РАСХОДОМЕР, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ БАЛАНСНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2013 года по МПК G01F1/84 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к расходомеру и, более конкретно, к расходомеру, включающему в себя балансный элемент.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что массовые расходомеры на эффекте Кориолиса используются для измерения массового расхода и получения другой информации о материалах, текущих через трубку в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса раскрыты в патенте США 4109524, патенте США 4491025 и Re. 31450 все от J.E.Smith и др. Эти расходомеры имеют одну или несколько трубок с прямой или изогнутой конфигурацией. Для каждой конфигурации трубок в массовом расходомере Кориолиса имеется ряд собственных колебательных мод, которые могут быть простыми изгибными модами, крутильными модами или модами связанного типа. Каждая трубка может быть возбуждена для колебаний на предпочтительной моде.

Материал входит в расходомер из присоединенного магистрального трубопровода на стороне впускного отверстия расходомера, направляется через трубку(-и) и выходит из расходомера на выпускной стороне расходомера. Собственные колебательные моды заполненной материалом системы частично определяются суммарной массой трубок и материала, текущего внутри трубок.

Когда поток через расходомер отсутствует, приводная сила, приложенная к трубке(-ам), заставляет все точки вдоль трубки(-ок) осциллировать с идентичной фазой или с малым начальным фиксированным сдвигом фазы, который может быть скорректирован. Как только материал начинает течь через расходомер, силы Кориолиса приводят к тому, что каждая точка вдоль трубки(-ок) имеет отличающуюся фазу. Например, фаза у впускного конца расходомера отстает от фазы в центрированном положении размещения привода, тогда как фаза при выпуске опережает фазу в центрированном положении размещения привода. Измерительные преобразователи на трубке(-ах) производят синусоидальные сигналы, отображающие движение трубки(-ок). Снимаемые с измерительных преобразователей сигналы обрабатываются для определения разности фаз между измерительными преобразователями. Разность фаз между двумя или несколькими измерительными преобразователями пропорциональна массовому расходу материала, протекающего через трубку(-и).

Электронный измеритель, соединенный с приводом, формирует приводной сигнал для управления приводом и определяет массовый расход и другие свойства материала по сигналам, принятым от измерительных преобразователей. Привод может содержать одну из многих известных конструкций; однако магнит и противостоящая приводная индукционная катушка оказались наиболее используемыми при производстве расходомеров. Переменный ток проходит через индукционную катушку, заставляя колебаться расходомерные трубки с заданной амплитудой и частотой. В данной области техники конструкция измерительных преобразователей с магнитом и индукционной катушкой может быть очень похожа на конструкцию привода. Однако если привод под действием тока задает перемещение, то измерительные преобразователи могут использовать создаваемое приводом перемещение для выработки электрического напряжения.

Величина временной задержки, измеряемая измерительными преобразователями, очень мала и часто измеряется в наносекундах. Поэтому необходимо иметь очень точный выходной сигнал преобразователя. Точность работы преобразователя может снижаться из-за нелинейностей и асимметрий в структуре измерителя или из-за движения вследствие действия внешних сил. Например, массовый расходомер Кориолиса, имеющий несбалансированные компоненты, может вызвать колебания его кожуха, фланцев и магистрального трубопровода на приводной частоте измерителя. Эти колебания влияют на сигнал временной задержки, что зависит от жесткости крепления. Поскольку жесткость крепления обычно не известна и может изменяться во времени и с температурой, то эффекты от несбалансированных компонентов обычно не могут быть скомпенсированы и могут значительно влиять на работу измерителя. Эффекты от этих несбалансированных колебаний и колебаний в монтаже могут быть уменьшены при использовании сбалансированных конструкций расходомера и при использовании методик обработки сигналов для компенсации нежелательного составляющего перемещения.

В обычной конструкции расходомера Кориолиса с двумя трубками поток материала расщепляется на два потока, используя манифольды, и два потока материала направляются в две отдельные расходомерные трубки. Эти две трубки обычно имеют симметричную форму и устанавливаются параллельно друг другу. Две трубки обычно колеблются на одной и той же частоте, но с противоположными фазами. Поскольку трубки симметричны и колеблются противоположно друг другу, колебания обычно уравновешиваются там, где эти две трубки скрепляются. При этом образуется сбалансированный расходомер (то есть имеется небольшое колебание измерителя у манифольдов или оно отсутствует вовсе). Изменение плотности материала, протекающего через эти две трубки, изменяет массу обеих трубок по существу одинаково, и, поэтому, эти две трубки остаются сбалансированными в широких пределах изменения плотностей материала.

Имеются определенные приложения, где расходомеры с двойными трубками не требуются из-за перепада давления и/или закупорки выходного канала, создаваемой манифольдом, например. В этих ситуациях часто бывает желателен измеритель с единственной трубкой. Проблема расходомеров Кориолиса с единственной трубкой заключается в том, что они могут стать несбалансированными при изменении плотности флюида. Если плотность флюида, текущего через расходомер, изменяется, то изменяется также и центр масс расходомера. Этот небаланс может неблагоприятно влиять на параметры и надежность измерителя.

