專利名稱：彎曲管振動流量計中的熱應(yīng)力補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彎曲管振動流量計，并且更具體地，涉及在彎曲管振動流量計中的熱應(yīng)力補償。2.要解決的問題
振動管傳感器，例如Coriolis質(zhì)量流量計和振動密度計，通常通過檢測包含流動材料的一個或多個振動管的運動來操作。與管內(nèi)的材料相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，例如質(zhì)量流量、密度等，可通過處理從與導管相關(guān)聯(lián)的運動換能器接收的測量信號來確定。振動的填充有材料的系統(tǒng)的振動模式通常受用于包含的導管和包含在其內(nèi)的材料的組合質(zhì)量、剛性和阻尼特性影響。典型的Coriolis質(zhì)量流量計包括一個或多個管，這些管在管線或其它輸送系統(tǒng)內(nèi)被連成直線，并且在該系統(tǒng)內(nèi)傳輸材料，例如流體、泥漿、乳液等。每個管可被視為具有一組固有振動模式，包括例如單純的彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦合模式。在典型的Coriolis質(zhì)量流量測量應(yīng)用中，當材料流過管時，以一個或多個振動模式激勵該管，并且在沿著該管間隔開的多個點處測量該管的運動。激勵通常由致動器提供，例如電機械設(shè)備，譬如音圈型驅(qū)動器，該致動器以周期的方式干擾該導管。質(zhì)量流率可通過測量在多個換能器位置處的運動之間的時間延遲或相差來確定。振動響應(yīng)的頻率可通過單個換能器測量，其中該頻率被用于確定該流量計中材料的密度。通常采用兩個這樣的換能器(或敏感元件傳感器)以測量一個或多個流動導管的振動響應(yīng)，并且這兩個換能器通常被定位在致動器的上游和下游的位置。這兩個敏感元件傳感器被連接到電子儀器。該儀器從這兩個敏感元件傳感器接收信號并處理這些信號從而得到質(zhì)量流率測量以及其它的測量。振動流量計，包括Coriolis質(zhì)量流量計和密度計，因此采用一個或多個流動管，使這些流動管振動以測量流體。振動的計量器可與熱或冷的流動材料一起使用。不過，當流量計的一個或多個流動管處于與該流量計組件的其它部分不同的溫度時，熱應(yīng)力可被引入到流量計中。例如，當熱流體被突然引入到冷的計量器中，流動管試圖在長度上膨脹但是卻受到了(相對)冷殼體的約束。這種情況被稱為熱沖擊。在更加常見的穩(wěn)態(tài)情況中，流體是熱的，而周圍環(huán)境是冷的，并且因此跨過計量器的一部分地存在溫度梯度。在典型的流量計中，熱膨脹或收縮可受流量計的設(shè)計的約束或阻止。在流量計中的熱差因此建立在該流量計的一個或多個流動管上的熱應(yīng)力。例如，管的軸向膨脹或收縮可能受該流量計殼體的約束。授予Van Cleve的美國專利6，327，915公開了直管Coriolis流量計，其包括平衡條和溫度傳感器SI — S4。單個的溫度傳感器S4被用于測量殼體的溫度。溫度傳感器的網(wǎng)絡(luò)提供了溫度信息，該溫度信息被用于執(zhí)行熱應(yīng)力補償，其中溫度改變將引起振動管上的壓縮力或拉伸力，影響直流動管的諧振頻率。直管振動計量器由于其形狀不具有彎曲應(yīng)力，其存在于彎曲管計量器中。直管振動計量器不要求多個殼體溫度測量或者在多個具體位置處的殼體溫度測量，這些將影響管彎曲應(yīng)力。已知的是，Coriolis流量計具有雙彎曲管，該流量計在流量測量方面具有最高的準確度。它們在密度測量方面也具有高準確度，但是不像一些當前制造的具有單個直管的密度計那樣準確。不過，盡管有它們的優(yōu)點，但直管密度計也具有缺點。筆直的且相對剛性的流動管不可能自由地膨脹或收縮，這是由于殼體和其它部件的約束。所產(chǎn)生的在直管振動密度計上的熱壓縮或拉伸將改變諧振頻率。這種加熱或冷卻的影響，以及所產(chǎn)生的該流量計的受約束的膨脹或收縮，被稱為熱應(yīng)力。單直管密度計實現(xiàn)它們的準確度部分上是通過在工作流管的任一端處都包含波紋管，其中波紋管允許流量計組件的熱膨脹和收縮。這些波紋管因此將流動管與熱應(yīng)力隔離，不然該熱應(yīng)力將改變流動管的頻率并因此損害該密度計的準確度。波紋管具有若干缺點。第一，它們限制了密度計的流體壓力等級。第二，它們損害了密度計被評級為衛(wèi)生的能力，因為這些波紋管在流動停止后將捕獲且保持流動材料。第三，波紋管要求更加昂貴且復雜的構(gòu)造并因此具有更高的成本。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中，彎曲管振動流量計包括:
流動管溫度傳感器Tt，其被附接到彎曲管振動流量計的一個或多個彎曲流動管，其中流動管溫度傳感器Tt產(chǎn)生流動管溫度信號；
多個殼體溫度傳感器T。，其附接到彎曲管振動流量計的殼體的一個或多個殼體位置并且產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在該一個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該一個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的組合殼體電阻；以及
