CN107238417A - 流体测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体测量装置，包括振动管，所述振动管用于连接至待测流体管路以对所述待测流体管路中的流体进行检测；以及罩壳，所述罩壳包括侧壁部和端盖部，其中，所述侧壁部形成为沿所述侧壁部的周向延伸的曲面，并且所述端盖部盖装在所述侧壁部的一端，从而与所述侧壁部共同限定出用于容置所述振动管的内腔。在此种流体测量装置中，罩壳结构具有较高的刚度和承压能力，且其固有频率相对于常规罩壳高且没有平面振型，能够有效地屏蔽外界的振动干涉、有效地防止与振动管产生共振，提高流体测量装置的测量精度。

Description

流体测量装置

技术领域

本发明涉及流体测量装置技术领域，特别地，涉及通过振动管的振动对流体的相关参数进行检测的流体测量装置。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

诸如科里奥利质量流量计的流体测量装置在很多领域(例如，石油、化工、冶金等)中都具有非常广泛的用途，其通常用来测量流体管路中流体的质量流量、密度等参数。此种流体测量装置通常具有一个或更多个直的或者弯曲的管。在管上布置有振源，通过振源的激励使得该一个或更多个管产生振动。当流体流经该一个或更多个管时，借助于一定的技术措施(例如，借助于流体在入口管段与出口管段处振动时间的差异)获得所需要的质量流量、密度等参数。

此种流体测量装置通常应用于过程控制及测量管路上，流体测量装置本身及其测量精度不可避免地会受到外部环境的影响。为此，通常会给流体测量装置提供罩壳，以对流体测量装置中的相关部件进行保护，并尽量减小外部环境对流体测量装置的测量精度的影响。图1示出了一种已知的科里奥利质量流量计的外部结构示意图。从图1中可以看到，该科里奥利质量流量计的振动管上包封有由多段圆管焊接而成的罩壳，罩壳的两端分别连接至分流管的外壳。由于此种罩壳结构沿着振动管的延伸方向而包封在振动管上，而振动管的结构通常不是简单的直管形状，因此此种罩壳结构一般由很多个部分拼接而成，不仅结构复杂，而且其所需的焊接操作和装配的时间和成本也较高。图2示出了另一种已知的科里奥利质量流量计的外部结构示意图。图2中的科里奥利质量流量计的振动管和分流管的外部均具有外壳，两个外壳固定在一起。这两个外壳均为箱体式外壳，即，其具有一个或更多个平面结构。这种箱体式外壳存在刚度低、承压能力差、截面不规则、成型工艺复杂、装配时间长、制造成本高的缺点。而且，箱体式外壳由于平面结构而在振动管 的振动过程中存在平面振型模态，容易与振动管的振动发生干涉，影响科里奥利质量流量计的测量精度。

因此，有必要提供一种改进的流体测量装置，以简化其结构、降低装配的时间和成本、提高测量精度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的流体测量装置，以提高其承压能力，有效地屏蔽外界的振动干涉、防止与振动管产生共振，从而提高流体测量装置的测量精度。

本发明的另一个目的是提供一种具有改进的罩壳结构的流体测量装置，以简化结构、降低成本。

本发明的又一个目的是提供一种改进的流体测量装置，以增大其内部的容置空间。

根据本发明，其提供了一种流体测量装置，包括：振动管，所述振动管用于连接至待测流体管路以对所述待测流体管路中的流体进行检测；以及罩壳，所述罩壳包括侧壁部和端盖部，其中，所述侧壁部形成为沿所述侧壁部的周向延伸的曲面，并且所述端盖部盖装在所述侧壁部的一端，从而与所述侧壁部共同限定出用于容置所述振动管的内腔。在此种流体测量装置中，罩壳结构具有较高的刚度和承压能力，且其固有频率相对于常规罩壳较高且没有平面振型，能够有效地屏蔽外界的振动干涉、有效地防止与振动管产生共振，提高流体测量装置的测量精度。

根据一个实施方式，所述侧壁部形成为回转体，例如，为圆柱形或者椭圆形。这种结构的侧壁部承压能力较高、便于加工、制造成本较低。而且，由于侧壁部形成为连续的曲面，不存在平面振型，其固有频率较箱体式罩壳结构的高，能有效地防止流体测量装置工作时罩壳与振动管之间产生共振，有效地屏蔽外界的振动干涉，使得流体测量装置所要采集的信息避免其他附加振动的干扰，从而极大地提高流体测量装置的测量精度。

