительные изометрические изображения, иллюстрирующие расходомер Кориолиса, показанный на фиг.3 и воплощающий стабилизатор режима поперечных колебаний, показанный на фиг.1 и 2;
на фиг.9 представлен вид сбоку части расходомера, воплощающего изобретение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Описание фиг.1, 2 и 3
Настоящее изобретение представляет собой расходомер Кориолиса, воплощающий стабилизатор режима поперечных колебаний согласно настоящему изобретению для изменения резонансной частоты поперечных колебаний расходомерной трубки и одновременного оставления частоты резонансной частоты возбуждения в вертикальной плоскости, по существу, неизменной. Стабилизатор режима поперечных колебаний изображен на фиг.1 и 2. Фиг.3-8 изображают стабилизатор режима поперечных колебаний, воплощенный в расходомере Кориолиса с прямолинейной расходомерной трубкой.
Стабилизатор режима поперечных колебаний, показанный на фиг.1 и 2, содержит цилиндрический элемент 101, имеющий центральное отверстие 115, приспособленное для ввода расходомерной трубки 303, показанной на фиг.3-8. Цилиндрический элемент 101 имеет наружную поверхность, содержащую кольцевой элемент 204 (показанный на фиг.2) и пару боковых продолжений 108, каждое из которых имеет торец 104 и боковую поверхность 205. Стабилизатор 101 режима поперечных колебаний имеет канавку 106 в его верхней и нижней части для ввода зубцов 411 соединительного звена 401, лучше всего показанного на фиг.4 и 6. Стабилизатор 101 режима поперечных колебаний имеет пару боковых канавок 107, которые используются для облегчения операции пайки твердым припоем при креплении стабилизатора 101 режима поперечных колебаний к расходомерной трубке 103 в процессе изготовления.
Фиг.1 изображает вид с торца стабилизатора 101 режима поперечных колебаний, если смотреть от линии 1-1, показанной на фиг.2. Полости 109 на фиг.1 являются полостными квадрантными частями стабилизатора 101 режима поперечных колебаний и расположены в окружном направлении между двумя квадрантами, содержащими боковые продолжения 108 стабилизатора 101 режима поперечных колебаний. Как показано на фиг.1 и 2, каждая полость 109 содержит окружной сегмент или квадрант, расположенный вверху и внизу стабилизатора 101 режима поперечных колебаний между двумя боковыми квадрантами, содержащими боковые продолжения 108. Элемент 105 является внутренней поверхностью полости 109. Оба боковых продолжения 108 показаны на левой и правой стороне фиг.1, причем элемент 104 является правым задним краем каждого продолжения 108, как показано на фиг.2.
На фиг.2 показано, что стабилизатор 101 режима поперечных колебаний имеет внутреннюю поверхность, которая может быть функционально разделена на кольцевой элемент 204 и пару боковых продолжений 108, имеющих наружную поверхность 205. Левый торец стабилизатора 101 режима поперечных колебаний на фиг.2 содержит торцевую поверхность 202, по существу, перпендикулярную кольцевому элементу 204, а также наклонную поверхность 203, взаимосвязывающую наружную окружную часть торцевой поверхности 202 с левым торцом кольцевого элемента 204. Поверхности 202 и 203 вместе с канавками 106 позволяют соединительному звену 401 корпуса и его зубцам 411, показанным на фиг.6, входить в зацепление с канавками 106 стабилизатора 101 режима поперечных колебаний. Элементы 111, 112, 114 и 116 содержат верхние и нижние края боковых продолжений 108.
Фиг.3 представляет разрез расходомера 300 Кориолиса с прямолинейной расходомерной трубкой, воплощающего настоящее изобретение. Расходомер 300 содержит корпус 301, который заключает в себе расходомерную трубку 303, и окружающий концентрический балансир 302, которые соединены на левом и правом концах балансира 302 со стабилизатором 101 режима поперечных колебаний. Расходомерная трубка 303 проходит через конец 310 корпуса и часть 315 шейки и оканчивается во фланцевых элементах 306. Левым концом расходомерной трубки 303 является элемент 307; правым концом расходомерной трубки является элемент 318. Пара датчиков ЛД и ПД содержит левую и правую катушки 312 и левый и правый магниты 313. Расходомер также включает в себя возбудитель В, 309, связанный с балансиром 302 и расходомерной трубкой 303, для возбуждения балансира и расходомерной трубки несинфазно друг относительно друга на резонансной частоте режима изгибных колебаний первого порядка конструкции "расходомерная трубка - балансир".