Поэтому в данной области техники имеется потребность в расходомере с единственной трубкой, который может оставаться сбалансированным для широких пределов изменения плотности материала. В технике предшествующего уровня имеется много такого рода опытов, но ни один из них не обеспечил удовлетворительные результаты для широких пределов изменения плотностей флюида. Например, некоторые расходомеры с единственной трубкой изготавливались с уравновешивающим бруском. Хотя такое решение может предоставить приемлемые результаты для ограниченных пределов изменения плотности флюида, если оба компонента привода и компоненты измерительного преобразователя не соединены с балансным бруском, то этот вариант оказывается не вполне приемлемым. Другое решение предшествующего уровня техники состояло в том, чтобы передать колебание расходомерной трубки на жесткую установочную пластину. Хотя это и обеспечивает адекватные результаты в идеальной ситуации, часто трудно создать абсолютно устойчивую установочную пластину. Поэтому внешние колебания, которые передаются на установочную пластину, могут неблагоприятно влиять на работу измерителя.

Другое решение предшествующего уровня техники предложено в патенте США 6666098, который раскрывает использование уравновешивающей трубки, которую устанавливают параллельно расходомерной трубке. Одна потенциальная проблема в этой конструкции заключается в том, что расходомерная трубка и уравновешивающая трубка должны быть сделаны по существу из одного и того же материала и иметь приблизительно одно и то же распределение масс. В этом подходе предшествующего уровня техники одно и то же распределение масс существенно для поддержания сбалансированной системы. Кроме того, поскольку расходомерная трубка и уравновешивающая трубка проходят параллельно друг другу и, поэтому, имеют приблизительно одну и ту же длину, они обе должны быть сделаны из одного и того же материала. Если расходомерная трубка и уравновешивающая трубка содержат различные материалы, имеющие различающиеся коэффициенты теплового расширения, то изменения температуры могут создать осевые напряжения в расходомерной трубке, приводящие к ошибочным измерениям. Хотя, возможно это и не кажется существенной проблемой, следует отметить, что при многих обстоятельствах желательно предоставить расходомерную трубку, имеющую относительно низкий коэффициент теплового расширения, например, такой как у титана или циркония. Однако такие материалы часто оказываются дорогостоящими. При изготовлении и расходомерной трубки, и уравновешивающей трубки из дорогостоящего материала стоимость производства расходомера значительно увеличивается.

Настоящее изобретение преодолевает эту и другие проблемы, и достигается прогресс в данной области техники. Однако следует отметить, что хотя настоящее изобретение преодолевает затруднения, особенно характерные для конструкций с единственной трубкой, изобретение одинаково применимо к измерителям с двойной трубкой. Хотя нижеследующее описание относится, главным образом, к расходомерам Кориолиса, следует отметить, что изобретение одинаково применимо к другим вибрационным конструкциям, которые не обладают измерительными возможностями расходомеров Кориолиса, например к вибрационным денситометрам.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с вариантом реализации изобретения предоставляется расходомер. Расходомер содержит изогнутую расходомерную трубку и балансный элемент. В соответствии с вариантом реализации изобретения балансный элемент установлен так, что осевая линия балансного элемента находится в плоскости осевой линии расходомерной трубки. Предоставляется привод, включающий в себя первый компонент привода, присоединенный к расходомерной трубке, и второй компонент привода, присоединенный к балансному элементу вблизи первого компонента привода. В соответствии с вариантом реализации изобретения расходомер также включает в себя измерительный преобразователь, включающий в себя первый компонент измерительного преобразователя, присоединенный к расходомерной трубке, и второй компонент измерительного преобразователя, присоединенный к балансному элементу вблизи первого компонента измерительного преобразователя.

В соответствии с вариантом реализации изобретения предоставляется способ формирования расходомера, включающего в себя изогнутую расходомерную трубку и балансный элемент. Способ содержит этап размещения балансного элемента вблизи расходомерной трубки так, чтобы осевая линия балансного элемента располагалась в плоскости осевой линии расходомерной трубки. Способ также содержит этап присоединения первого компонента привода к расходомерной трубке и второго компонента привода к балансному элементу вблизи первого компонента привода. В соответствии с вариантом реализации изобретения способ также включает в себя этап присоединения первого компонента измерительного преобразователя к расходомерной трубке и второго компонента измерительного преобразователя к балансному элементу вблизи первого компонента измерительного преобразователя.

ОБЪЕКТЫ

В соответствии с объектом изобретения расходомер содержит:

изогнутую расходомерную трубку;

балансный элемент, расположенный так, что осевая линия балансного элемента находится в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки;

привод, включающий в себя первый компонент привода, присоединенный к расходомерной трубке, и второй компонент привода, присоединенный к балансному элементу вблизи первого компонента привода; и

по меньшей мере, первый измерительный преобразователь, включающий в себя первый компонент измерительного преобразователя, присоединенный к расходомерной трубке, и второй компонент измерительного преобразователя, присоединенный к балансному элементу вблизи первого компонента измерительного преобразователя.

Предпочтительно, расходомер дополнительно содержит противовес, присоединенный к расходомерной трубке напротив первого компонента.

Предпочтительно, противовес подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса и первого компонента привода был расположен в плоскости осевой линии расходомерной трубки.

Предпочтительно, расходомер дополнительно содержит противовес, присоединенный к балансному элементу напротив второго компонента.

Предпочтительно, противовес подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса, второго компонента привода и крепежной скобы был расположен в плоскости осевой линии балансного элемента.