流量計電子器件，其構(gòu)造成接收流動管溫度信號，接收殼體溫度信號，并使用流動管溫度信號和殼體溫度信號來補償彎曲管振動流量計的熱應(yīng)力。優(yōu)選地,彎曲管振動流量計包括單彎曲管振動流量計。優(yōu)選地,彎曲管振動流量計包括雙彎曲管振動流量計。優(yōu)選地，至少一個殼體溫度傳感器T。包括產(chǎn)生代表性殼體溫度信號的多個殼體溫度傳感器Tc。優(yōu)選地,一個或多個殼體位置包括兩個或多個殼體位置，其中多個殼體溫度傳感器T。形成與兩個或多個殼體位置中的每個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻比。優(yōu)選地，流量計電子器件被進一步構(gòu)造成補償彎曲管振動流量計的隨著溫度的變化的彎曲管彎曲應(yīng)力的變化，其中所述補償使用了流動管溫度傳感器信號和殼體溫度信號。優(yōu)選地，彎曲管振動流量計包括歧管并且第一殼體溫度傳感器T。被定位在基本上位于歧管處的殼體上。優(yōu)選地,第二殼體溫度傳感器T。被定位在基本上位于管端部之間的殼體上。在本發(fā)明的一個方面中，彎曲管振動流量計包括:
流動管溫度傳感器Tt，其被附接到彎曲管振動流量計的一個或多個彎曲流動管，其中流動管溫度傳感器Tt產(chǎn)生流動管溫度信號；多個殼體溫度傳感器T。，其附接到彎曲管振動流量計的殼體的兩個或多個殼體位置并且產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在該兩個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該兩個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻；
流量計電子器件，其構(gòu)造成接收流動管溫度信號，接收殼體溫度信號，并使用流動管溫度信號和殼體溫度信號來補償彎曲管振動流量計的熱應(yīng)力。優(yōu)選地,彎曲管振動流量計包括單彎曲管振動流量計。優(yōu)選地,彎曲管振動流量計包括雙彎曲管振動流量計。優(yōu)選地,多個殼體溫度傳感器T。產(chǎn)生代表性的殼體溫度信號。優(yōu)選地，流量計電子器件被進一步構(gòu)造成補償彎曲管振動流量計的隨著溫度的變化的彎曲管彎曲應(yīng)力的變化，其中所述補償使用了流動管溫度信號和殼體溫度信號。優(yōu)選地，彎曲管振動流量計包括歧管并且第一殼體溫度傳感器T。被定位在基本上位于歧管處的殼體上。優(yōu)選地，第二殼體溫度傳感器T。被定位在基本上位于管端部之間的殼體上。在本發(fā)明的一個方面中，彎曲管振動流量計中的熱應(yīng)力補償方法，包括:
測量彎曲管振動流量計的彎曲流動管的流動管溫度并產(chǎn)生流動管溫度信號；
使用附接到彎曲管振動流量計的殼體的一個或多個殼體位置的多個殼體溫度傳感器
測量殼體溫度并且產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在該一個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該一個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的組合殼體電阻；以及使用流動管溫度信號和殼體溫度信號補償彎曲管振動流量計的熱應(yīng)力。優(yōu)選地,彎曲管振動流量計包括單彎曲管振動流量計。優(yōu)選地,彎曲管振動流量計包括雙彎曲管振動流量計。優(yōu)選地,多個殼體溫度傳感器產(chǎn)生代表性的殼體溫度信號。優(yōu)選地,一個或多個殼體位置包括兩個或多個殼體位置,其中兩個或多個殼體溫度傳感器形成與兩個或多個殼體位置中的每個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻比。優(yōu)選地，還包括補償彎曲管振動流量計的隨著溫度的變化的彎曲應(yīng)力的變化，其中所述補償使用了流動管溫度信號和殼體溫度信號。


圖1示出了包括流量計組件和流量計電子器件的Coriolis流量計。圖2是熱應(yīng)力引起的管周期平方(Γ2)的誤差相對于管溫度和組合的殼體溫度之間的溫度差的曲線圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的彎曲管振動流量計的剖開立體圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的彎曲管振動流量計的殼體溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。圖5說明了包括傳感器組件和平衡結(jié)構(gòu)的單彎曲管振動流量計的示例。
