СПОСОБ И СРЕДСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ Российский патент 2009 года по МПК G01F1/84 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к балансировке кориолисового расходомера.

Уровень техники

Вибрационные датчики расходомерной трубки, такие как кориолисовый массовый расходомер, обычно работают посредством обнаружения движения вибрационной расходомерной трубки (или трубок), которая содержит материал. Свойства, связанные с материалом в расходомерной трубке, такие как массовый расход и плотность, могут устанавливаться при обработке сигналов от датчиков движения, связанных с этой расходомерной трубкой. На виды колебаний вибрационной системы, наполненной материалом, обычно влияет объединенная масса, характеристики жесткости и демпфирования удерживающей расходомерной трубки и материала, содержащегося в ней.

Типичный кориолисовый массовый расходомер может включать в себя две расходомерных трубки, которые соединяются последовательно с трубопроводом или другой системой транспортировки и транспортируемым по системе материалом, например флюидами, цементными растворами и подобными. Каждую расходомерную трубку можно рассматривать как имеющую набор собственных мод колебаний, включающих в себя, например, простой изгиб, крутильные, радиальные и связанные моды. В типичных применениях кориолисовых измерений массового расхода две U-образные расходомерные трубки, которые ориентированы параллельно друг другу, возбуждаются для вибрации относительно их конечных узлов в первой внефазовой изгибной моде. Конечные узлы на концах каждой трубки определяют оси изгиба каждой трубки. Плоскость симметрии находится посередине между трубками. В наиболее общем виде колебаний движение расходомерных трубок представляет собой периодическое изгибание в направлении к и от друг друга относительно плоскости симметрии. Возбуждение обычно обеспечивается, например, электромеханическим устройством, таким как возбудитель типа звуковой катушки, который приводит расходомерные трубки в периодический режим работы в противофазе на резонансной частоте трубок.

При перемещении материала по вибрационным расходомерным трубкам движение расходомерных трубок измеряется датчиками движения (ниже в настоящем описании называемые датчиками) в точках, расположенных вдоль расходомерной трубки. Скорость массового расхода может быть установлена посредством измерения временной задержки или разницы фаз между движением в местоположениях датчиков. Величина временной задержки очень мала; часто измеряется наносекундами. Следовательно, необходимо, чтобы выходной сигнал датчика был очень точным.

Точность кориолисового массового расходомера может быть понижена нелинейностями и асимметричностями в структуре измерителя или нежелательным движением, возникающим из-за сторонних сил. Например, кориолисовый массовый расходомер, имеющий несбалансированные составляющие, может вызвать наружную вибрацию своего корпуса и присоединенного трубопровода на частоте возбуждения. Связь между требуемой вибрацией расходомерной трубки и нежелательной наружной вибрацией всего измерителя означает, что демпфирование наружной вибрации измерителя демпфирует вибрацию расходомерной трубки, и жесткое крепление измерителя увеличивает частоту расходомерной трубки, тогда как слабое крепление понижает частоту расходомерной трубки. Изменение частоты расходомерной трубки с жесткостью закрепления наблюдалось экспериментально в расходомерах с высокой наружной амплитудой вибрации. Это является проблемой, потому что расходомерные трубки используются для установления плотности, флюида. Частота также является показателем жесткости расходомерной трубки. Изменения в жесткости расходомерной трубки вследствие жесткости крепления меняет калибровочный коэффициент измерителя. Прямая связь между вибрацией возбуждения и (через наружную вибрацию) локального окружения также приводит к нестабильному нулевому сигналу (сигналу потока, когда потока нет).

Нежелательная наружная вибрация искажает выходной сигнал измерителя на величину, которая зависит от жесткости и демпфирования крепления. Поскольку характеристики крепления обычно неизвестны и могут меняться на протяжении времени и в зависимости от температуры, то влияние этих несбалансированных вибраций невозможно компенсировать и они могут оказывать значительное воздействие на эксплуатационные характеристики измерителя. Влияние этих несбалансированных вибраций и вибраций крепления уменьшаются при использовании образцов расходомера, которые являются сбалансированными.

Упомянутая выше сбалансированная вибрация традиционно использует только единственное направление вибрации: Z-направление. Z-направление - это такое направление, в котором расходомерные трубки перемещаются, когда они вибрируют в противофазе. Это часто называется направлением возбуждения. Другие направления могут включать в себя Х-направление вдоль трубопровода и Y-направление, перпендикулярное Z- и X-направлению. Эта опорная система координат является важной, и на нее неоднократно будут ссылаться.

Существуют также вторичные источники нежелательной вибрации в Y-направлении, возникающие вследствие геометрии трубки. Геометрия трубки обычно формируется так, что движение центров масс трубок происходит в направлении к и от друг друга относительно плоскости симметрии. Следовательно, момент, связанный с колебанием трубки (и флюида), в значительной степени устраняется. Для того чтобы избежать Y-движения центров масс трубок, каждый центр масс должен находиться на своей соответствующей плоскости, которая содержит его ось изгиба и параллельна плоскости симметрии. Эта плоскость будет называться плоскостью балансировки. Если плоскость симметрии является вертикальной, центр масс должен находиться непосредственно над осями изгиба для обеспечения устранений этой вибрация в Y-направлении.