Предпочтительно, расходомер дополнительно содержит противовес, присоединенный к расходомерной трубке напротив первого компонента измерительного преобразователя.

Предпочтительно, противовес подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса и первого компонента измерительного преобразователя был расположен в плоскости осевой линии расходомерной трубки.

Предпочтительно, расходомер дополнительно содержит противовес, присоединенный к балансному элементу напротив второго компонента измерительного преобразователя.

Предпочтительно, противовес подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса, второго компонента измерительного преобразователя и крепежной скобы был расположен в плоскости осевой линии балансного элемента.

Предпочтительно, балансный элемент устанавливается в пределах внутренней области изгиба изогнутой расходомерной трубки.

Предпочтительно, расходомер дополнительно содержит множество стягивающих планок, присоединенных к расходомерной трубке, и балансный элемент, по меньшей мере, частично определяет ось изгиба расходомерной трубки и ось изгиба балансного элемента.

В соответствии с другим объектом изобретения предоставляется способ формирования расходомера, включающего в себя изогнутую расходомерную трубку и балансный элемент, содержащий этапы:

размещения балансного элемента вблизи расходомерной трубки так, чтобы осевая линия балансного элемента располагалась в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки;

присоединения первого компонента привода к расходомерной трубке и второго компонента привода к балансному элементу вблизи первого компонента привода; и

присоединения первого компонента измерительного преобразователя к расходомерной трубке и второго компонента измерительного преобразователя к балансному элементу вблизи первого компонента измерительного преобразователя.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап присоединения противовеса к расходомерной трубке напротив первого компонента привода.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап подбора размеров и расположения противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса и первого компонента привода был расположен в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап присоединения противовеса к балансному элементу напротив второго компонента привода.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап подбора размеров и расположения противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса и второго компонента привода был расположен в плоскости осевой линии балансного элемента.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап присоединения противовеса к расходомерной трубке напротив первого компонента измерительного преобразователя.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап подбора размеров и расположения противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса и первого компонента измерительного преобразователя был расположен в плоскости осевой линии расходомерной трубки.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап присоединения противовеса к балансному элементу напротив второго компонента измерительного преобразователя.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап подбора размеров и расположения противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса, второго компонента измерительного преобразователя и крепежной скобы был расположен в плоскости осевой линии балансного элемента.

Предпочтительно, этап установки балансного элемента вблизи расходомерной трубки содержит установку балансного элемента в пределах внутренней области изгиба расходомерной трубки.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап присоединения множества стягивающих планок к расходомерной трубке и балансному элементу, чтобы, по меньшей мере, частично задать ось изгиба расходомерной трубки и ось изгиба балансного элемента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает сборку вибрационного датчика предшествующего уровня техники.

Фиг.2 - расходомер с единственной трубкой в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг.3 - вид сечения расходомера с единственной трубкой в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг.4 - расходомер с единственной трубкой в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1-4 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью пояснения принципов изобретения некоторые обычные объекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники увидят возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалисты в данной области техники увидят, что описанные ниже признаки могут быть различным образом объединены, образуя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только формулой и ее эквивалентами.

На фиг.1 показан пример сборки 5 вибрационного датчика предшествующего уровня техники в виде расходомера Кориолиса, содержащего расходомер 10 и один или несколько электронных измерителей 20. Один или несколько электронных измерителей 20 соединяются с расходомером 10 для измерения параметров текущего материала, например плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, и для получения другой информации.

Расходомер 10 включает в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102' и трубки 103A и 103B. Манифольды 102, 102' прикреплены к противоположным концам трубок 103A, 103B. Фланцы 101 и 101' настоящего примера прикреплены к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' настоящего примера прикреплены к противоположным концам проставки 106. Проставка 106 поддерживает определенное расстояние между манифольдами 102 и 102' в настоящем примере, чтобы предотвратить нежелательные колебания в трубках 103A и 103B. Трубки проходят от манифольдов по существу параллельно друг другу. Когда расходомер 10 вставлен в трубопроводную магистраль (не показана), которая переносит текучий материал, материал входит в расходомер 10 через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где общее количество материала направляется в трубки 103A и 103B, протекает через трубки 103A и 103B и назад - в выпускной манифольд 102', где материал выходит из расходомера 10 через фланец 101'.

Расходомер 10 включает в себя привод 104. Привод 104 прикреплен к трубкам 103A, 103B в положении, где привод 104 может возбудить колебания трубок 103A, 103B на приводной моде. Более конкретно, привод 104 включает в себя первый компонент привода (не показан), присоединенный к трубке 103A, и второй компонент привода (не показан), присоединенный к трубке 103B. Привод 104 может содержать одно из многих известных устройств, например магнит, установленный на трубке 103A, и противостоящую катушку, установленную на трубке 103B.

В настоящем примере приводная мода представляет собой первую несинфазную изгибную моду, и трубки 103A и 103B предпочтительно выбраны и соответственно смонтированы на впускном манифольде 102 и выпускном манифольде 102' так, чтобы обеспечить сбалансированную систему, имеющую по существу одно и то же массовое распределение, моменты инерции и упругие модули вокруг изгибных осей W-W и W'-W' соответственно. В настоящем примере, где приводная мода представляет собой первую несинфазную изгибную моду, трубки 103A и 103B приводятся в движение приводом 104 в противоположных направлениях вокруг их соответствующих изгибных осей W и W'. Приводной сигнал в виде переменного тока может быть предоставлен одним или несколькими электронными измерителями 20, например, по каналу 110 и пропущен через катушку, чтобы возбудить колебания обеих трубок 103A, 103B.