具體實施例方式圖1-5和下面的描述描繪了具體的示例，以教導本領(lǐng)域技術(shù)人員如何制造和使用本發(fā)明的最佳模式。為了教導本發(fā)明原理的目的，一些傳統(tǒng)的方面被簡化或省略。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到落入本發(fā)明范圍內(nèi)的對這些示例的變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到下面描述的特征可以各種方式被組合以形成本發(fā)明的多個變型。所以，本發(fā)明不限于下面描述的具體示例，而是僅由權(quán)利要求及其等同方式限定。圖1示出了包括流量計組件10和流量計電子器件20的Coriolis流量計5。流量計組件10對過程材料的質(zhì)量流率和密度作出響應(yīng)。流量計電子器件20被通過引線100連接到流量計組件10以提供路徑26上的密度、質(zhì)量流率和溫度信息，以及與本發(fā)明不密切相關(guān)的其它信息。描述了 Coriolis流量計結(jié)構(gòu)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員明了，本發(fā)明可被實施為不具有由Coriolis質(zhì)量流量計提供的額外測量能力的振動管密度計。流量計組件10包括一對歧管150和150’、具有凸緣頸110和110’的凸緣103和103’、一對平行的流動管130和130’、驅(qū)動機構(gòu)180、溫度傳感器190、和一對速度傳感器170L和170R。流動管130和130’具有兩個基本上筆直的入口支管131和131’和出口支管134和134’，所述入口支管和出口支管在流動管安裝塊120和120’處朝向彼此會聚。流動管130和130’沿著它們的長度在兩個對稱的位置彎曲并且在它們的整個長度上基本上彼此平行。撐條140和140’用于定義每個流動管繞著振蕩的軸線W和W’。流動管130和130’的側(cè)部支管131、131’和134、134’被固定地附接到歧管150和150’。這提供了通過Coriolis流量計組件10的連續(xù)的閉合材料路徑。當具有孔102和102’的凸緣103和103’被連接時，通過通向運輸正被測量的過程材料的過程線(未示出)的入口端104和出口端104’，材料通過凸緣103中的孔101進入流量計的端104并被引導通過具有表面121的歧管150。在歧管150內(nèi)，材料被劃分并且被引導通過流動管130和130’。在離開流動管130和130’時，過程材料在歧管150’內(nèi)被重新組合為單流并且此后被引導以離開由具有螺栓孔102’的凸緣103’連接到過程線(未示出)的端104，。選擇流動管130和130’并將其合適地安裝到流動管安裝塊120和120’以使得具有基本上相同的分別圍繞彎曲軸線W-W和W’ -W’的質(zhì)量分布、慣性矩和楊氏模量。這些彎曲軸線延伸穿過撐條140和140’。由于流動管的楊氏模量隨著溫度變化，并且這種變化影響流量和密度的計算，所以電阻溫度檢測器(RTD) 190被安裝到流動管130’，以連續(xù)地測量流動管的溫度。流動管的溫度并且因此對于流過RTD的給定電流的跨過RTD的電壓由穿過流動管的材料的溫度控制。隨溫度而變的跨過RTD的電壓以已知的方法被流量計電子器件20使用來補償流動管130和130’的由流動管溫度的任何變化引起的彈性模量的變化。RTD被通過引線195連接到流量計電子器件20。流動管130和130’兩者由驅(qū)動器180繞它們各自的彎曲軸線W和W’沿相反方向并以被稱作流量計的第一異相彎曲模式的模式驅(qū)動。該驅(qū)動機構(gòu)180可包括許多熟知的布置中的任何一種，例如安裝到流動管130’的磁體和安裝到流動管130的相對線圈，并且使交流電流通過該線圈以振動這兩個流動管。由流量計電子器件20通過引線185將合適的驅(qū)動信號應(yīng)用到驅(qū)動機構(gòu)180。流量計電子器件20分別接收在引線195上的RTD溫度信號，以及出現(xiàn)在引線165L和165R上的左和右速度信號。流量計電子器件20產(chǎn)生出現(xiàn)在引線185上的驅(qū)動信號以驅(qū)動元件180并振動管130和130’。流量計電子器件20處理左和右速度信號和RTD信號以計算通過流量計組件10的材料的質(zhì)量流率和密度。這個信息，以及其它的信息，由流量計電子器件20被應(yīng)用在通信路徑26上。通信路徑26提供輸入和輸出裝置，這些裝置允許流量計電子器件20與操作者或其它的電子系統(tǒng)交互。圖1的描述僅作為Coriolis流量計的操作的示例被提供且并非意在限制本發(fā)明的教導。在一個實施例中，流動管103A和103B包括基本上delta形狀的流動管，如圖所示。替換地，在其它實施例中，流動管可包括基本上U形的彎曲流動管。其它的彎曲的流量計形狀和/或構(gòu)造可被使用并且落在說明書和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。彎曲管流量計不以直管流量計那樣的方式受熱應(yīng)力的影響。彎曲流動管，由于它們的形狀，可獨立于它們的端部地膨脹和收縮。直管經(jīng)歷了對它們的頻率有較大影響的高軸向應(yīng)力，而彎曲管經(jīng)歷對它們的頻率僅有較小影響的彎曲應(yīng)力。因此，當前的彎曲管流量計僅使用管溫度來補償流動管的楊氏模量漂移，并且不補償熱應(yīng)力。不過，一些熱應(yīng)力可保留。