Существует также вторичная вибрационная сила в Y-направлении, появляющаяся в результате воздействия возбудителя, датчика и других масс, присоединенных к вибрационным частям расходомерной трубки. Совокупность этих добавочных вибрационных элементов будет назваться, для простоты, вибрационными элементами. Если центр масс элементов, присоединенных к каждой расходомерной трубке, смещается относительно плоскости балансировки, появляется вибрационная в Y-направлении сила. Это происходит, потому что изгибание трубок имеет вращательную доставляющую. Если возбудитель масс смещается относительно плоскости балансировки в Z-направлении, то вращательная составляющая движения трубки вызывает у массы возбудителя появление составляющей движения в Y-направлении. Источник движения в Y-направлении может быть осмыслен с помощью визуализации экстремального смещения масс. Если масса смещается относительно плоскости балансировки под углом 45 градусов (взятым от осей изгиба), тогда вращательная составляющая движения заставляет ее двигаться одинаково в Y- и Z-направлениях, когда она вибрирует. Одинаковые массы смещения на двух вибрационных трубках уравновешивают силы в Z-направлении, но не в Y-направлении.

ЕР 1248084 А1 раскрывает решение проблемы Y-вибраций прикреплением массы смещения к противоположной стороне расходомерной трубки как массы возбудителя так, чтобы перенести совместный центр масс на плоскость плоскости балансировки расходомерных трубок.

Вторичные силы несбалансированной вибрации могут также являться в Z-направлении, даже когда массы равны и находятся на плоскостях балансировки расходомерных трубок. Эти силы, которые являются предметом этого изобретения, появляются, когда массы, добавленные к расходомерным трубкам, имеют неравные моменты инерции относительно линии, соединяющей каждые соответствующие конечные узлы трубок (в будущем называемые осями изгиба).

Настоящее изобретение улучшает баланс структуры кориолисового расходомера посредством конструирования вибрационных компонентов так, что момент инерции каждого компонента равен моменту инерции другого компонента. Выражением момента инерции предмета является

где

I - момент инерции,

m - масса,

r - расстояние от оси вращения компонента до приращения масс ∂m,

М - полная масса компонента,

R - радиус вращения компонента.

Момент инерции во многом зависит от члена расстояния r), являющегося квадратным членом. Для возбудителя в кориолисовом расходомере ось вращения неизвестна, поскольку трубки изгибаются, а не вращаются. К счастью, до тех пор пока геометрия измерителя является симметричной (равные массы на равных расстояниях), выбор осей вращения не имеет значения. Теорема параллельных осей утверждает, что момент инерции относительно оси равен моменту инерции относительно параллельной оси, проведенной через центр масс, плюс масса, умноженная на расстояние между двумя осями в квадрате. Если мы уравняем моменты инерции двух компонентов возбуждения относительно произвольных осей симметрии, тогда расстояния от произвольных осей до центра масс компонентов возбуждения являются равными и, при условии равных масс, член параллельных осей сокращается. Это означает, что для того чтобы уравнять моменты инерции компонентов возбуждения, необходимо только иметь центры масс, расположенные симметрично и моменты инерции относительно центров масс, равные друг другу.

Компоненты возбудителя и катушка, включающие в себя их элементы крепления, изготавливаются рассредоточенным способом так, что масса магнита и элементов его крепления равна массе катушки и элементов ее крепления. Кроме того, магнит и элементы его крепления и катушка и элементы ее крепления при соединении с центрами масс соответствующих трубок находятся на плоскостях балансировки трубок. Их моменты инерции относительно их центров масс также устанавливают равными. Изготовление двух (катушки и магнита) элементов равной массы и расположение общего центра масс на плоскости балансировки способствует ослаблению нежелательных вибраций внутри расходомера. Изготовление двух компонентов с равными моментами инерции способствует дальнейшему ослаблению нежелательных вибраций.

Иногда, однако, трудно уравнять моменты инерции элементов относительно их центров масс. В этих случаях может применяться альтернативный подход. Поскольку и масса, и момент инерции сильно воздействуют на балансировку измерителя в Z-направлении, маленький момент инерции для одной трубки можно балансировать большей массой на той же самой трубке. Этот способ по существу использует теорему параллельных осей для балансировки моментов инерции относительно (предполагаемое положение) осей вращения.

Итак, из вышесказанного можно увидеть, что возбудитель, осуществляющий настоящее изобретение, включает в себя компонент магнита и компонент катушки. В дальнейшем можно будет увидеть, что компоненты, осуществляющие компонент магнита, и устройство, осуществляющее компонент катушки, изготавливаются и крепятся к их соответствующим расходомерным трубкам таким способом, что масса компонента возбуждения равна массе компонента катушки; что компоненты катушки и магнита имеют их общие (с расходомерной трубкой) центры масс на их соответствующих плоскостях балансировки и что компонент магнита и компонент катушки имеют равные моменты инерции относительно их центров масс. Крепление такого компонента катушки возбуждения к нижней части первой расходомерной трубки и крепление компонента магнита к нижней части второй расходомерной трубки обеспечивают динамически сбалансированную структуру, которая возбуждает вибрацию расходомерной трубки в противофазе и препятствует появлению нежелательных внутренних вибраций.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением датчики конструируются, изготавливаются и крепятся на расходомерной трубке способом, описанным для возбудителя. Другими словами, каждый датчик имеет компонент магнита, прикрепленный к первой расходомерной трубке, компонент катушки, прикрепленный ко второй расходомерной трубке, и рассредоточенные компоненты, которые обеспечивают динамически сбалансированные элементы, которые дают незначительный вклад в появление нежелательных сил вибрации внутри расходомера.