Описанная выше сбалансированная система возбуждает колебания расходомерных трубок 103A, 103B обычно в Z-направлении, в соответствии с показанной системой координат. Другие направления включают в себя направление X вдоль трубопроводной магистрали и направление Y, которое перпендикулярно и Z, и X направлениям. Эта система координат используется во всем данном приложении и может помочь в понимании изобретения. Следует отметить, что могут быть использованы и другие системы координат, и конкретная используемая система координат не должна ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.

Обычные специалисты в данной области техники увидят, что в рамках настоящего изобретения могут быть использованы другие приводные моды. В качестве примера, приводная мода может быть крутильной модой, как это известно в данной области техники.

В показанном на фиг.1 примере один или несколько электронных измерителей 20 принимают измерительные сигналы от измерительных преобразователей 105, 105'. Канал 26 предоставляет входное и выходное средство, которое позволяет оператору обмениваться информацией с одним или несколькими электронными измерителями 20. Один или несколько электронных измерителей 20 измеряют параметры текущего материала, например плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру, а также получают другую информацию. Более конкретно, один или несколько электронных измерителей 20 принимают один или несколько сигналов, например, от измерительных преобразователей 105, 105' и от одного или нескольких температурных датчиков (не показаны) и используют эту информацию для измерения параметров текущего материала, например, для измерения плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, а также получают другую информацию.

Методики, посредством которых вибрационные измерительные приборы, например расходомеры Кориолиса или денситометры, измеряют параметры текущего материала, хорошо известны; см., например, патент США №6505131, раскрытие которого, таким образом, включено здесь посредством ссылки; поэтому подробное обсуждение опущено для краткости данного описания.

На фиг.2 показан расходомер 200 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Расходомер 200 может содержать расходомер Кориолиса или может содержать вибрационную систему, которая не имеет всех измерительных возможностей расходомера Кориолиса, например, это может быть вибрационный денситометр. В соответствии с вариантом реализации изобретения расходомер 200 может включать в себя изогнутую расходомерную трубку 203, балансный элемент 250, впускной фланец 101 и выпускной фланец 101'. Через фланцы 101 и 101' расходомер 200 связывается с магистральным трубопроводом или чем-то подобным.

В соответствии с вариантом реализации изобретения расходомер 200 может включать в себя один или несколько компонентов 104, 105, 106 датчика. В соответствии с показанным вариантом реализации расходомер 200 включает в себя привод 104 и два измерительных преобразователя 105, 105'. Хотя показаны только две сборки 105, 105' измерительных преобразователей, следует отметить, что расходомер 200 может включать в себя единственную сборку 105 измерительного преобразователя или больше чем две сборки измерительных преобразователей. Кроме того, в некоторых вариантах реализации привод 104 может содержать и сборку измерительных преобразователей, и сборку привода. В соответствии с вариантом реализации изобретения привод 104 и измерительные преобразователи 105, 105' могут обмениваться информацией с электронным измерителем 20 через кабельные соединения 110, 111, 111' подобно тому, как это описано выше в связи со сборкой 5 вибрационного датчика предшествующего уровня техники.

В соответствии с вариантом реализации изобретения привод 104 содержит первый компонент 104a привода и второй компонент 104b привода. В соответствии с вариантом реализации изобретения первый компонент 104a привода присоединяется к расходомерной трубке 203. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения второй компонент 104b привода присоединяется к балансному элементу 250 вблизи первого компонентом 104a привода. Компоненты 104a, 104b привода могут быть присоединены к расходомерной трубке 203 и балансному элементу 250 в соответствии с общеизвестными способами, включающими в себя, например, пайку твердым припоем, клеевое соединение, сварку, присоединение связующим веществом, механическим крепежом и т.д. В показанном варианте реализации первый компонент 104a привода содержит магнит привода, тогда как второй компонент 104b привода содержит катушку привода. Однако следует отметить, что размещение компонентов привода может быть и обратным, то есть первый компонент 104a привода может содержать катушку привода, тогда как второй компонент 104b привода может содержать магнит привода. Кроме того, привод 104 не должен содержать объединенные магнит/катушку. Как упомянуто выше, имеются различные альтернативные приводы, включающие в себя, например, пьезоэлектрические и акустические приводы. Поэтому конкретный компонент привода, присоединенный к расходомерной трубке 203 и балансному элементу 250, не должен ограничивать объем притязаний настоящего изобретения. Важность объекта заключается в том, что один из компонентов привода присоединен к расходомерной трубке 203, тогда как другой компонент привода присоединен к балансному элементу 250.