Сигнал возбуждения генерируется измерительным электронным элементом 316 и подается через проводник 328 на возбудитель 309 для сообщения колебаний паре "расходомерная трубка - балансир" на ее резонансной частоте режима изгибных колебаний первого порядка. Измерительный электронный элемент принимает от датчиков ЛД и ПД по каналам 317 и 319 сигналы, представляющие Кориолисово смещение колеблющейся расходомерной трубки, в которой течет материал. Измерительный электронный элемент 316 обрабатывает эти сигналы для генерирования информации о массовом расходе и другой желательной информации, касающейся течения материала. Выходная информация расходомера подается по каналу 320 в непоказанную стандартную схему.
Элемент 304 содержит стенку корпуса 301. Поскольку фиг.3 представляет собой разрез расходомерной трубки 303, соединение стабилизатора 101 режима поперечных колебаний с соединительным звеном 401 корпуса не показано. На фиг.3 также не показано соединение концевой части 407 соединительного звена 401 корпуса с задней внутренней стенкой 321 корпуса 301. Элемент 305 представляет собой пространство между внутренней поверхностью балансира 302 и наружной поверхностью расходомерной трубки 303.
Описание фиг.4 и 5
Фиг.4 раскрывает сущность барашкообразного соединительного звена 401 корпуса, которое имеет наружный левый конец 407, соединенный с внутренней стенкой 408 корпуса 301 расходомера. Наружный правый конец 403 соединительного элемента 401 корпуса, как показано на фиг.4, также прикреплен к внутренней стенке 408 корпуса 301. Фиг.4 и 5 также раскрывают сущность связи стабилизатора 101 режима поперечных колебаний с расходомерной трубкой 303, балансиром 302 и соединительным звеном 401 корпуса. Фиг.4 представляет вид с торца конструкции, показанной на фиг.5, вдоль линий 4-4, показанных на фиг.5. Иными словами, фиг.4 представляет вид с торца в разрезе конструкции расходомера, если смотреть от средней части расходомера. На фиг.4 центральная часть расходомерной трубки 303 показана крайней изнутри парой линий, между которыми нанесена штриховка и которые показывают поперечное сечение стенки расходомерной трубки 303. К левой и правой боковым частям стенки расходомерной трубки прикреплены левая и правая поперечные поверхности 104 цилиндрического стабилизатора 101 режима поперечных колебаний. Окружные краевые части левой поперечной поверхности 104 представлены линиями 111 и 112 на фиг.4. Соответствующими линиями на правой стороне этого чертежа являются окружные границы правой поперечной поверхности 104, окружные края которой обозначены позициями 114 и 116 на фиг.1. Элемент 113 на фиг.4 представляет поверхность нижней полости 109, показанной на фиг.2. Крайняя верхняя линия 113 представляет внутреннюю поверхность верхней полости 109, как показано на фиг.2.
Следующей парой линий, между которыми нанесена штриховка и которые проходят снаружи от центра расходомерной трубки 303, являются стенки балансира 302. Это заштрихованный сегмент 421. Наружная поверхность сегмента 421 вверху и внизу на фиг.4 ограничивает часть соединительного звена 401 корпуса, которая прикреплена к верхней и нижней частям балансира 302. Левая сторона фиг.4 изображает левый конец 407 соединительного звена 401 корпуса, соединенный с внутренней поверхностью стенки 408 корпуса. Правая сторона фиг.4 изображает правый конец 403 соединительного звена 401 корпуса, соединенный с внутренней поверхностью стенки 408 корпуса. Элемент 406 является стыком соединительного звена 401 корпуса и балансира 302.
Описание фиг.6
Фиг.6 раскрывает сущность расходомерной трубки 303 и балансира 302, подробно показывая, как соединительное звено 401 корпуса и стабилизатор 101 режима поперечных колебаний связывают концы балансира 302 с расходомерной трубкой 303. Боковые продолжения 108 стабилизатора 101 режима поперечных колебаний ясно показаны как осевые внутренние торцы 104 правой бокового продолжения 108. Также показаны внутренние торцы 113 полостей 109 стабилизатора 101 режима поперечных колебаний. Зубцы 411 на соединительном звене 401 корпуса приспособлены к вводу в канавки 106 стабилизатора 101 режима поперечных колебаний.