根据一个实施方式，所述侧壁部与所述端盖部一体地形成或者各自独立地形成。一体式结构能减少装配工序、缩短装配时间。而分体式结构便于制作加工、应用方面更加灵活。

根据一个实施方式，所述端盖部为平的或者至少部分地为弧形的。弧形端盖部有利于增大罩壳的内部空间，增大罩壳与其内部的振动管及相关元器件之间的有效间隙。

根据一个实施方式，所述端盖部为截头球冠形或者球冠形。端盖部的结构可以根据实际应用情况灵活地调整，不以本发明中示出的结构为限。

根据一个实施方式，所述振动管通过分流管连接至所述待测流体管路。

根据一个实施方式，所述罩壳固定至所述分流管的外壁、或者固定至容置所述分流管的收纳壳上。在不需要为分流管提供额外的外壳的情况下，罩壳可以直接固定至分流管的外壁。在为分流管提供额外的外壳的情况下，罩壳可以固定在用于容纳分流管的外壳上。

根据一个实施方式，所述罩壳通过深拉伸成型或者由管材加工而成。

根据一个实施方式，所述侧壁部的外周面上设置有突起部。如此，可以进一步提高罩壳的承压性能，并且能够优化罩壳的振型。

根据一个实施方式，所述突起部为环绕所述侧壁部连续地延伸的环形带，或者包括环绕所述侧壁部且彼此间隔的多个条带。

根据一个实施方式，所述侧壁部的所述曲面由多个小面积区域彼此连接而成。如下面结合附图所描述的，侧壁部所包含的平面结构越小，其固有频率越高，由此能够有效地屏蔽外界的振动干涉、有效地防止与振动管产生共振，提高流体测量装置的测量精度。侧壁部沿其周向方向形成为连续的曲面为优选的结构形式。然而，可以理解的是，侧壁部的曲面可以由多个小面积区域彼此连接而成，这样也可以增大侧壁部的固有频率、减小其平面振型，从而提高整个流体测量装置的测量精度。每个小面积区域具有独立的边界，当其面积足够小并且当相邻表面之间的过渡圆角无限大时，平面振型模态趋近于无，罩壳结构接近于圆柱形。

根据一个实施方式，所述流体测量装置为科里奥利质量流量计。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解。这里所描述的附图仅是出于说明目的而并非意图以任何方式限制本发明的范围，附图并非按比例绘制，并且一些特 征可能被放大或缩小以显示特定部件的细节。在附图中：

图1示出了一种已知的科里奥利质量流量计的外部结构示意图，其中，(a)为整体结构示意图，(b)为局部分解结构示意图，并且为了清楚起见，振动管已从(b)中去除；

图2示出了另一种已知的科里奥利质量流量计的外部结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施方式的流体测量装置的外部结构示意图，其中还示出了用于将流体测量装置连接到待测流体管路上的连接法兰件；

图4为图3所示出的流体测量装置的主视图；

图5为图4中的流体测量装置的N部的放大示意图；

图6为图3所示出的流体测量装置的罩壳的结构示意图；

图7示出了根据本发明的另一个实施方式的罩壳的结构示意图；

图8示出了根据本发明的另一个实施方式的罩壳的结构示意图；

图9示出了根据本发明的另一个实施方式的罩壳的结构示意图；

图10为图9中的罩壳沿M-M线截取的剖面图；

图11示出了根据本发明的另一个实施方式的罩壳的示意图，其中，(a)为整体结构示意图，(b)为分解示意图；

图12示出了根据本发明的流体测量装置的另一个实施方式的示意图；

图13示出了图6中的罩壳的模态分析结果示意图；

图14示出了一种箱体式外壳结构的模态分析结果示意图；以及

图15示出了另一种箱体式外壳结构的模态分析结果示意图。

具体实施方式

下面对本发明各实施方式的描述仅仅是示例性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来标示相 同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。

如本领域的技术人员所公知的，流体测量装置(例如，科里奥利质量流量计)用于对流体管路中流体的相关参数(如质量流量、体积流量、温度、密度等)进行测量。其通常包括振动管和连接在振动管两端的分流管。其中，振动管的数量根据实际情况而定，可以为一个或者多于一个。振动管的具体形状可能是直的、弯的或者更加复杂的形状。所采用的分流管可以是一个，也可以多于一个。参考图1和图2，振动管分别被包封在三角形壳体和箱体式壳体内部，从图中不可见。如图1所示出的分流管1为1个，该分流管1内部形成有多路流体通道，参照图1的(a)中的箭头所示，待测流体自分流管1的L侧流入，经由分流管1内部的第一路流动通道及相应的端口向上流入振动管，然后又经由相应的端口以相反的方向沿着分流管1内部的第二路流动通道流动，并进一步经由R侧流出。而在图2中示出的流体测量装置则使用了两个分流管(从图2中不可见)。两个分流管分别连接在振动管的两端，这两个分流管可以进一步通过两个相应的连接法兰件2连接至待测的流体管路。