Аналогично, первый и второй измерительные преобразователи 105, 105' содержат первые компоненты 105a, 105a' и вторые компоненты 105b, 105b'. Как показано, первый компонент 105a, 105a' измерительного преобразователя присоединен к расходомерной трубке 203, тогда как второй компонент 105b, 105b' измерительного преобразователя присоединен к балансному элементу 250 вблизи первого компонента 105a, 105a' измерительного преобразователя. Поэтому компоненты измерительного преобразователя могут взаимодействовать друг с другом, как это хорошо известно в данной области техники. Хотя первый компонент 105a, 105a' измерительного преобразователя показан как содержащий измерительный магнит и второй компонент 105b, 105b' измерительного преобразователя показан как содержащий измерительную катушку, первый и второй компоненты измерительного преобразователя могут быть переставлены друг с другом. Поэтому конкретный компонент, присоединенный к расходомерной трубке 203 и балансному элементу 250, не должен ограничивать объем притязаний настоящего изобретения. Кроме того, следует отметить, что измерительные преобразователи 105, 105' не ограничиваются конфигурациями магнит/катушка. В действительности, измерительные преобразователи 105, 105' могут содержать любые известные измерительные конфигурации, включающие в себя магнит/катушку, оптические датчики, емкостные датчики и т.д.

При том, что второй компонент 104b привода и вторые компоненты 105b, 105b' измерительного преобразователя присоединены к балансному элементу 250, компоненты 104, 105, 105' датчика оказываются по существу изолированными от внешних колебаний, которые, в другом случае, могут быть переданы на компоненты. Например, в технике предшествующего уровня, когда компоненты измерительного преобразователя присоединялись к стационарной опорной пластине, внешние колебания могли оказывать на них влияние, тем самым приводя к ошибочным измерениям. Однако настоящее изобретение по существу изолирует компоненты датчика, тем самым снижая вероятность ошибочных измерений.

В соответствии с вариантом реализации изобретения компоненты 104, 105, 105' датчика присоединяются к расходомерной трубке 203 и/или балансному элементу 250 крепежными скобами 230, 231, 231'. Крепежные скобы 230, 231, 231' могут быть присоединены или к расходомерной трубке 203, или к балансному элементу 250. В показанном варианте реализации крепежные скобы 230, 231, 231' присоединены к балансному элементу 250. В соответствии с показанным на фиг.2 вариантом реализации крепежные скобы 230, 231, 231' предоставляются так, чтобы присоединить вторые компоненты 104b, 105b, 105b' датчика к балансному элементу 250. Предпочтительно, чтобы вторые компоненты 104b, 105b, 105b' датчика выступали бы за балансный элемент 250, чтобы взаимодействовать с первыми компонентами 104a, 105a, 105a' датчика.

В дополнение к крепежным скобам 230, 231, 231', в соответствии с вариантом реализации изобретения, расходомер 200 может также включать в себя множество противовесов 204a, 204b, 205a, 205b, 205a', 205b'. Противовесы 204a, 204b, 205a, 205b, 205a', 205b' могут быть предоставлены, чтобы компенсировать вес компонентов 104, 105, 105' датчика. Например, в соответствии с вариантом реализации изобретения первый компонент 104a привода присоединен к первой стороне расходомерной трубки 203. Чтобы компенсировать вес первого компонента 104a привода, противовес 204a может быть присоединен к расходомерной трубке 203 противоположно первому компоненту 104a привода на второй стороне расходомерной трубки 203. Аналогично, второй компонент 104b привода может быть присоединен к первой стороне крепежной скобы 230. Чтобы компенсировать вес второго компонента 104b привода, противовес 204b может быть присоединен к крепежной скобе 230 противоположно второму компоненту 104b привода. В соответствии с вариантом реализации изобретения противовесы могут быть подобраны по размеру и расположены так, чтобы общий центр масс компонентов датчика и противовесов лежал бы вблизи плоскости осевой линии расходомерной трубки 203 и балансного элемента 250. Следует отметить, что, хотя желательно задать общий центр масс в плоскости X-Y осевой линии, из-за допусков механической обработки может оказаться слишком дорогостоящим обеспечение точной балансировки, и, поэтому, в определенных ситуациях некоторое удаление от плоскости осевой линии может быть приемлемым. Однако следует отметить, что если общий центр масс сдвигается ближе к плоскости осевой линии расходомерной трубки, нежелательные колебания, возникающие в процессе эксплуатации, уменьшаются. Этот вид балансировки объясняется более подробно в патенте США 7287438, который тем самым включен здесь посредством ссылки.

Подобным образом, противовес 204b, присоединенный к крепежной скобе 230, может быть подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс второго компонента привода 104b, противовеса 204b и крепежной скобы 230 лежал бы вблизи плоскости осевой линии балансного элемента 250. Подбор размеров и расположение противовеса 204b, таким образом, предоставляют те же самые преимущества, что и описанные выше относительно первого компонента 104a привода. Следует отметить, что подобное уравновешивание может быть выполнено для измерительных преобразователей 105, 105'.

