專利名稱：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、振動(dòng)管密度計(jì)及其中使用的振動(dòng)片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、振動(dòng)管密度計(jì)及其中使用的振動(dòng)片。
背景技術(shù)：
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種運(yùn)用科里奧利效應(yīng)制作的用于測(cè)量液體質(zhì)量流量和其他信息(包括但不限于密度、溫度等)的儀表。這種流量計(jì)通常包括一根或多根直的或彎曲的流管，被測(cè)液體從流管的一端流入，從流管的另一端流出。以圖1所示的較常見的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)100為例，其結(jié)構(gòu)通常如下兩根流管111，112彼此平行且彎曲成U型；流管111，112的入口端都固定到入口集流塊121上，流管111，112的出口端都固定到出口集流塊122上，入口集流塊121與入口法蘭131連接，出口集流塊122與出口法蘭 132連接，且兩個(gè)集流塊121和122的相對(duì)側(cè)通常還有一個(gè)橫管123進(jìn)行支撐連接；待測(cè)管道液體通過(guò)入口法蘭131進(jìn)入入口集流塊121 ；入口集流塊121將液體束分為大致相等的兩束液體，分別進(jìn)入兩根流管111，121 ；分束后的液體流經(jīng)流管111和112進(jìn)入出口集流塊 122 ；出口集流塊122將兩束液體匯集為一束，經(jīng)由出口法蘭132流入管道；在兩根流管111 和112的中部設(shè)置有振動(dòng)激勵(lì)器141，在振動(dòng)激勵(lì)器141兩側(cè)一定距離處分別設(shè)置有振動(dòng)傳感器142。入口法蘭131與出口法蘭132之間的這一部分是科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的核心傳感部分，而兩個(gè)振動(dòng)傳感器142之間的流管部分就是通常所稱的測(cè)量段；振動(dòng)傳感器142 通過(guò)電纜和信號(hào)處理及顯示裝置(圖中未示出)相連，這個(gè)整體就組成了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。其他型式例如單管型和多管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的總體結(jié)構(gòu)也是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，本文不再一一贅述。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)用于測(cè)量液體的質(zhì)量和密度等信息已經(jīng)是公開的技術(shù)，例如1985年1月1日公布的美國(guó)專利No. 4491025中對(duì)此作了較詳細(xì)的描述。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的流管工作時(shí)以一種固有模式振動(dòng)，相應(yīng)的會(huì)有一個(gè)諧振頻率。這個(gè)諧振頻率與流管以及流管中的液體有直接關(guān)系。當(dāng)被激勵(lì)時(shí)，流管會(huì)以一個(gè)基本固定的頻率振動(dòng)。流管中沒有液體或其中的液體不流動(dòng)時(shí)，流管上各個(gè)點(diǎn)的相位是相同的(這里提到的相位是指流管振動(dòng)時(shí)，大致是一個(gè)正弦信號(hào)的路徑，用公式表示就是 α)=Α η(οη+Φ)，其中的Φ就是相位)。當(dāng)流管中的液體流動(dòng)時(shí)，由于科里奧利效應(yīng)的存在，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)科里奧利加速度作用在流管上，這就使得流管上的各點(diǎn)會(huì)有不同的相位， 入口側(cè)的相位滯后于振動(dòng)激勵(lì)器，出口側(cè)的相位超前于振動(dòng)激勵(lì)器。相對(duì)于振動(dòng)激勵(lì)器分別處于入口側(cè)和出口側(cè)的振動(dòng)傳感器測(cè)量流管的運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)傳感器測(cè)量出來(lái)的相位差與流經(jīng)測(cè)量段的液體的質(zhì)量流量之間有特定的關(guān)系。通過(guò)得到振動(dòng)傳感器信號(hào)相位差的大小就可測(cè)得液體的質(zhì)量流量。振動(dòng)管密度計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)基本相同，一般也主要由一個(gè)或多個(gè)直的或彎曲的流管固定到入口集流塊和出口集流塊之間構(gòu)成。