Раскрытие изобретения

Один аспект изобретения относится к кориолисовому расходомеру, содержащему:

первую расходомерную трубку и вторую расходомерную трубку, выполненные с возможностью вибрации в противофазе относительно плоскости симметрии;

систему возбуждения, выполненную с возможностью возбуждения вибрации каждой расходомерной трубки относительно осей, соединяющих конечные узлы каждой расходомерной трубки;

первые вибрационные компоненты, включающие в себя первый компонент вибрационной системы возбуждения, прикрепленный к упомянутой первой расходомерной трубке;

вторые вибрационные компоненты, включающие в себя второй компонент вибрационной системы возбуждения, прикрепленный к упомянутой второй расходомерной трубке;

упомянутые первый и второй компоненты вибрационной системы возбуждения имеют одинаковый размер и расположение такое, что моменты инерции упомянутой первой расходомерной трубки плюс упомянутого первого компонента вибрационной системы возбуждения являются по существу равными моментам инерции упомянутой второй расходомерной трубки плюс упомянутого второго компонента вибрационной системы возбуждения;

отличающийся тем, что конечные узлы упомянутой первой расходомерной трубки и общий центр масс упомянутой первой расходомерной трубки и упомянутого первого компонента вибрационной системы находятся на первой плоскости балансировки, параллельной плоскости симметрии;

конечные узлы упомянутой второй расходомерной трубки и общий центр масс упомянутой второй расходомерной трубки и упомянутого второго компонента вибрационной системы находятся на второй плоскости балансировки, параллельной плоскости симметрии.

Предпочтительно упомянутые первой и второй компоненты вибрационной системы возбуждения имеют размеры такие, чтобы иметь по существу равные массы.

Предпочтительно упомянутый первый компонент вибрационной системы возбуждения включает в себя компонент катушки возбудителя, присоединенный к упомянутой первой расходомерной трубке;

упомянутый второй компонент вибрационной системы возбуждения включает в себя компонент магнита упомянутого возбудителя, присоединенный к упомянутой второй расходомерной трубке и по оси ориентированный вместе с упомянутым компонентом катушки.

Предпочтительно упомянутый первый компонент вибрационной системы возбуждения включает в себя первый компонент датчика, и второй компонент вибрационной системы возбуждения включает в себя второй компонент датчика.

Предпочтительно упомянутый первый компонент датчика прикрепляется к упомянутой первой расходомерной трубке;

упомянутый второй компонент датчика прикрепляется к упомянутой второй расходомерной трубке.

Предпочтительно упомянутые первый и второй компоненты вибрационной системы возбуждения имеют размеры такие, чтобы иметь по существу равные массы.

Другая особенность изобретения содержит способ действия кориолисового расходомера, содержащего:

первую расходомерную трубку и вторую расходомерную трубку, приспособленные к вибрации в противофазе относительно плоскости симметрии;

систему возбуждения, приспособленную к вибрации каждой расходомерной трубки относительно осей, соединяющих конечные узлы каждой расходомерной трубки; упомянутый способ, содержащий этапы:

прикрепление первых вибрационных компонентов, включающих в себя первый компонент вибрационной системы возбуждения, к упомянутой первой расходомерной трубке;

прикрепление вторых вибрационных компонентов, включающих в себя второй компонент вибрационной системы возбуждения, к упомянутой второй расходомерной трубке;

калибровка размеров и расположение такое, чтобы упомянутые первый и второй компоненты вибрационной системы возбуждения были одинакового размера и располагались так, что моменты инерции упомянутой первой расходомерной трубки плюс упомянутого компонента первой вибрационной системы были по существу равными моменту инерции упомянутой второй ресходомерной трубки плюс упомянутого второго компонента вибрационной системы возбуждения;

отличающийся тем, что упомянутый способ содержит дополнительно этапы:

расположение конечных узлов упомянутой первой расходомерной трубки и общего центра масс упомянутой первой расходомерной трубки и упомянутого первого компонента вибрационной системы возбуждения на первой плоскости балансировки, параллельной упомянутой плоскости симметрии;

расположение конечных узлов упомянутой второй расходомерной трубки и общего центра масс упомянутой второй расходомерной трубки и упомянутого второго компонента вибрационной системы возбуждения на второй плоскости балансировки, параллельной упомянутой плоскости симметрии.

Предпочтительно способ дополнительно содержит дополнительные этапы калибровки размеров такие, чтобы упомянутые первый и второй компоненты вибрационной системы возбуждения имели по существу одинаковые массы.

Предпочтительно способ дополнительно содержит дополнительные этапы:

прикрепление упомянутых первых компонентов вибрационной системы возбуждения, включающих в себя компонент катушки возбудителя, к упомянутой первой расходомерной трубке;

прикрепление упомянутых вторых компонентов вибрационной системы возбуждения, включающих в себя компонент магнита упомянутого возбудителя, к упомянутой второй расходомерной трубке и по оси ориентированного вместе с упомянутым компонентом катушки.

Предпочтительно способ дополнительно содержит упомянутый первый компонент вибрационной системы возбуждения, дополнительно включает в себя первый компонент датчика, причем упомянутый второй компонент вибрационной системы возбуждения дополнительно включает в себя второй компонент датчика; упомянутый способ включает в себя этапы:

прикрепление первого компонента датчика к упомянутой первой расходомерной трубке;

прикрепление второго компонента разгрузки к упомянутой второй расходомерной трубке.

Предпочтительно способ дополнительно содержит калибровку размеров такую, чтобы упомянутые первый и второй компоненты имели по существу равные массы.

Краткое описание чертежей

Вышесказанное и другие преимущества и особенности изобретения могут быть лучше поняты после чтения последующего детального описания, предоставленного с сопровождением чертежами, в которых;

Фиг.1 демонстрирует традиционный уровень техники кориолисового расходомера;

Фиг.2 демонстрирует традиционный возбудитель для кориолисовых расходомеров уровня техники;

Фиг.3 демонстрирует перспективный вид кориолисового расходомера, осуществляющего настоящее изобретение;

Фиг.4 демонстрирует кориолисовый расходомер из фиг.4 с частью сдвинутого наружного кожуха;

Фиг.5 демонстрирует расходомерную трубку и планки подпорки кориолисового расходомера на фиг.3;

Фиг.6 демонстрирует перспективный вид возбудителя D кориолисового расходомера на фиг.3;