Как показано на фиг.2, расходомерная трубка 203 содержит изогнутую расходомерную трубку, причем форма расходомерной трубки 203 определяется внутренней областью 213 изгиба. Внутренняя область 213 изгиба содержит зону, как правило, ниже изогнутой расходомерной трубки 203 и между впускным и выпускным фланцами 101, 101', как показано на фиг.2. В показанном на фиг.2 варианте реализации балансный элемент 250 "вложен" во внутреннюю область 213 изгиба. Иначе говоря, балансный элемент 250 установлен как смежный с расходомерной трубкой 203 и в пределах внутренней области 213 изгиба расходомерной трубки 203. Балансный элемент 250 показан как установленный вблизи внутренней области 213 изгиба и содержит форму, подобную расходомерной трубке 203, за исключением того, что балансный элемент 250 короче расходомерной трубки 203. Балансный элемент 250 короче, чем расходомерная трубка 203, поскольку он установлен во внутренней области 213 изгиба расходомерной трубки 203. Поэтому расходомерная трубка 203 по существу изгибается вокруг балансного элемента 250. Из-за меньшей длины балансного элемента балансный элемент 250 может быть выполнен из материала, имеющего более высокий коэффициент теплового расширения по сравнению с коэффициентом теплового расширения материала расходомерной трубки, без существенного увеличения осевого напряжения, приложенного к расходомерной трубке 203. Это так потому, что коэффициенты теплового расширения часто выражаются как изменение длины на градус изменения температуры. Поэтому, если длина части материала уменьшается, полное изменение длины вследствие изменения температуры также уменьшается. Таким образом, балансный элемент 250 может быть выполнен из материала, имеющего более высокий коэффициент теплового расширения по сравнению с коэффициентом теплового расширения расходомерной трубки, и для данного изменения температуры полное изменение длины расходомерной трубки 203 и балансного элемента 250 может быть по существу тем же самым. Поскольку материалы, имеющие более высокий коэффициент теплового расширения, часто оказываются более дешевыми, балансный элемент 250 может быть выполнен из более дешевого материала, чем расходомерная трубка 203, без приложения существенных осевых напряжений к расходомерной трубке 203 вследствие изменений температуры. Эта конфигурация не была возможна в соответствии с конструкциями предшествующего уровня техники, когда расходомерная трубка и уравновешивающая трубка были установлены бок о бок и имели по существу ту же самую длину. Поэтому расходомер 200 настоящего изобретения может быть выполнен более дешевым, чем тот, что мог быть реализован в соответствии с техникой предшествующего уровня. Следует отметить, что, хотя балансный элемент 250 может быть выполнен из материала, отличного от материала расходомерной трубки 203, в рамках настоящего изобретения вполне допустимо, чтобы балансный элемент 250 и расходомерная трубка 203 были выполнены из того же самого материала.

На фиг.3 показан упрощенный вид сечения расходомера 200 по оси X. Как показано на фиг.3, осевая линия 340 расходомерной трубки 203 и осевая линия 341 балансного элемента 250 имеют общую плоскость, то есть плоскость X-Y, в соответствии с приведенной системой координат. Иначе говоря, осевая линия 341 балансного элемента 250 располагается на или, по меньшей мере, вблизи плоскости X-Y осевой линии 340 расходомерной трубки 203. Предпочтительно, балансный элемент 250 может быть вставлен под расходомерной трубкой 203 и может возбуждаться в противофазе с расходомерной трубкой 203. Однако следует отметить, что в других вариантах реализации расходомерная трубка 203 может быть установлена ниже балансного элемента 250 (расходомерная трубка 203 может быть вставлена под балансный элемент 250).

Хотя балансный элемент 250 показан как содержащий полый трубопровод, следует отметить, что балансный элемент 250 может альтернативно иметь по существу твердую структуру. Кроме того, балансный элемент 250 может иметь любую форму, например форму квадрата, форму I-луча, неправильную форму и т.д. Поэтому балансный элемент 250 не должен быть ограничен формой круглого трубопровода, как это показано. Следует отметить, что в определенных вариантах реализации балансный элемент 250 может быть заполнен флюидом. Флюид может содержать флюид, имеющий плотность, близкую к плотности флюида, который предположительно будет течь через расходомер 200. Альтернативно, флюид может содержать флюид, который предположительно будет течь через расходомер 200. Заполнение балансного элемента 250 флюидом может способствовать регулировке собственной частоты балансного элемента 250. Однако следует отметить, что при эксплуатации текущий через расходомер 200 флюид не течет через балансный элемент 250. На практике, балансный элемент 250 может быть заполнен при сборке расходомера, например.

Также, на фиг.3 показаны различные центры масс привода 104. Видно, что к расходомерной трубке 203 присоединен первый компонент 104a привода с центром масс CM_m и противовес 204a с центром масс CM_b1. В соответствии с вариантом реализации изобретения противовес 204a может быть подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс CCM₁ первого компонента 104a привода и противовеса 204a был расположен в плоскости X-Y, которая является также осевой линией 340 расходомерной трубки 203. В соответствии с вариантом реализации изобретения к балансному элементу 250 присоединена крепежная скоба 230 с центром масс CM_B. Также к балансному элементу 250 присоединен второй компонент 104b привода с центром масс CM_C и противовес 204b с центром масс CM_b2. Противовес 204b может быть подобран по размеру и расположен на крепежной скобе 230 так, чтобы общий центр масс CCM₂ крепежной скобы 230, второго компонента 104b привода и противовеса 204b был расположен в плоскости X-Y, которая также содержит осевую линию 341 балансного элемента 250. Следует отметить, что, хотя желательно задать общие центры масс точно в плоскости X-Y, это может быть затруднено из-за определенных производственных допусков, например. Однако может быть желательно задать общие центры масс вблизи плоскости X-Y или насколько возможно близко к ней. Следует также отметить, что измерительные преобразователи 105, 105' могут быть подобным образом сбалансированы с использованием противовесов 205a, 205b, 205a', 205b', например, полное обсуждение чего опускается для краткости описания.