為了產(chǎn)生具有非常高準確度的密度測量，需要在彎曲管振動流量計中的熱應(yīng)力補償。圖2是熱應(yīng)力引起的管周期平方(Γ2)的誤差相對于管溫度和組合的殼體溫度之間的溫度差的曲線圖。測量的振動頻率(f)是管周期(Γ )的倒數(shù)并且因此管周期的平方(Γ2)正比于密度，其中密度是/>sC(r')。殼體溫度測量的位置是關(guān)鍵的，因為它們必須準確地預測管中的、以及不同的熱條件下的熱應(yīng)力。圖2示出了在在合適的位置取得溫度測量時，在溫度差(在管溫度和組合殼體溫度之間的)和管周期/密度測量之間有線性關(guān)系。在三個位置中的殼體溫度測量被用于產(chǎn)生該曲線圖中的數(shù)據(jù)。用于產(chǎn)生該曲線圖中的數(shù)據(jù)的流量計溫度情形包括熱沖擊以及各種穩(wěn)態(tài)情況。
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如果在溫度差和管周期平方(由于熱應(yīng)力)之間有線性關(guān)系，那么通過熱標定來確定比例常數(shù)(K)是簡單的事情。此后，能夠補償該流量計的熱應(yīng)力誤差。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的彎曲管振動流量計5的剖開立體圖。彎曲管振動流量計5包括一個或多個彎曲流動管131和131’、凸緣101和101’、以及殼體300。殼體300可圍封一個或多個彎曲流動管131和131’中的全部或一部分。在一些實施例中，殼體300可被可移除地或永久地附接到凸緣101和101’。流動管溫度傳感器Ττ190被附接到(或與其熱連通)一個或多個彎曲流動管131和131’并且被聯(lián)接到流量計電子器件20。流動管溫度傳感器Ττ190產(chǎn)生對應(yīng)的流動管溫度信號。在一些實施例中可采用多個流動管溫度傳感器。不過，應(yīng)該理解的是，這些管幾乎馬上獲得流體的溫度，所以在流動管上的多個傳感器不是必需的。流動管溫度傳感器的數(shù)量和位置可根據(jù)預期條件和預期流動材料來選擇。一個或多個流動管131和131’的溫度將密切地跟蹤流動材料的溫度。結(jié)果，單個流動管溫度傳感器Ττ190可能就足以表征一個或多個流動管131、131’的溫度。不過，由于殼體300和一個或多個彎曲流動管131和131’之間的距離，以及殼體300的圍封功能，殼體300的熱響應(yīng)將不同于一個或多個彎曲流動管131和131’的熱響應(yīng)。多個殼體溫度傳感器Te303被附接到(或與其熱連通)殼體300并被聯(lián)接到流量計電子器件20，例如殼體溫度傳感器Te303A和殼體溫度傳感器Te303B，如所示。多個殼體溫度傳感器Te303產(chǎn)生殼體溫度信號給流量計電子器件20。各個殼體溫度傳感器Te303的數(shù)量和位置可根據(jù)預期條件和預期的流動材料來選擇。各個殼體溫度傳感器TJ03的數(shù)量和位置可根據(jù)該位置對管內(nèi)的熱應(yīng)力的重要性來選擇。例如，凸緣的溫度對一個或多個流動管的熱應(yīng)力沒有影響，并且因此可不需要將溫度傳感器放置在凸緣上。不過，歧管可能具有的對管內(nèi)熱應(yīng)力的影響是殼體溫度的影響的兩倍，因此兩個溫度傳感器可被附接到歧管并且可僅需要單個殼體溫度傳感器被放置在遠離歧管的殼體上。這些三個傳感器可被串聯(lián)連接以產(chǎn)生組合的殼體溫度信號。組合的殼體溫度可包括在流量計5的殼體、歧管、平衡條或其它非流動管部件上的殼體溫度傳感器。代表性的殼體溫度可使用電路技術(shù)例如串聯(lián)連接或并聯(lián)連接形成，使得產(chǎn)生了單個組合的溫度測量信號。替換地，至少一個殼體溫度傳感器Te303可包括產(chǎn)生代表性殼體溫度的多個殼體溫度傳感器Te303。多個殼體溫度傳感器Te303可被附接到一個或多個殼體位置,其中在一個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該一個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的組合殼體電阻。替換地，一個或多個殼體位置包括兩個或多個殼體位置，其中多個殼體溫度傳感器TJ03形成與該兩個或多個殼體位置中的每個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻比。在操作中，熱將主要通過流動管的端部處的歧管被傳輸?shù)綒んw300中。在殼體300的中心處的溫度變化將滯后于在流量計5的端部處的溫度變化。優(yōu)選地，殼體300將由具有良好傳熱特性的材料形成，使得熱將相對快速地通過殼體300散開。殼體300的溫度將具有和一個或多個彎曲流動管131和131’的溫度相比不同的對流量計測量的影響。改變一個或多個流動管131、131’的溫度(不改變殼體300的溫度)將改變管振動頻率。振動頻率的改變源于彈性模量的改變和熱應(yīng)力的改變。單個流動管溫度傳感器主要被用于補償由溫度引起的模量變化。由于一個或多個流動管131和131’的彎曲形狀，一個或多個流動管131和131’可彎曲并吸收大部分的相對殼體膨脹或收縮，同時幾乎不產(chǎn)生管應(yīng)力或頻率變化。