Описание фиг.7 и 8
На фиг.7 и 8 изображен расходомер Кориолиса 300 с прямолинейной расходомерной трубкой, имеющий корпус 301, заключающий в себе расходомерную трубку 303 и ее балансир 302. Расходомерная трубка 303 проходит изнутри корпуса 301 через левый и правый концы 310 корпуса и участки 315 шеек к фланцам 306. На фиг.7 показано, что элемент 307 представляет собой левый конец расходомерной трубки 303, а элемент 308 представляет собой правый конец расходомерной трубки 303. Фланцы 306 обеспечивают возможность соединения трубки 303 с трубопроводом для приема материала, обрабатываемого расходомером 300. Отверстия 801 во фланцах 306 обеспечивают возможность подсоединения расходомера к трубопроводу.
Стабилизатор 101 режима поперечных колебаний показан соединенным с каждым концом балансира 302. Стабилизатор 101 режима поперечных колебаний связывает балансир 302 с расходомерной трубкой 303 и с соединительным звеном 401 корпуса. Левый наружный конец 407 каждого соединительного элемента 401 корпуса показан соединенным с внутренней поверхностью 321 корпуса 301, как показано на фиг.4. Стык 410 правого конца 403 соединительного звена 401 корпуса, показанного на фиг.4, находится там, где внутренняя стенка 321 корпуса 301 встречается с правым концом соединительного звена 401 корпуса.
Фиг.7 и 8 изображают детали стабилизатора 101 режима поперечных колебаний и его соединение с расходомерной трубкой 303 и балансиром 302. На фиг.7 стабилизатор 101 показан связанным с левым и правым концами балансира 302. Стабилизатор 101 режима поперечных колебаний прикреплен к концу балансира 302 и расположен между балансиром 302 и расходомерной трубкой 303. Окружной кольцевой элемент 204 стабилизатора 101 полностью окружает расходомерную трубку 303. Боковое продолжение 108 на каждой стороне стабилизатора 101 выступает в осевом направлении внутрь к центру расходомерной трубки 303.
Очевидно, что на фиг.7 и 8 показано одно и то же за исключением того, что фиг.8 представляет разрез всех элементов расходомера, тогда как на фиг.7 более подробно показан стабилизатор 101 режима поперечных колебаний. Поэтому канавка 107 для пайки твердым припоем, показанная на фиг.1, появляется на фиг.8 в виде узкой полости между расходомерной трубкой 303 и боковыми продолжениями 108.
Из предыдущего описания расходомера 300 можно увидеть, что наличие стабилизатора 101 режима поперечных колебаний гарантирует относительное отсутствие влияния стабилизатора 101 и его боковых продолжений 108 на вертикальные колебания расходомерной трубки 303. Также можно увидеть, что боковые продолжения 108 оказывают влияние при изменении характеристик поперечных колебаний расходомерной трубки 303, показанной на фиг.7 и 8. Эти боковые продолжения 108 ужесточают боковые части расходомерной трубки 303, к которым они прикреплены. При этом узел колебаний или поворотная точка для поперечных колебаний расходомерной трубки 303 эффективно перемещается внутрь к внутреннему торцу 104 каждого бокового продолжения 108. Это эффективно укорачивает колебательную длину расходомерной трубки 303 при поперечных колебаниях и повышает резонансную частоту поперечных колебаний.
Описание фиг.9
Фиг.9 представляет вид сверху снаружи расходомера, показанного на фиг.4. На фиг.9 показаны корпус 301, соединительное звено 401 корпуса, расходомерная трубка 303, балансир 302, кольцевой элемент 204 и боковые продолжения 108 соединительного звена 401 корпуса.
Таблицы 1 и 2 показывают выгоды, обеспечиваемые стабилизатором режима поперечных колебаний согласно настоящему изобретению. Таблица 1 показывает цифры, полученные в результате оценки базового некомпенсированного расходомера для материалов, имеющих удельный вес 0,5, 1,0 и 1,5. Таблица 2 показывает результаты для расходомера, воплощающего стабилизатор режима поперечных колебаний согласно настоящему изобретению.