На фиг.4 показан расходомер 200 в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Показанный на фиг.4 вариант реализации подобен предварительно описанным вариантам реализации, однако показанный на фиг.4 вариант реализации не включает в себя противовесы 204a, 204b, 205a, 205b, 205a', 205b'. Поэтому показанный на фиг.4 расходомер 200 может требовать дополнительной калибровки для компенсации небаланса, созданного приводом 104 и измерительными преобразователями 105, 105', которые присоединены к расходомерной трубке 203 и балансному элементу 250. В соответствии с показанным на фиг.4 вариантом реализации второй компонент 104b привода и вторые компоненты 105b, 105b' измерительного преобразователя могут также быть присоединены к балансному элементу 250 с использованием крепежных скоб 230, 231, 231'. Однако следует отметить, что в других вариантах реализации крепежные скобы 230, 231, 231' могут быть исключены, и вторые компоненты 104b, 105b, 105b' могут быть присоединены непосредственно к балансному элементу 250. Следует отметить, что конкретный способ присоединения привода 104 и измерительных преобразователей 105, 105' к расходомерной трубке 203 и балансному элементу 250 может содержать использование связующих материалов, пайки твердым припоем, клеевых соединений, механических соединителей и т.д. Конкретный используемый способ не должен ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.

При эксплуатации приводной сигнал может быть послан электронным измерителем 20 через кабельное соединение 110 на катушку 104b привода. Приводной сигнал заставляет расходомерную трубку 203 колебаться вокруг изгибной оси W-W, тогда как балансный элемент 250 колеблется вокруг изгибной оси W'-W'. В соответствии с вариантом реализации изобретения балансный элемент 250 колеблется на той же самой моде, но в противофазе с расходомерной трубкой 203. В соответствии с вариантом реализации изобретения оси W-W, W'-W' частично задаются с использованием множества стягивающих планок 220-223, которые ограничивают активную зону расходомерной трубки 203 и балансного элемента 250. Колеблющиеся трубки 203, 250 индуцируют электрические напряжения в измерительных преобразователях 105, 105', которые посылаются на электронный измеритель 20 через кабельные соединения 111 и 111'. Электронный измеритель 20 производит информацию о массовом расходе, наряду с другой информацией, например, о плотности материала, основанную на сигналах, посланных измерительными преобразователями 105, 105'. Устройства измерения температуры, например RTD (не показан), могут также предоставить температурные измерения. Электронный измеритель 20 может послать эту информацию для последующей обработки через кабельное соединение 26.

В соответствии с вариантом реализации изобретения, до протекания обрабатываемого флюида через расходомерную трубку 203, балансный элемент 250 может быть заполнен обрабатываемым флюидом. Это может способствовать регулировке собственной частоты балансного элемента 250. В других вариантах реализации в этом нет необходимости, и частота балансного элемента 250 может быть отрегулирована в соответствии с другими известными способами, например, присоединением одной или нескольких дополнительных масс к балансному элементу 250.

При осевой линии 341 балансного элемента 250, располагаемой в плоскости осевой линии 340 расходомерной трубки 203, расходомер 200 может быть сделан намного более дешевым, чем он мог быть реализован в технике предшествующего уровня. Это так потому, что балансный элемент 250 может быть выполнен из более дешевого материала, имеющего более высокий коэффициент теплового расширения, чем таковой для расходомерной трубки 203. Кроме того, с балансным элементом 250, вставляемым во внутреннюю область 213 изгиба расходомерной трубки 203, расходомер 200 может быть реализован в ситуациях, когда размер расходомера и, более конкретно, ширина расходомера имеет значение. Это так потому, что балансный элемент 250 не требует значительного пространства в дополнение к расходомерной трубке 203. Во многих вариантах реализации балансный элемент 250 не увеличивает ширину расходомера 200, поскольку балансный элемент 250 вставлен во внутреннюю область 213 изгиба расходомерной трубки 203. Это отличается от расходомеров предшествующего уровня техники с уравновешивающей трубкой, где уравновешивающая трубка предоставлялась бок о бок с расходомерной трубкой, тем самым удваивая ширину расходомера.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассматриваемых изобретателями как находящихся в пределах объема притязаний изобретения. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или исключены, чтобы создать дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов изобретения. Обычным специалистам в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и принципов изобретения.

Таким образом, хотя конкретные варианты реализации и примеры для изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, в рамках изобретения возможны различные эквивалентные модификации, как это будет видно специалистам в данной области техники. Предоставленные здесь принципы могут быть применены к другим расходомерам, а не только к описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах вариантам реализации. Соответственно, объем притязаний изобретения должен быть определен из нижеследующей формулы.