這就是為什么彎曲管過去不要求熱應(yīng)力補償。僅有殼體300中的溫度變化將通過改變在一個或多個流動管131和131’上的熱應(yīng)力來改變振動頻率。頻率變化將相對較小，但是即使是小變化也將不利地影響密度測量。在彎曲管流量計中的熱應(yīng)力補償將提供更加準確的密度測量。溫度測量也可被用于補償彎曲管振動流量計5的隨著溫度變化的彎曲管彎曲應(yīng)力的變化。補償操作可使用流動管溫度信號和殼體溫度信號。應(yīng)該理解的是，溫度影響將具有對彎曲管流量計的不同影響。多個殼體溫度傳感器Te303A和303B可提供對殼體300的熱反應(yīng)的更好描繪。例如，在附圖中的殼體300包括基本上位于入流流量計凸緣101、101’處的第一殼體溫度傳感器Te303A，而第二殼體溫度傳感器Te303B可被定位成基本位于殼體300的中心，在流量計5的端部之間的位置處。如果需要，多個殼體溫度傳感器可被包含在流量計端部之間。在示出的實施例中，彎曲管振動流量計5包括歧管150和150’。在本實施例中，第一殼體溫度傳感器Te303A被基本定位在歧管150和150’之一處，接近流動管131和131’。因此，第一殼體溫度傳感器Tc303由此被定位成對熱沖擊快速響應(yīng)，熱沖擊例如由入流流動材料中的溫度顯著變化弓I起。在圖示的實施例中，第二殼體溫度傳感器TC303B被定位在殼體300上，基本上在端部之間的中點。因此，第二殼體溫度傳感器Te303B被定位成確定殼體300中的基本上穩(wěn)態(tài)的溫度條件。殼體溫度傳感器Tc303的定位可以針對特定的流量計模型而不同。殼體溫度傳感器TJ03的最優(yōu)定位將通過計算機模擬和/或憑經(jīng)驗收集的數(shù)據(jù)找到。如果殼體的溫度網(wǎng)絡(luò)被合適地設(shè)計，其中殼體可包括歧管、凸緣、狹義殼體、平衡條、和流量計的任何其它的非管部分，那么由殼體溫度網(wǎng)絡(luò)中的RTD的組合代表的單個殼體溫度，以及管溫度，將具有基本已知的與流量計的諧振頻率的數(shù)學關(guān)系。因此，最優(yōu)設(shè)計的電阻溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的電阻將具有已知的和熱影響的數(shù)學關(guān)系。在管溫度和由殼體溫度傳感器Tc303測量的殼體溫度之間的差可被用于補償流量計，這使用本文中討論的已知的數(shù)學關(guān)系。如果標準的電阻溫度檢測器(RTD)被用作溫度傳感器，那么溫度傳感器的數(shù)量可被選擇為形成一系列 連接的溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中殼體溫度傳感器的數(shù)量同時被選擇從而實現(xiàn)殼體電阻相對于殼體位置的熱重要性比。作為示例，在當使用溫度測量實現(xiàn)流量計溫度補償時殼體底部溫度的重要性是殼體頂部溫度的兩倍的情況下，那么兩倍的溫度傳感器元件可被附接到殼體底部。因此，在殼體底部的溫度變化對傳感器電阻的效果將是殼體頂部的溫度變化的兩倍。串聯(lián)的三個溫度傳感器的電阻變化此時被除以三以給出殼體300的加權(quán)平均溫度。多個溫度傳感器也可被并聯(lián)地設(shè)置，或者以其它的電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造設(shè)置，以匹配流量計5的各區(qū)域的熱重要性。補償方程可包括:
comp = Kl * T管 + K2 * (T管一T殼體)(I)
其中comp是補償。第一補償項(K1*TS)是用于一個或多個流動管的模量補償。第二補償項(K2* (Ts-T5^))是用于熱應(yīng)力補償。通常，如果管131和131’和殼體300是相同材料的(它們通常用于彎曲管)，那么熱應(yīng)力通常只在殼體平均溫度和管溫度之間存在溫度差時發(fā)生。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的彎曲管振動流量計5的殼體溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。在該實施例中，彎曲管振動流量計5包括流動管溫度傳感器Ττ190、第一殼體溫度傳感器Te303A和第二殼體溫度傳感器Te303B。不過，第二殼體溫度傳感器Te303B在本實施例中不包括標準的RTD電阻值并且代替地該附圖示出了形成殼體300的期望熱重要性比的定制溫度傳感器。溫度重要性比可通過采用具有預定電阻值的溫度傳感器實現(xiàn)。在示出的示例中，第一殼體溫度傳感器TC303A被選擇為具有等于一個標準的RTD的電阻，而第二殼體溫度傳感器TC303B被選擇為具有等于四個標準的RTD的電阻?？梢赃x擇其它的電阻值并且可以構(gòu)造其它的電阻比。將這兩個殼體溫度傳感器串聯(lián)連接將產(chǎn)生一個網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中總殼體電阻是一個標準的RTD電阻值的五倍。殼體溫度傳感器形成電阻(或熱重要性)比，其中第一殼體溫度傳感器TC303A僅是殼體溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的總電阻的五分之一。因此，在第一殼體溫度傳感器Te303A處的溫度變化將具有對整體殼體溫度測量的非常小的影響。在一些實施例中，第一殼體溫度傳感器Te303A可被定位在或接近殼體300的頂部并且第二殼體溫度傳感器Te303B可被定位在或接近底部。因此，對于給定的殼體溫度變化，對于給定溫度變化的殼體底部電阻變化將是殼體頂部電阻變化的約四倍。這將代表一種情況，其中殼體底部的溫度對組合溫度的影響是殼體頂部的溫度的四倍。