Фиг.7 демонстрирует вертикальный разрез сечения расходомерных трубок на фиг.4, прикрепленных к элементам возбудителя, осуществляющего настоящее изобретение;

Фиг.8 демонстрирует детали возбудителя D, прикрепленного к первой и второй расходомерным трубкам;

Фиг.9 демонстрирует детали датчиков и способа которым они прикрепляются к расходомерным трубкам.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1-9 и последующее описание описывают отдельные примеры для обучения специалистов в данной области техники тому, как изготавливать и использовать лучшие варианты осуществления. В целях обучения принципам изобретения некоторые традиционные особенности были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники оценят варианты этих примеров, которые относятся к области изобретения. Специалисты в данной области техники оценят, что признаки, описанные ниже, могут объединяться различными способами для создания множества вариантов изобретения. В результате изобретение не ограничивается отдельными примерами, описываемыми ниже, но только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Описание фиг.1

Фиг.1 демонстрирует кориолисов расходомер, содержащий сборку 10 расходомера и электронику 20 измерителя. Электроника 20 измерителя соединяется со сборкой 10 измерителя соединительными проводами 100 для передачи плотности, массовой скорости потока, объемного, расхода, суммарного массового расхода, температуры и другой информации по дорожке 126. Это должно быть ясно специалистам в данной области техники, что настоящее изобретение может использоваться любым типом кориолисовых расходомеров независимо от количества возбудителей, датчиков разгрузки, расходомерных трубок или действующего способа вибрации.

Сборка 10 расходомера включает в себя пару фланцев 101 и 101'; сборники 102 и 102'; возбудитель 104; датчики 105 и 105'; и расходомерные трубки 103А и 103В. Возбудитель D и датчики 105 и 105' соединяются с расходомерными трубками 103А и 103В.

Фланцы 101 и 101' прикрепляются к сборникам 102 и 102'. Сборники 102 и 102' прикрепляются к противоположным концам ограничителя 106. Ограничитель 106 поддерживает пространство между сборниками 102 и 102' для предотвращения нежелательных вибраций в расходомерных трубках 103А и 103В. Когда сборка 10 пасходомера вставляется в трубопровод системы (не показан), который переносит измеряемый материал, материал поступает в сборку 10 расходомера через фланец 101, проходит через входное отверстие сборника 102, где общее количество материала направляется ко входу расходомерных трубках 103А и 103В, течет по расходомерным трубкам 103А и 103В, возвращается в выходное отверстие сборника 102'', где оно выходит из сборки 10 измерителя через фланец 101'.

Расходомерные трубки 103А и 103В подбираются и соответственно крепятся к входному отверстию сборника 102 и выходному отверстию сборника 102' так, чтобы иметь по существу одно и то же распределение масс, моменты инерции, и модули упругости относительно осей изгиба W-W и W'-W' соответственно. Эти оси содержат конечные узды трубки (стационарные точки) для каждой расходомерной трубки. Расходомерные трубки выходят снаружи из сборников по существу параллельным образом.

Расходомерные трубки 103А-В возбуждаются возбудителем D в противофазе, относительной их соответствующих осей изгиба W и W, что называется, на первой не изгибной моде расходомера. Возбудитель D может содержать одну из многих хорошо известных конфигураций таких, как магнит, прикрепленный к расходомерной трубке 103А и располагающаяся напротив катушка, прикрепленная к расходомерной трубке 103В. Переменный ток подается на расположенную напротив катушку, чтобы вызвать у расходомерных трубок колебания в противофазе. Соответствующий сигнал возбуждения направляется электроникой 120 измерителя по соединительному проводу 110 к возбудителю D. Описание фиг.1 дается только как пример работы кориолисового расходомера и не подразумевает ограничение идеи настоящего изобретения.

Электроника 120 измерителя передает сигналы датчика по соединительным проводам 111 и 111', соответственно. Электроника 120 измерителя вырабатывает сигнал возбуждения по соединительным проводам 110, который приводит к тому, что возбудитель D будет колебать расходомерные трубки 103А и 103В в противофазе. Электроника 120 измерителя обрабатывает сигналы левой и правой скорости от датчиков 105, 105' для вычисления массовой скорости потока. Дорожка 126 обеспечивает возможности ввода и вывода, которые позволяют электронике 120 измерителя связываться с оператором.

Описание фиг.2

Фиг.2 демонстрирует систему 104 возбудителя для предпочтительного варианта осуществления кориолисового расходомера. В типичном варианте предпочтительного осуществления возбудитель D является сборкой катушки и магнита. Специалист в данной области техники отметит, что другие типы систем возбудителя такие, как пьезоэлектирические, могут использоваться.

Возбудитель D имеет сборку 210 магнита и сборку 220 катушки. Скобы 211 выступают наружу в противоположных направлениях от сборки 210 магнита и сборки 220 катушки. Скобы 211 являются крыльями, которые выступают наружу от плоского основания и имеют по существу изогнутые края 290 на нижней стороне, которым дана форма для поддержки расходомерных трубок 103А и 103В. Изогнутые края 290 скоб 211 затем приваривают или другим способом прикрепляют к расходомерным трубкам 103А и 103В для присоединения возбудителя 104 к кориолисовому расходомеру. Стенки 213 и 214 задают направление магнитного поля магнита 203 перпендикулярно обмотке катушки 204.

Магнит 203 является по существу цилиндрическим магнитом, имеющим первый и второй торцы. Магнит 203 помещен в магнитный стакан (не показан). Магнитный стакан и магнит 203 прикреплены ко второй поверхности держателя 202 магнита для безопасности магнита 203 в сборке 210 магнита. Магнит 203 обычно имеет опору (не показана), прикрепленную к его второй стороне. Опора магнита (не показана) - это крышка, помещенная на второй торец магнита 203 для направления магнитного поля в катушку 204.