Изобретение относится к расходомерам, включающим в себя балансный элемент. Расходомер содержит изогнутую расходомерную трубку и балансный элемент. Балансный элемент размещен так, чтобы осевая линия балансного элемента лежала в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки. Расходомер также включает в себя привод, включающий в себя первый компонент привода и второй компонент привода. Первый компонент привода присоединяется к изогнутой расходомерной трубке, второй компонент привода присоединяется к балансному элементу вблизи первого компонента привода. Расходомер также включает в себя, по меньшей мере, первый измерительный преобразователь. Первый измерительный преобразователь включает в себя первый компонент измерительного преобразователя и второй компонент измерительного преобразователя. Первый компонент измерительного преобразователя присоединяется к изогнутой расходомерной трубке, тогда как второй компонент измерительного преобразователя присоединяется к балансному элементу вблизи первого компонента измерительного преобразователя. Техническим результатом является повышение точности измерений. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Расходомер (200), содержащий:
изогнутую расходомерную трубку (203);
балансный элемент (250), расположенный так, что осевая линия (341) балансного элемента (250) лежит в плоскости осевой линии (340) изогнутой расходомерной трубки (203);
привод (104), включающий в себя первый компонент (104а) привода, присоединенный к изогнутой расходомерной трубке (203), и второй компонент (104b) привода, присоединенный к балансному элементу (250) вблизи первого компонента (104а) привода; и,
по меньшей мере, первый измерительный преобразователь (105), включающий в себя первый компонент (105а) измерительного преобразователя, присоединенный к изогнутой расходомерной трубке (203), и второй компонент (105b) измерительного преобразователя, присоединенный к балансному элементу (250) вблизи первого компонента (105а) измерительного преобразователя.

2. Расходомер (200) по п.1, дополнительно содержащий противовес (204а), присоединенный к расходомерной трубке (203) напротив первого компонента (104а) привода.

3. Расходомер (200) по п.2, в котором противовес (204а) подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса (204а) и первого компонента (104а) привода был расположен в плоскости осевой линии (340) изогнутой расходомерной трубки (203).

4. Расходомер (200) по п.1, дополнительно содержащий противовес (204b), присоединенный к балансному элементу (250) напротив второго компонента (104b) привода.

5. Расходомер (200) по п.4, в котором противовес (204b) подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса (204b), второго компонента (104b) привода и крепежной скобы (230) был расположен в плоскости осевой линии (341) балансного элемента (250).

6. Расходомер (200) по п.1, дополнительно содержащий противовес (205а), присоединенный к расходомерной трубке (203) напротив первого компонента (105а) измерительного преобразователя.

7. Расходомер (200) по п.6, в котором противовес (205а) подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса (205а) и первого компонента измерительного преобразователя (105а) был расположен в плоскости осевой линии (340) изогнутой расходомерной трубки (203).

8. Расходомер (200) по п.1, дополнительно содержащий противовес (205b), присоединенный к балансному элементу (250) напротив второго компонента (105b) измерительного преобразователя.

9. Расходомер (200) по п.8, в котором противовес (205b) подобран по размеру и расположен так, чтобы общий центр масс противовеса (205b), второго компонента измерительного преобразователя (105b) и крепежной скобы (230) был расположен в плоскости осевой линии (341) балансного элемента (250).

10. Расходомер (200) по п.1, в котором балансный элемент (250) устанавливается в пределах внутренней области (213) изгиба изогнутой расходомерной трубки (203).

11. Расходомер (200) по п.1, дополнительно содержащий множество стягивающих планок (220-223), присоединенных к изогнутой расходомерной трубке (203) и балансному элементу (250), чтобы, по меньшей мере, частично задать ось изгиба (W-W) расходомерной трубки и ось изгиба (W'-W') балансного элемента.

12. Способ формирования расходомера, включающего в себя изогнутую расходомерную трубку и балансный элемент, содержащий этапы, на которых:
размещают балансный элемент вблизи изогнутой расходомерной трубки так, чтобы осевая линия балансного элемента была расположена в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки;
присоединяют первый компонент привода к изогнутой расходомерной трубке и второй компонент привода к балансному элементу вблизи первого компонента привода и
присоединяют первый компонент измерительного преобразователя к изогнутой расходомерной трубке и второй компонент измерительного преобразователя к балансному элементу вблизи первого компонента измерительного преобразователя.

13. Способ по п.12, дополнительно содержащий этап, на котором присоединяют противовес к расходомерной трубке напротив первого компонента привода.

14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап, на котором подбирают размер и расположение противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса и первого компонента привода был расположен в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки.

15. Способ по п.12, дополнительно содержащий этап, на котором присоединяют противовес к балансному элементу напротив второго компонента привода.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап, на котором подбирают размер и расположение противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса и второго компонента привода был расположен в плоскости осевой линии балансного элемента.

17. Способ по п.12, дополнительно содержащий этап, на котором присоединяют противовес к расходомерной трубке напротив первого компонента измерительного преобразователя.

18. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором подбирают размер и расположение противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса и первого компонента измерительного преобразователя был расположен в плоскости осевой линии изогнутой расходомерной трубки.

19. Способ по п.12, дополнительно содержащий этап, на котором присоединяют противовес к балансному элементу напротив второго компонента измерительного преобразователя.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий этап, на котором подбирают размер и расположение противовеса так, чтобы общий центр масс противовеса, второго компонента измерительного преобразователя и крепежной скобы был расположен в плоскости осевой линии балансного элемента.

21. Способ по п.12, в котором этап размещения балансного элемента вблизи изогнутой расходомерной трубки содержит размещение балансного элемента в пределах внутренней области изгиба изогнутой расходомерной трубки.

22. Способ по п.12, дополнительно содержащий этап, на котором присоединяют множество стягивающих планок к расходомерной трубке и балансному элементу, чтобы, по меньшей мере, частично задать ось изгиба расходомерной трубки и ось изгиба балансного элемента.