這種構(gòu)造說明了直管流量計和彎曲管流量計之間的熱補償?shù)牟顒e之一。在直管流量計中，殼體是大致圓柱形的并且因此這個圓柱形殼體的一側(cè)(或區(qū)域)不比另一側(cè)具有更多的熱重要性。在彎曲管流量計中，相比之下，缺少關(guān)于管軸線的完全對稱可使得多個溫度傳感器成為必要，這是因為例如殼體的頂部可具有與殼體的底部不同的溫度。而且，缺少對稱可使得殼體的一部分比殼體的另一部分對流動管施加更多的熱應(yīng)力。圖5示出了單彎曲管振動流量計5的示例，該流量計包括傳感器組件206和平衡結(jié)構(gòu)208。流量計電子器件20通過引線165L、165R、185和195被連接到傳感器組件206。傳感器組件206包括單個彎曲流動管131，其定義了用于接收流動物質(zhì)的流動路徑。當傳感器組件206被插入到輸運所述流動物質(zhì)的管線系統(tǒng)或組件時，該物質(zhì)通過入口凸緣進入傳感器組件206并且流動通過彎曲流動管131，其中該流動物質(zhì)的特征被測量。傳感器組件206包括驅(qū)動器180。驅(qū)動器180包括連接到平衡結(jié)構(gòu)208的被驅(qū)動構(gòu)件250的第一部分和連接到彎曲流動管131的第二部分。例如，第一和第二部分可對應(yīng)于驅(qū)動線圈和驅(qū)動磁體。在當前的實施例中，驅(qū)動器180優(yōu)選地圍繞彎曲軸線X反相位地驅(qū)動被驅(qū)動構(gòu)件250和彎曲流動管131，彎曲軸線X部分地由連接器270、271定義。根據(jù)本發(fā)明的實施例，彎曲軸線X對應(yīng)于入口 -出口管軸線。被驅(qū)動構(gòu)件250從基部260彎曲并因此不具有靜止的彎曲軸線。驅(qū)動器180可包括許多熟知的布置之一，例如包括但不限于壓電元件或電磁線圈/磁體布置。傳感器組件206包括至少一個敏感元件并且在本實施例中被示出為設(shè)置有一對敏感元件170LU70R。根據(jù)本實施例的一個方面，敏感元件170LU70R測量彎曲流動管131的運動。在本實施例中，敏感元件170LU70R包括定位在相應(yīng)的敏感元件臂280、281上的第一部分和定位在彎曲流動管131上的第二部分。敏感元件可包括許多熟知布置中的其中一個，包括例如但不限于壓電元件、電容元件、或者電磁線圈/磁體布置。因此，和驅(qū)動器180一樣，敏感元件的第一部分可包括敏感元件線圈而敏感元件的第二部分可包括敏感元件磁體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到彎曲流動管131的運動與流動物質(zhì)的某些特征相關(guān)，例如，通過彎曲流動管131的流動物質(zhì)的質(zhì)量流率或者密度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到一個或多個流量計電子器件20從敏感元件170LU70R接收敏感元件信號，并且提供驅(qū)動信號給驅(qū)動器180。一個或多個電子器件20能夠測量流體物質(zhì)的特征，例如，密度、質(zhì)量流率、體積流率、總質(zhì)量流量、溫度、和其它信息。一個或多個電子器件20還可接收來自例如一個或多個溫度傳感器190和一個或多個壓力傳感器(未示出)的一個或多個其它信號，并使用這些信息來測量流動物質(zhì)的特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到傳感器的數(shù)量和類型將取決于特定的被測量的特征。根據(jù)本實施例的一個方面，平衡結(jié)構(gòu)208被構(gòu)造成至少部分地平衡彎曲流動管131的振動。根據(jù)本實施例的一個方面，平衡結(jié)構(gòu)208被構(gòu)造成至少部分地平衡彎曲流動管131的動量。平衡結(jié)構(gòu)208包括連接到被驅(qū)動構(gòu)件250的基部260。如所示，被驅(qū)動構(gòu)件250優(yōu)選地是從基部260基本上正交地延伸的懸臂?；?60在本實施例中與被驅(qū)動構(gòu)件250相比優(yōu)選是相對大質(zhì)量的且不移動的。例如，但不限于，基部260可設(shè)置有的質(zhì)量比被驅(qū)動構(gòu)件250的質(zhì)量大至少5倍。例如但不限于，基部260可設(shè)置有的質(zhì)量比彎曲流動管131的質(zhì)量大至少5倍。在一些實施例中，這些數(shù)字可更大，例如分別比被驅(qū)動構(gòu)件250和彎曲流動管131大14倍和8倍。平衡結(jié)構(gòu)208在本實施例中被聯(lián)接到彎曲流動管131。如所示，基部260包括一對連接器270、271，這可以是示出的板的形式或者可被設(shè)置為任何其它的形狀。