对于在例如高温或低温的非常温工作环境下的流体测量装置来说，外壳除了起到盛装内部的元器件的作用之外，还用于对这些元器件进行保护，防止其因外部环境导致的损坏。然而，本发明人还发现，外壳所采用的具体结构形式对于流体测量装置的测量精度也会产生不同程度的影响。就图2中示出的箱体式外壳结构而言，由于箱式外壳刚度低、承压能力差、并且存在平面结构，其不仅容易受到外部的振动干涉，而且在振动的过程中，外壳的振动易与振动管的振动以及相关电子部件的磁电振动发生共振，导致传感信号失真、流体测量装置测量精度下降等问题。为解决此种问题，除了对相关电子部件进行改进性设计(例如提供更好的电功能屏蔽或线路保护)之外，还可以通过外壳的结构设计来实现。

基于此，本发明提供了一种具有改进的外壳结构的流体测量装置，其通过对外壳结构进行恰当的设计来屏蔽外界的振动干涉、避免外壳本身的振动与流体测量装置内部相关部件的振动发生干涉，从而提高流体测量装置的测量精度。下面就结合图3至图15对根据本发明的流体测量装置及其所产生的有益效果进行描述。

图3至图12示出了根据本发明的流体测量装置的多种实施方式。 其中，图3示出了根据本发明的一个实施方式的流体测量装置的外部结构示意图。在图3示出的示例中，流体测量装置包括分流管10、振动管(未图示)、以及罩封在振动管外部的罩壳30。图中还示出了装配在流体测量装置两侧的两个连接法兰件20，用于流体测量装置至待测流体管路的连接。当然，根据流体测量装置的实际应用情况，也可以没有连接法兰件。例如，可以将分流管直接焊接至待测流体管路。此外，图3中示出的流体测量装置仅采用一个分流管10，此种分流管10的结构如前面提到的，在此不再重复。同样，根据情况，也可以采用两个或者更多个分流管。并且，除了如图所示的结构外，根据实际情况，分流管还可以采用其它结构形式，例如采用三通管的形式。

结合图3至图5所示，罩壳30固定(例如，焊接)在分流管10上。例如，可以以图5所示的方式将罩壳30罩装在分流管10上之后再将二者焊接固定在一起。振动管整体被罩封在罩壳30中，从罩壳30的外部无法看到振动管。如此，使得振动管与外部环境隔绝，为振动管及其上的电子部件提供了有效的防护。

罩壳30包括侧壁部301和端盖部302。侧壁部301基本上包围在振动管的振动区域的外部。端盖部302设置在侧壁部301的一端，从而与侧壁部301共同限定出用于容置整个振动管301的内腔。侧壁部301和端盖部302可以如图7所示的一体地形成，也可以如图11所示的各自独立地形成后再通过焊接、粘接等方式固定在一起。

在图3-图11示出的示例中，罩壳30的侧壁部301基本上形成为圆柱形。圆柱形结构的特点是其具有轴对称的结构，整个侧壁部沿其周向方向形成为连续的曲面。这种结构的应力分布比较均匀，承压能力较高。这种结构的侧壁部可以通过深拉伸成型或直接由管材加工而成，易于制造、制造公差容易控制，与其它部件焊接时，焊缝规则、焊接工艺简单、装配时间短，成本低。

可以理解的是，侧壁部可以形成为沿其周向延伸的曲面。例如，侧壁部可以由三个半圆筒在各自的侧边上彼此连接而成(即，其横截面为首尾相接的三个半圆形)，在此种情况下，各个曲面之间直接连接而不是圆滑过渡的。再如，侧壁部可以由三个半圆筒在各自的侧边上彼此连接而成，但是，相邻的半圆筒之间以圆弧圆滑地过渡(即，其横截面为首尾相接的三个半圆形，并且相邻的半圆形之间以弧形圆滑地过渡)， 在此种情况下，各个曲面之间是圆滑过渡的。可选地，侧壁部形成为任意形状的回转体(即为轴对称的结构)，例如前面提到的圆柱形，或者椭圆形，可选地，侧壁部也可以形成为其它非平面的构型。例如，横截面呈现为复杂的封闭曲线的构型。