Сборка 220 катушки включает в себя катушку 204 и бобину 205 катушки. Бобина 205 катушки прикреплена к скобе 211. Бобина 205 имеет шкив, выступающий из бобины, вокруг которой катушка 204 намотана. Катушка 204 крепится на бобине 205 катушки напротив магнита 203. Катушка 204 соединяется с соединительными проводами 110, по которым подает переменный ток на катушку 204. Переменный ток приводит к тому, что катушка 204 и магнит 203 будут притягивать и отталкивать одна другую, что в свою очередь приводит к тому, что расходомерные трубки 103А и 103В будут колебаться противоположно одна другой.

Описание фиг.3

Фиг.3 демонстрирует кориолисовый расходомер 300, осуществляющий настоящее изобретение. Расходомер 300 содержит ограничитель 303, огораживающую нижнюю часть расходомерных трубок 301, 302, которые внутри соединяются своими левыми торцами с фланцем 304 через свои горловины 308, и сборник 307. Также на фиг.3 показано выходное отверстие 306 фланца 305, левый датчик LPO, правый датчик RPO и возбудитель D. Правый датчик RPO показан с некоторыми деталями и включает в себя структуру 315 магнита и структуру 316 катушки. Элемент 314 в нижней части ограничителя 303 сборника является отверстием для приема от электроники 20 измерителя проводов 100, которые проходят изнутри к возбудителю D и датчикам LPO и RPO. Расходомер 300 выполнен с возможностью соединения фланцами 304 и 305 с трубопроводом или подобным при его использовании.

Описание фиг.4

Фиг.4 является видом вреза расходомера 300. На этом виде убрана передняя часть сборника ограничителя 303 так, что внутренние части сборника ограничителя могут быть показаны. Части, которые показаны на фиг.4, но не на фиг.3, включают в себя планки 401 и 404 подпорки наружных концов, внутренние планки подпорки 402 и 403, выходные отверстия 405 и 412 правого конца расходомерной трубки, расходомерные трубки 301 и 302, изогнутые части 414, 415, 416 и 417 расходомерной трубки. В употреблении расходомерные трубки 301 и 302 вибрируют относительно их осей изгиба W и W'. Планки 401 и 404 подпорки дружных концов и внутренние планки подпорки 402 и 403 помогают установить положение осей изгиба W и W'. Элемент 406 является фиксатором крепления для проводов, прикрепленных к возбудителю D и датчикам LPO и RPO, которые не показаны на фиг.4 для уменьшения сложности. Поверхность 411 является входным отверстием расходомера; поверхность 306 является выходным отверстием расходомера.

Элементы 405 и 412 являются внутренними поверхностями правых концов расходомерных трубок 301 и 302. Оси изгиба W и W' показаны вытянутыми по длине расходомера 300.

Описание фиг.5

Фиг.5 содержит вид с торца расходомерных трубок 301 и 302, которые показаны как разведенные в стороны друг от друга под действием возбудителя D (не показан на фиг.5). Внутренние планки подпорки 402 и 403, так же как и наружные планки подпорки 401 и 404 вместе с выходными отверстиями 405 и 412 также показаны на фиг.5. Изображение отклонения наружу расходомерных трубок 301, 302 показано непомерно большим для облегчения понимания их работы. В употреблении отклонения расходомерных трубок возбудителем D являются слишком маленькими по величине, так что не обнаруживаются человеческим взглядом. Оси изгиба W и W' для расходомерных трубок 301 и 302 также показаны.

Описание фиг.6

Фиг.6 раскрывает возбудитель D, который имеет отдел С катушки и отдел М магнита. Отдел С катушки показан как имеющий торец 601 болта (не показан), который проходит в осевом направлении через весь отдел С катушки. Поверхность 604 является осевым наружным, торцом отдела С катушки. Поверхность 603 является ограничителем. Элемент 604 поддерживает провода (не казаны), которые соединяются с торцами обмотки катушки отдела C катушки. Элемент 605 является наружной поверхностью бобины катушки. Элемент 606 является поверхностью, вокруг которой провода отдела С катушки намотаны. Элемент 608 является содержащим провода отделом С катушки.

Правый рукав отдела магнита включает в себя держатель 609, цилиндрическую скобу 610 магнита, которая окружает внутренний магнит, переходную поверхность 612, противовес и скобы 613 магнита, и поверхность 611 на левом торце скобы 613 магнита.

В употреблении на катушку 608 подается ток синусоидальным сигналом от электроники 120 измерителя по проводам 110. Поле, создаваемое катушкой 608 под током, взаимодействует с магнитным полем на торце магнита, чтобы побудить элемент С катушки и элемент М магнита двигаться по оси в противофазе под действием воздействующего сигнала от электроники 120 измерителя. Выполняя такие действия, правая торцевая часть элемента С на фиг.6, включая в себя катушку 608 и поверхность 607, движется то внутрь, то наружу по оси держателя 609 магнита. Как показано на фиг.8 верхняя поверхность ограничителя 602 катушки прикреплена к нижней поверхности расходомерной трубки 301. Подобным способом верхняя поверхность скобы 610 магнита прикреплена к нижней поверхности расходомерной трубки 302. Колебательное движение компонентов катушки и магнита возбудителя D приводит к тому, что удобное колебательное движение расходомерных трубок 301 и 302 будет вибрировать в противофазе под действием сигнала возбуждения на дорожке 110.