根據(jù)本實施例的一個方面，彎曲流動管131、被驅(qū)動構(gòu)件250、和基部260被構(gòu)造成提供平衡的系統(tǒng)。應(yīng)當意識到的是該系統(tǒng)可以不是絕對平衡的。在本實施例中，彎曲流動管131和被驅(qū)動構(gòu)件250作為兩個單獨的振動系統(tǒng)，它們可被繞著軸線X反相位地以相等的諧振頻率驅(qū)動。傳感器組件206也可包括殼體300和殼體連接部290、291。殼體連接部290、291可包括支撐連接器270、271之間的導管的僅有的結(jié)構(gòu)。流量計5在本實施例中可包括多個殼體溫度傳感器TJ03例如定位在從端部(或者殼體連接部)向內(nèi)約百分之二十五處的第一殼體溫度傳感器Τα、定位在被驅(qū)動構(gòu)件250的基部處的第二殼體溫度傳感器Te2、和定位在被驅(qū)動構(gòu)件250上方約一半處的第三殼體溫度傳感器Τα。替換地，具有兩倍正常電阻的第二溫度傳感器Te2’可替換第二殼體溫度傳感器Te2和第三殼體溫度傳感器Te3。第二溫度傳感器T。/例如可被定位在被驅(qū)動構(gòu)件250上方約百分之二十五處。應(yīng)該理解的是，上面給出的殼體溫度傳感器和位置僅僅是示例并且沒有限定性。傳感器值和傳感器位置可根據(jù)需要改變并且仍在本說明書和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然已經(jīng)在電阻溫度傳感器方面描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到任何類型的電阻傳感器可用來替換溫度傳感器。例如，可使用以可變電阻的形式指示應(yīng)變的應(yīng)變計代替本文描述的溫差傳感器中的一個或多個?？墒褂猛ㄟ^改變其電阻來指示狀況的任何傳感器來實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的精髓同等地適用于任何這種構(gòu)造。如果期望，可根據(jù)這些實施例中的任一個采用根據(jù)本發(fā)明的彎曲管振動流量計以提供若干優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的流量計提供了熱應(yīng)力補償?shù)膹澢芰髁坑?。對上面實施例的具體描述不是對落入本發(fā)明范圍內(nèi)的本發(fā)明人所想到的全部實施例的詳盡描述。事實上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，上述實施例的某些元件可以不同方式被組合或省略以建立其它的實施例，并且這些其它的實施例也落入本發(fā)明的范圍和教導。本領(lǐng)域技術(shù)人員還明了的是，上述實施例可被整體地或部分地組合以建立本發(fā)明范圍和教導內(nèi)的額外的實施例。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該根據(jù)下面的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種彎曲管振動流量計(5)，包括: 流動管溫度傳感器Tt (190)，其被附接到彎曲管振動流量計(5)的一個或多個彎曲流動管(131、131’)，其中流動管溫度傳感器1\ (190)產(chǎn)生流動管溫度信號； 多個殼體溫度傳感器T。(303)，其附接到彎曲管振動流量計(5)的殼體(300)的一個或多個殼體位置并且產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在該一個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該一個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的組合殼體電阻；以及 流量計電子器件(20)，其構(gòu)造成接收流動管溫度信號，接收殼體溫度信號，并使用流動管溫度信號和殼體溫度信號來補償彎曲管振動流量計(5)的熱應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，還包括單彎曲管振動流量計(5)。
3.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，還包括雙彎曲管振動流量計(5)。
4.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，其中所述多個殼體溫度傳感器TJ303)產(chǎn)生代表性的殼體溫度信號。
5.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，一個或多個殼體位置包括兩個或多個殼體位置，其中多個殼體溫度傳感器T。(303)形成與該兩個或多個殼體位置中的每個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻比。
6.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，其中流量計電子器件(20)被進一步構(gòu)造成補償彎曲管振動流量計(5)的隨溫度變化的彎曲管彎曲應(yīng)力的變化，所述補償使用流動管溫度信號和殼體溫度信號。