В обеих таблицах 1 и 2 в столбце с обозначением "УВ" представлен удельный вес, в столбце с обозначением "СФП" представлена резонансная частота синфазных поперечных колебаний, в столбце с обозначением "F возб-я" представлена резонансная частота возбуждения, а в столбце с обозначением "НФП" представлена резонансная частота несинфазных поперечных колебаний. В левом столбце с обозначением "ΔF" представлена разность частот между частотой синфазных поперечных колебаний и частотой возбуждения. В правом столбце с обозначением ΔF представлена разность частот между частотой возбуждения и частотой несинфазных поперечных колебаний.
Таблица 1 показывает, что для удельного веса 0,5 ΔF между частотой СФП и частотой возбуждения "F возб-я" составляет 141. Это частотное разнесение приемлемо постольку, поскольку оно касается избирательности измерительного электронного элемента при обработке сигналов тензодатчиков. Вместе с тем, ΔF между частотами "F возб-я" и НФП для УВ=0,5 составляет лишь 7. Это неприемлемое частотное разнесение. Также можно увидеть, что ΔF между частотами "F возб-я" и НФП составляет 19 и 35 для удельных весов 1,0 и 1,5 соответственно. Это также неприемлемые частотные разнесения.
Таблица 2 показывает результат, полученный, когда в расходомер встроен стабилизатор режима поперечных колебаний, в сравнении с результатом для базового расходомера, о котором шла речь в таблице 1. В таблице 2 можно увидеть, что для всех указанных значений удельного веса ΔF между частотами СФП и "F возб-я" значительно возросла по сравнению с величинами, имевшими место в случае сравниваемого расходомера, о котором шла речь в таблице 1. Кроме того, можно увидеть, что для всех указанных значений удельного веса ΔF между частотами "F возб-я" и НФП значительно возросла по сравнению со сравниваемой ΔF базового расходомера, о котором шла речь в таблице 1. Разности ΔF, составляющие 46, 48 и 55 для удельных весов 0,5, 1,0 и 1,5 соответственно, значительно увеличились и представляют адекватное частотное разнесение, позволяющее измерительному электронному элементу 316 удовлетворительно обрабатывать эти сигналы и получать выходную информацию требуемой точности.
Как можно увидеть из таблицы 2, стабилизатор режима поперечных колебаний позволяет увеличивать моды поперечных колебаний расходомера, а также поддерживать ΔF и частоты "F возб-я" и НФП довольно постоянными. Это придает большую гибкость конструкции, потому что частоту поперечных колебаний, обозначенную как "НФП", можно понизить без усложнения возможного модального перехода или создания помехи. Это приводит к получению измерительного прибора с увеличенной устойчивостью сигнала.
И, наконец, из вышеизложенного можно увидеть, что наличие стабилизатора режима поперечных колебаний в расходомере обеспечивает увеличенное частотное разнесение между желательными и нежелательными частотами и тем самым позволяет проще обрабатывать желательные сигналы датчиков расходомера Кориолиса для генерирования выходных данных повышенной точности.
Следует однозначно понять, что заявляемое изобретение не сводится к описанию предпочтительного конкретного варианта осуществления, а охватывает другие модификации и изменения в рамках объема изобретательского замысла. Например, хотя настоящее изобретение было описано как представляющее собой часть расходомера Кориолиса с одной прямолинейной расходомерной трубкой, должно быть ясно, что настоящее изобретение этим не ограничивается и может быть применено с другими типами расходомеров Кориолиса, включая расходомеры с одной расходомерной трубкой неправильной или криволинейной конфигурации, а также расходомеры Кориолиса с множеством расходомерных трубок.
Каждый конец балансира, окружающего расходомерную трубку Кориолисового расходомера, соединен с ней стабилизатором режима поперечных колебаний в виде кольцевого элемента, имеющего боковые продолжения, соединенные с боковыми сторонами расходомерной трубки для их ужесточения по отношению к поперечным колебаниям. Наличие стабилизаторов увеличивает частотное разнесение между частотой возбуждения расходомерной трубки и частотами колебаний в нежелательном режиме поперечных колебаний. Балансир, расходомерная трубка и указанные стабилизаторы размещены в корпусе и соединены с его внутренней поверхностью посредством плоских соединительных звеньев с круглым отверстием в средней части. Изобретения обеспечивают повышение точности измерений. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.
| US 5945609 А, 31.08.1999 | |||
| US 5731527 А, 24.03.1998 | |||
| Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
| Радиоэлектронный блок | 1979 |
|
SU849568A1 |
| Массовый вибрационный расходомер | 1990 |
|
SU1765698A1 |