Описание фиг.7

Фиг.7 демонстрирует вид поперечного сечения расходомерной трубки 301 и 302, взятое по ее продольной оси в среднем положении, а также вид поперечного сечения элементов компонента С катушки, компонента М магнита возбудителя D. У катушки 608 ее верхняя поверхность прикреплена к нижней поверхности расходомерной трубки 301. Верхняя поверхность ограничителя 610 магнита прикреплена к нижней поверхности расходомерной трубки 302. Элементы 602 и 610 могут прикрепляться к расходомерным трубкам посредством припаивания и/или точечной сварки. Болт 701, имеющий торец 601, заключен внутрь ограничителя 602 катушки и заходит внутрь через ограничитель 303 и заканчивается в элементе 606. Элемент 606 прикрепляется к элементу 704, который включает в себя поверхность, относительно которой катушка 608, фиг.6, намотана.

Компонент М магнита возбудителя D включает в себя элемент 702 на его наружном правом торце. Левым торцом элемента М является элемент 703, средней частью магнита М является элемент 710. Правая часть 702 содержится внутри противовеса 613. Когда на компонент С катушки возбудителя D подается ток, правая часть компонента С катушки и левая часть 703 компонента М магнита вибрируют по оси внутрь и наружу относительно каждая другой и подобным способом приводят к подобной внутрь и наружу вибрации расходомерных трубок 301 и 302.

Когда возбудитель D вибрирует, расходомерные трубки 301 и 302, расходомерная трубка 301 вибрирует относительно оси изгиба W, тогда как расходомерная трубка 302 вибрирует относительно оси изгиба W'. Это более наглядно показано на фиг.4 и 5. Вертикальная линия 716 находится на плоскости балансировки для расходомерной трубки 301. Плоскость 716 балансировки содержит ось изгиба W и является параллельной плоскости 708 симметрии. Вертикальная линия 717 находится на плоскости балансировки для расходомерной трубки 302. Плоскость 717 балансировки содержит ось изгиба W' и также является параллельной плоскости 708 симметрии, которая находится посередине между плоскостями 716 и 717.

Расходомерные трубки 301 и 302 вибрируют как камертон относительно их соответствующих осей изгиба W W'. Однако расходомерные трубки сами по себе не являются динамически совершенной сбалансированной структурой и, следовательно, можно предположить, что появляется низкий уровень нежелательных вибраций внутри кориолисового расходомера, частью которого они являются.

Фиг.7 показывает оси изгиба W и W', расположенные немного внутрь от центральных линий 706 и 707 расходомерных трубок 301 и 302. Эти оси изгиба W и W' часто расположены на центральных линиях 706 и 707 расходомерной трубки. Однако в настоящем изобретении, как показано на фиг.7, оси изгиба W и W' демонстрируют сдвиг линий 706 и 707 центра расходомерной трубки вследствие массы и жесткости структур, к которым они прикреплены. Центры 712 и 715 масс расходомерной трубки (опуская прикрепленные элементы) находятся на центральных линиях 706 и 707 трубки. Так как трубки изогнуты внутрь, их центры 715 и 712 масс следуют круговым траекториям относительно осей изгиба W и W'. Это можно так представлять что, как только центры масс достигают своих соответствующих плоскостей 716 и 715 балансировки, они также двигаются немного вперед. Подобно, как только центры 716 и 717 масс расходомерных трубок двигаются в сторону от их соответствующих плоскостей 715 и 712 балансировки расходомерных трубок, они двигаются немного вниз. Не будучи сбалансированным, этот вертикальный момент центров 715 и 712 масс трубки мог бы стать причиной того, что измеритель будет дрожать в Y-направлении.

Возбудитель традиционного расходомера также имеет массу, которая динамически не сбалансирована, когда прикрепляется к расходомерным трубкам традиционного кориолисового расходомера. Такой возбудитель показан на Фиг.2 и может рассматриваться как содержащий первую структуру 220, которая прикрепляется к первой расходомерной трубке, и вторую структуру 210, которая прикрепляется ко второй расходомерной трубке. Такой возбудитель добавляет значительную массу к вибрационной структуре расходомерных трубок. Также возбудитель добавляет массу таким способом, что большое количество массы размещается в пространстве между расхрдомерными трубками. Эта масса содержит элементы 204, 203, 205, 213 и 214 возбудителя, фиг.2.

Если бы структуру возбудителя, фиг.2, добавили к расходомерным трубкам 301, 302 вместо возбудителя D настоящего изобретения, расходомерная трубка вероятно осталась бы несбалансированной, так как центр масс элементов возбудителя, фиг.2, расположился бы между радиальными центрами 706 и 707 расходомерных трубок 301 и 302. Эти центры масс лежали бы далеко от внутренней стороны плоскости 716 и 717 балансировки. Вследствие такого расположения центры элементов возбуждения уходили бы вниз тогда, когда трубки двигались бы в направлении друг друга, и вверх, тогда, когда они двигались бы в стороны друг от друга. Это компенсировало бы дисбаланс оголенных расходомерных трубок, но, к сожалению, в возбудителях данной области техники эффект смещений элемента возбуждения подавляет эффект смещения центра массы расходомерной трубки от плоскости балансировки. Эта динамическая несбалансированность в свою очередь вызвала бы значительное число нежелательных вибраций в такой расходомерной трубке.

Возбудитель D настоящего изобретения включает в себя компонент С катушки и компонент М магнита, которые прикреплены к нижней части соответствующих элементов расходомерных трубок 301 и 302 таким способом, чтобы дать возможность расходомерным трубкам работать с минимумом нежелательных вибраций. Это достигается в соответствии с настоящим изобретением конструированием, изготовлением и конфигурированием компонента С катушки и компонента М магнита так, что из них каждый содержит динамически сбалансированную структуру, имеющую равные и одинаковые внутренние свойства. Элементы прикреплены по отдельности к нижней части расходомерной трубки 301 и 302. Они расположены по осевой ориентации относительно друг друга так, что осевой центр катушки и магнита имеют общую центральную ось, которая дает возможность двум элементам вибрировать в противофазе вдоль этой общей оси. Прикрепление элемента возбуждения С со своим центром 718 масс к расходомерной трубке 301 со своим центром 715 масс создает общий центр масс 727, который лежит на плоскости 716 балансировки. Подобно, прикрепление элемента М возбуждения со своим центром 713 масс к расходомерной трубке 301 со своим центром 712 масс создает общий центр 714 масс, который лежит на плоскости 717 балансировки. Размещение общих центров масс на плоскостях 716 и 717 балансировки обеспечивает то, что добавочные компоненты не нарушают вибрационный баланс измерителя и, таким образом, не вызывают нежелательной вибрации в Y-направлении.