7.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，其中彎曲管振動流量計(5)包括歧管(150或150’)并且第一殼體溫度傳感器T。(303)被定位在基本上位于歧管(150或150’)的殼體(300)上。
8.如權(quán)利要求1所述的彎曲管振動流量計(5)，其中第二殼體溫度傳感器T。(303B)被基本上定位在管端部之間的殼體(300)上。
9.一種彎曲管振動流量計(5)，包括: 流動管溫度傳感器Tt (190)，其被附接到彎曲管振動流量計(5)的一個或多個彎曲流動管(131、131’)，其中流動管溫度傳感器1\ (190)產(chǎn)生流動管溫度信號； 多個殼體溫度傳感器T。(303)，其附接到彎曲管振動流量計(5)的殼體(300)的兩個或多個殼體位置并且產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在該兩個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該兩個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻； 流量計電子器件(20)，其構(gòu)造成接收流動管溫度信號，接收殼體溫度信號，并使用流動管溫度信號和殼體溫度信號來補償彎曲管振動流量計(5)的熱應(yīng)力。
10.如權(quán)利要求9所述的彎曲管振動流量計(5)，還包括單彎曲管振動流量計(5)。
11.如權(quán)利要求9所述的彎曲管振動流量計(5)，還包括雙彎曲管振動流量計(5)。
12.如權(quán)利要求9所述的彎曲管振動流量計(5)，其中所述多個殼體溫度傳感器T。(303)產(chǎn)生代表性的殼體溫度信號。
13.如權(quán)利要求9所述的彎曲管振動流量計(5)，其中流量計電子器件(20)被進一步構(gòu)造成補償彎曲管振動流量計(5)的隨溫度變化的彎曲管彎曲應(yīng)力的變化，所述補償使用流動管溫度信號和殼體溫度信號。
14.如權(quán)利要求9所述的彎曲管振動流量計(5)，其中彎曲管振動流量計(5)包括歧管(150或150’)并且第一殼體溫度傳感器T。(303)被定位在基本上位于歧管(150或150’)的殼體(300)上。
15.如權(quán)利要求9所述的彎曲管振動流量計(5)，其中第二殼體溫度傳感器T。(303B)被基本上定位在管端部之間的殼體(300)上。
16.—種彎曲管振動流量計中的熱應(yīng)力補償方法，所述方法包括: 測量彎曲管振動流量計的彎曲流動管的流動管溫度并產(chǎn)生流動管溫度信號； 使用附接到彎曲管振動流量計的殼體的一個或多個殼體位置的多個殼體溫度傳感器測量殼體溫度并且產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在該一個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該一個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的組合殼體電阻；以及 使用流動管溫度信號和殼體溫度信號補償彎曲管振動流量計的熱應(yīng)力。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，彎曲管振動流量計包括單彎曲管振動流量計。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，彎曲管振動流量計包括雙彎曲管振動流量計。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個殼體溫度傳感器產(chǎn)生代表性的殼體溫度信號。
20.如權(quán)利要求16所述的方法,一個或多個殼體位置包括兩個或多個殼體位置,其中兩個或多個殼體溫度傳感器形成與該兩個或多個殼體位置中的每個殼體位置的熱重要性相關(guān)的預定殼體電阻比。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括補償彎曲管振動流量計的隨溫度變化的彎曲應(yīng)力的變化，其中所述補償 使用了流動管溫度信號和殼體溫度信號。
全文摘要
彎曲管振動流量計(5)包括流動管溫度傳感器TT(190)和附接到彎曲管振動流量計(5)的殼體(300)的一個或多個殼體位置的多個殼體溫度傳感器TC(303)。多個殼體溫度傳感器TC(303)產(chǎn)生殼體溫度信號，其中在一個或多個殼體位置處的多個殼體溫度傳感器電阻形成與該一個或多個殼體位置的熱重要性相關(guān)的組合殼體電阻。流量計電子器件(20)，其接收流動管溫度信號，接收殼體溫度信號，并使用流動管溫度信號和殼體溫度信號來補償彎曲管振動流量計(5)的熱應(yīng)力。
文檔編號G01F15/02GK103109164SQ201080069040
公開日2013年5月15日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者C.B.范克利夫 申請人:微動公司