端盖部302用于对侧壁部所形成的空腔在一端处进行盖封。其形状可以根据实际应用及工艺便利性进行调整，可以为球冠形(如图6和图7所示)、平板形(如图11所示)、或者将球冠形的顶端改为平顶后形成的截头球冠形(如图8和9所示)。可以看到，在图6和图7以及图8和图9所示的情况下，端盖部302至少部分地为弧形的，其中，在图6和图7的情况下，端盖部302整体上均为弧形。而在8和图9所示的情况下，端盖部302仅部分地为弧形。端盖部至少部分地呈弧形的结构便于进行深冲加工，同时可以给内部的元器件提供更多的空间。本发明中的圆柱形侧壁部可以通过管件加工、辊压或其他方式制作而成。

在图3所示的示例中，仅采用一个分流管10。这种分流管可以通过铸造成型工艺形成，由于其本身即具有外壳，不必再另外设置用于该分流管的外壳结构。在这种情况下，如图4和图5所示出的，可以使得分流管10的顶部的外围形成台阶状凹入，并将罩壳30罩装在该台阶状凹入上，然后可以通过焊接、粘接等方式将罩壳30与分流管10固定在一起。

可选地，在未示出的实施例中，也可以采用两个或者两个以上的分流管。以采用两个分流管为例，振动管连接在两个分流管之间。通常，两个分流管可以被容置或者收纳在收纳壳(参考图2中的矩形壳4)中。罩壳30进一步固定连接至收纳壳。其中，收纳壳可以单独地形成容纳两个分流管的内腔，罩壳固定在收纳壳的外壁上。或者，收纳壳与罩壳形成为一体，共同限定用于容纳振动管和分流管的内腔。

可选地，如图7、图9以及图10所示，可以在罩壳30的侧壁部301上设置突起部303，以进一步提高罩壳的承压性能，并且优化其振型。优选地，突起部303为沿着侧壁部301的周向连续地延伸的环形带。可选地，突起部303包括环绕侧壁部301且彼此间隔的多个条带。并且，优选地，可以使多个突起部303沿着侧壁部的纵向以预订间隔均匀地分布。

可以理解的是，为了尽量避免或者减小平面结构导致的振动过程中的平面振型，如果将平面结构分割为具有独立边界的两个或两个以上的小面积区域，也能改善平面振型模态，其中，所述小面积区域可以具有任意形状的边界。当相邻表面之间的过渡圆角无限大时，平面振型模态几乎消失，罩壳结构接近于圆柱形。作为替代实施方式，参考图12所示，侧壁部由很多个(数目越多，平面振型模态越小)矩形块(即为小面积区域)沿周向彼此连接而成。相邻表面之间以圆弧过渡，因此，可以减小平面结构导致的平面振型。

下面结合图13-图15来说明采用本发明的非平面构型的侧壁部的有益效果。其中，图13-图15所示出的罩壳的具体结构不同，但是这些罩壳所采用的材料相同，例如均采用不锈钢。

一般地，振动管及相关电子部件的振动频率都小于1000赫兹。为了有效地防止流体测量装置工作时罩壳与振动管及相关电子部件之间产生共振、并有效地屏蔽外界的振动干扰，发明人发现，如果罩壳的固有频率大于振动管及相关电子部件的振动频率将是有利的。

图13-图15中示出的数值的单位为in(英寸)。但是，需要说明的是，本文中提到的、以及附图中示出的振幅值(例如，22.43、31.14、48.06、9.34等)均只是示例性的模态分析结果，并不代表实际振幅即为这些值，此种模态分析通常都是对原结构进行放大后做出的。实际应用中，罩壳的整体结构一般比较小，因此，其振幅也比较小。

图13示出了图6中的圆柱形罩壳的模态分析结果示意图。此种罩壳具有球冠形顶部，其一阶频率为2154.5HZ。由图13中可以看出，该罩壳结构的振幅(或称为振动位移)自下而上大致可以分为五个区域，即，A、B、C、D、E，其中，A区域的振幅最小，E区域的振幅最大，其位于球冠的顶部处，最大值为22.43in。圆柱形的下端处于最小振幅区域A。