Компонент С катушки и компонент М магнита возбудителя D конструируются, изготавливаются и конфигурируются так, чтобы иметь вибрационные свойства, близкие к описываемым. Первое, масса компонента С катушки делается равной массе компонента М магнита возбудителя D. Центр 718 масс катушки и центр 713 масс магнита делаются равноудаленными от осей изгиба W и W'. Затем, момент инерции конфигурируется для компонента С катушки и компонента М магнита так, что момент инерции каждого из них делается по существу равным. Момент инерции каждого из этих элементов может выражаться как

где

I = момент инерции компонента

m = масса каждого дифференциального элемента

r = расстояние от каждого дифференциального элемента до центра масс компонента

В заключение, центр масс каждого компонента возбуждения расположен так, что общий центр масс каждого компонента возбуждения и его соответствующей расходомерной трубки расположен на плоскостях 716 и 717 балансировки. Конструирование возбудителя по этим правилам обеспечивает динамически сбалансированную структуру, которая дает возможность вибрировать расходомерные трубки в противофазе и избегать появления нежелательных вибраций.

Описание фиг.8

Фиг.8 раскрывает детали возбудителя D Фиг.6 и 7, прикрепленного к нижней части расходомерных трубок 301 и 302. Фиг.8 показывает торец 601 болта, который проходит через катушку С. Он затем показывает торец поверхности 614 отдела катушки и крышку 602 ограничителя катушки, поверхность 603 катушки, проволочный вывод 604 и элемент 609 катушки. Фиг.8 также показывает элементы 609, 610, 612 и 613 компонента М магнита. Фиг.8 показывает провода 806 и 807, вытянутые из скобы 802 к выводам 604 катушки. Провода 806 и 807 соединяются проводами 110 (сейчас показаны) для подвода переменного сигнала 110 от электроники 120 измерителя к отделу С катушки. Скобы 801, 802, 803, 804 и 805 являются крепежными скобами для поддержки проводов 806 и 807. Ограничитель С магнита прикреплен к нижней части расходомерной трубке 302 таким же способом, как элемент 602 ограничителя катушки прикреплен к нижней части расходомерной трубки 301.

Описание фиг.9

Фиг.9 демонстрирует дополнительные детали датчика PRO и LPO по фиг.3, прикрепленных к верхней части расходомерных трубок 301 и 302. Так же как и в возбудителе D, в каждом датчике содержится компонент С катушки и компонент М магнита. В компоненте С катушки имеется ограничитель 315, прикрепленный к верхней части расходомерной трубки 301; в компоненте М магнита имеется ограничитель 316, прикрепленный к верхней части расходомерной трубки 302. В датчике RPO имеются провода 907, которые соединяются с проводящей дорожкой 111 и 111', фиг.1, способом, не показанным в деталях на фиг.9. Эти провода поддерживаются скобой 906. В компоненте С катушки имеется элемент 902 и 904 для поддержки проводов катушки, а также дополнительная имеющая по оси внутренний торец поверхность 903. В компоненте М магнита имеется внутренняя торцевая часть 905, которая соответствует элементу 609 компоненты М магнита, фиг.6.

Датчики RPO и LPO конструируются, конфигурируются и изготавливаются способом, описанным для возбудителя, так, что каждая компонента имеет равную массу, центры масс на плоскости балансировки и равные моменты инерции. Это гарантирует, что части датчиков содержат динамически сбалансированные структуры, которые могут прикрепляться к расходомерным трубкам, как показано, так, чтобы сделать возможным приведение трубки в действие способом, который не вызывает нежелательных вибраций.

Отчетливо понимается, что заявленное изобретение не ограничивается описаниями предпочтительных вариантов осуществления, но охватывает другие модификации и изменения в объеме и сущности идеи изобретения.

Изобретение предназначено для балансировки расходомера Кориолиса. Расходомер содержит пару расходомерных трубок, выполненных с возможностью вибрации в противофазе относительно плоскости симметрии, вибрационную систему возбуждения, содержащую первый компонент катушки и второй компонент магнита, которые прикреплены к соответствующим расходомерным трубкам. Первый и второй компоненты вибрационной системы возбуждения имеют одинаковые размеры и расположены так, что общие центры масс первой и второй расходомерных трубок и первого и второго компонентов находятся соответственно на первой и второй плоскостях балансировки, параллельных упомянутой плоскости симметрии. При этом конечные узлы обоих расходомерных трубок лежат на плоскостях балансировки. Изобретение улучшает баланс структуры Кориолисового расходомера в Y-направлении. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Кориолисовый расходомер, содержащий:
первую расходомерную трубку (301) и вторую расходомерную трубку (302), выполненные с возможностью вибрации в противофазе относительно плоскости симметрии (708);
систему (104) возбудителя, выполненную с возможностью возбуждения вибрации каждой расходомерной трубки (301, 302) относительно осей изгиба (W, W'), соединяющих конечные узлы каждой трубки (301, 302);
первые вибрационные компоненты (D, LPO, RPO), включающие в себя первый компонент (С) вибрационной системы возбуждения, прикрепленный к упомянутой первой расходомерной трубке;
вторые вибрационные компоненты, включающие второй компонент (М) вибрационной системы возбуждения, прикрепленный к упомянутой второй трубке (302);
при этом первый и второй компоненты (С, М) вибрационной системы возбуждения имеют одинаковые размеры и расположение такое, что моменты инерции упомянутой первой расходомерной трубки плюс упомянутого первого компонента (С) вибрационной системы возбуждения являются, по существу, равными моменту инерции упомянутой второй расходомерной трубки плюс упомянутого второго компонента (М) вибрационной системы возбуждения,
отличающийся тем, что конечные узлы упомянутой первой расходомерной трубки (301) находятся на первой плоскости балансировки (716), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708);
первый компонент (С) вибрационной системы возбуждения расположен так, что общий центр (727) масс упомянутой первой расходомерной трубки (301) и упомянутого первого компонента (С) вибрационной системы возбуждения находится на первой плоскости балансировки (716), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708);
конечные узлы упомянутой второй расходомерной трубки (302) находятся на второй плоскости балансировки (717), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708); и второй компонент вибрационной системы возбуждения расположен так, что общий центр (714) масс упомянутой второй расходомерной трубки (302) и упомянутого второго компонента (М) вибрационной системы возбуждения находится на второй плоскости балансировки (717), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708).

2. Кориолисовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй компоненты (С, М) вибрационной системы возбуждения калибруются, чтобы иметь, по существу, равные массы.

3. Кориолисовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что:
упомянутый первый компонент (С) вибрационной системы возбуждения включает в себя компонент (С) катушки, прикрепленный к упомянутой первой расходомерной трубке; и
упомянутый второй компонент (М) вибрационной системы возбуждения включает в себя компонент (М) магнита, прикрепленный ко второй расходомерной трубке и по оси ориентированный вместе с упомянутым компонентом катушки (С).

4. Кориолисовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что упомянутые первые компоненты вибрационной системы возбуждения включают в себя первый компонент (602) датчика и упомянутые вторые компоненты вибрационной системы возбуждения включают в себя второй компонент (610) датчика.

5. Кориолисовый расходомер по п.4, отличающийся тем, что упомянутый первый компонент (602) датчика прикрепляется к упомянутой первой расходомерной трубке (301) и
упомянутый второй компонент (610) датчика прикрепляется к упомянутой второй расходомерной трубке (302).

6. Кориолисовый расходомер по п.5, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй компоненты (602, 610) датчика калибруются, чтобы иметь, по существу, равные массы.

7. Способ действия кориолисового расходомера, содержащего:
первую расходомерную трубку (301) и вторую расходомерную трубку (302), выполненные с возможностью вибрации в противофазе относительно плоскости симметрии (708);
систему возбуждения (104), выполненную с возможностью возбуждения вибрации каждой расходомерной трубки относительно осей изгиба (W, W'), соединяющих конечные узлы каждой расходомерной трубки;
при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:
прикрепляют первые вибрационные компоненты, включающие в себя первый компонент (С) вибрационной системы возбуждения, к упомянутой первой расходомерной трубке (301);
прикрепляют вторые вибрационные компоненты, включающие в себя второй компонент (М) вибрационной системы возбуждения, к упомянутой второй расходомерной трубке (302);
калибруют размеры и располагают первый и второй компоненты (С, М) вибрационной системы возбуждения так, чтобы упомянутые первый и второй компоненты вибрационной системы возбуждения были одинаковых размеров и располагались так, что моменты инерции упомянутой первой расходомерной трубки (301) плюс упомянутого первого компонента (С) вибрационной системы были, по существу, равными моменту инерции упомянутой второй расходомерной трубки (302) плюс упомянутого второго компонента (М) вибрационной системы возбуждения,
отличающийся тем, что упомянутый способ содержит дополнительные этапы:
размещают конечные узлы упомянутой первой расходомерной трубки
(301) на первой плоскости балансировки (716), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708);
располагают первый компонент (С) вибрационной системы возбуждения так, что общий центр масс упомянутой первой расходомерной трубки (301) и упомянутого первого компонента (С) вибрационной системы возбуждения размещается на первой плоскости балансировки (716), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708);
размещают конечные узлы упомянутой второй расходомерной трубки (302) на второй плоскости балансировки (717), параллельной плоскости симметрии (708); и
располагают второй компонент (М) вибрационной системы возбуждения так, что общий центр масс упомянутой второй расходомерной трубки (302) и упомянутого второго компонента (М) вибрационной системы возбуждения размещается на второй плоскости балансировки (717), параллельной упомянутой плоскости симметрии (708).

8. Способ по п.7, включающий в себя этапы калибровки размеров такие, чтобы упомянутые первый и второй компоненты (С, М) вибрационной системы возбуждения имели, по существу, одинаковые массы.

9. Способ по п.7, включающий в себя этапы, на которых:
прикрепляют упомянутый первый компонент (С) вибрационной системы возбуждения, включающий в себя компонент (С) катушки, к упомянутой первой расходомерной трубке (301) и
прикрепляют упомянутый второй компонент (М) вибрационной системы возбуждения, включающий в себя компонент (М) магнита, к упомянутой второй расходомерной трубке (302), и по оси ориентированный вместе с упомянутым компонентом (С) катушки.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что первые вибрационные компоненты включают в себя первый компонент датчика и что упомянутые вторые вибрационные компоненты включают в себя второй компонент датчика; при этом упомянутый способ дополнительно включает в себя этапы:
прикрепляют первый компонент датчика (603) к упомянутой первой расходомерной трубке (301) и
прикрепляют второй компонент датчика (610) к упомянутой второй расходомерной трубке (302).

11. Способ по п.10, дополнительно включающий в себя этап, на котором калибруют размеры так, чтобы упомянутые первый и второй компоненты датчика (603, 610) имели, по существу, одинаковые массы.