图14示出的是方形罩壳(即其横截面大致为方形)的模态分析结果示意图。该罩壳结构的四个侧面基本上均为平面，顶面包含的平面部分较小。相邻的表面之间通过圆弧过渡。此种罩壳结构的一阶频率为705.2HZ。由图14可以看出，所示出的罩壳结构的振幅由A1至E1逐渐增大，但是与图13中示出的结构不同的是，图14所示结构的最大振 幅区域出现在各个侧面的中间部分，其最大值为31.14in。在每个侧面上，振幅自中间部分向四周逐渐减小。而其顶部以及相邻表面的过渡部分属于最小振幅区域A1。

图15示出的是矩形(即其横截面大致为矩形)罩壳的模态分析结果示意图。其中，在四个侧面中，沿纵向(即，沿着矩形的长边的方向)延伸的侧面(简称为纵向侧面)基本上为平面，相邻表面之间的弧形过渡部分具有最大的半径，使得沿着横向(即，沿着矩形的短边的方向)延伸的侧面(简称为横向侧面)几乎呈弧形(即，基本上不具有平面)。该罩壳结构的一阶频率为1219.2HZ。由图15中可以看到，该罩壳结构的最大振幅出现在纵向侧面的中间部分处，且最大值为48.06in。在纵向侧面上，振幅由中间部分向四周逐渐减小。而其他部分(包括顶面以及横向侧面)均属于最小振幅区域A2。

通过比较图13、图14、图15所示出的结构的固有频率及振幅可以看出，圆柱形罩壳结构的固有频率明显大于箱体式罩壳结构的。而通过比较图14和图15所示出的罩壳结构可以看出，平面部分越少，其平面振型模态越小，振幅也越小，且罩壳结构的固有频率也越大。当弧形部分为极限大时，罩壳结构接近于圆柱形，即接近于如图13所示出的圆柱形加球冠形顶部的结构。

因此，本发明的罩壳结构由于不存在或者仅存在小面积的平面振型，其固有频率较箱体式罩壳结构的高，能有效地防止流体测量装置工作时罩壳与振动管之间产生共振，有效地屏蔽外界的振动干涉，使得流体测量装置所要采集的信息避免其他附加振动的干扰，从而提高了流体测量装置的测量精度。

本发明的流体测量装置的罩壳结构具有较高的刚度，能够有效地屏蔽外界的振动干涉。由于侧壁部不包括平面结构或者包括很多个小面积的平面结构，消除或者极大地减弱了箱体式结构中的平面振型模态，固有频率高，能有效地防止与振动管产生共振。此外，非平面的侧壁部具有更好的承压能力，并且可以根据需要对内部空间进行抽真空处理。并且此种罩壳可以通过深拉伸成型或者直接通过管材加工而成，工艺简单、成本低、制造公差易于控制，与其他部件焊接时焊缝规则、焊接工艺简单、装配时间短、成本低。另外，在降低成本的同时还能增大罩壳与其内部的振动管及相关元器件之间的有效间隙。

尽管在此已详细描述了本发明的优选实施方式，但是应该理解，本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims (13)

1.一种流体测量装置，包括：

振动管，所述振动管用于连接至待测流体管路以对所述待测流体管路中的流体进行检测；以及

罩壳(30)，所述罩壳(30)包括侧壁部(301)和端盖部(302)，其中，所述侧壁部(301)形成为沿所述侧壁部(301)的周向延伸的曲面，并且所述端盖部(302)盖装在所述侧壁部(301)的一端，从而与所述侧壁部(301)共同限定出用于容置所述振动管的内腔。

2.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述侧壁部(301)形成为回转体。

3.根据权利要求2所述的流体测量装置，其中，所述侧壁部(301)形成为圆柱形或者椭圆形。

4.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述侧壁部(301)与所述端盖部(302)一体地形成或者各自独立地形成。

5.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述端盖部(302)为平的或至少部分地为弧形的。

6.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述端盖部(302)为截头球冠形或者球冠形。

7.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述振动管通过分流管(10)连接至所述待测流体管路。

8.根据权利要求7所述的流体测量装置，其中，所述罩壳(30)固定至所述分流管(10)的外壁、或者固定至容置所述分流管(10)的收纳壳上。

9.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述罩壳(30)通过深拉伸成型或者由管材加工而成。

10.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述侧壁部(301)的外周面上设置有突起部(303)。

11.根据权利要求10所述的流体测量装置，其中，所述突起部(303)为环绕所述侧壁部(301)连续地延伸的环形带或者包括环绕所述侧壁部(301)且彼此间隔的多个条带。

12.根据权利要求1所述的流体测量装置，其中，所述侧壁部(301)的所述曲面由多个小面积区域彼此连接而成。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的流体测量装置，其中，所述流体测量装置为科里奥利质量流量计。