它們之間的不同之處在于振動(dòng)管密度計(jì)測(cè)量密度是通過(guò)測(cè)量液體密度與流管通過(guò)液體時(shí)固有頻率之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)的，而質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量液體質(zhì)量流量是通過(guò)測(cè)量流管上不同位置的相位差實(shí)現(xiàn)的。工作時(shí)，振動(dòng)管密度計(jì)的流管將按一種固有的模式振動(dòng)，相應(yīng)的會(huì)有一個(gè)諧振頻率。當(dāng)流管中的液體密度發(fā)生變化時(shí)，流管的諧振頻率發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量流管的諧振頻率，便可得到流管中的液體密度。
一般地，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)在距離流管入口和出口特定距離的位置固定有振動(dòng)片(亦稱阻尼板或支撐條)，例如圖1中所示的振動(dòng)片150。傳統(tǒng)的振動(dòng)片通常為具有通孔的薄的平片。例如在圖1所示的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)100中，現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)片150上通常具有兩個(gè)全圓周通孔，兩根流管111和112分別從兩個(gè)通孔中穿過(guò)，并通過(guò)熔化焊接或釬焊方式沿整個(gè)圓周與振動(dòng)片150焊接固定?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)100在受到激勵(lì)時(shí)，期望出現(xiàn)的振動(dòng)模式是兩根流管111和112同時(shí)朝彼此靠近或彼此背離的方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)兩根流管運(yùn)動(dòng)的相位是相反的，這種運(yùn)動(dòng)稱為“異相”振動(dòng)，如圖2中的箭頭A和A’所示。兩根流管也會(huì)出現(xiàn)同時(shí)往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為“同相” 振動(dòng)，如圖3中的箭頭B和B’所示。當(dāng)流管受到外界振動(dòng)干擾時(shí)，同相振動(dòng)會(huì)與異相振動(dòng)疊加，影響流量測(cè)量精度。同相振動(dòng)之所以會(huì)與異相振動(dòng)疊加，很重要的一個(gè)原因在于同相振動(dòng)和異相振動(dòng)有相同的回轉(zhuǎn)軸線。沒有振動(dòng)片時(shí)，流管直接固定到集流塊上，同相振動(dòng)和異相振動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸線都在流管和集流塊交匯處附近。此時(shí)同相振動(dòng)和異相振動(dòng)具有相近的振動(dòng)頻率，頻率越是接近，同相振動(dòng)對(duì)異相振動(dòng)的干擾就越大。避免這種情況出現(xiàn)的一個(gè)辦法就是在離開流管和集流塊交匯處一定距離的位置加振動(dòng)片，將兩根流管相互連接。這樣， 同相振動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸線N和N’在流管和集流塊交匯處115附近，而異相振動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸線M和 M'在流管和振動(dòng)片的焊接交匯處116附近。此時(shí)同相振動(dòng)和異相振動(dòng)不僅有不同的回轉(zhuǎn)軸線，而且有不同的振動(dòng)頻率，同相振動(dòng)很難干擾異相振動(dòng)，利于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量所需數(shù)據(jù)。
現(xiàn)有技術(shù)中存在多種類型的振動(dòng)片。例如，1995年2月2日公布的國(guó)際專利申請(qǐng) W095/03529描述了如圖4 一 6所示的幾種振動(dòng)片樣式，其中圖4所示為一般性的振動(dòng)片樣式，而圖5和圖6所示為該專利申請(qǐng)中教導(dǎo)的兩種以減小應(yīng)力集中為目的的振動(dòng)片樣式。在該專利申請(qǐng)的技術(shù)方案中，振動(dòng)片與流管的固定方式是將兩根流管穿到相應(yīng)的通孔中后， 用鋅銅合金焊接沿整個(gè)通孔圓周焊接固定，如圖7所示。
2010年6月23日公布的中國(guó)專利申請(qǐng)CN101745721A提供了另一種樣式的振動(dòng)片，如圖8所示。這種振動(dòng)片的特點(diǎn)是在振動(dòng)片的表面圍繞供流管穿過(guò)的通孔開有一圈凹槽，其目的主要為了方便進(jìn)行手工氬弧焊接；固定時(shí)，將流管穿到相應(yīng)通孔，采用手工氬弧焊接將流管和振動(dòng)片沿整個(gè)通孔圓周焊接固定。
2002年7月9日公布的美國(guó)專利US 6415668B1也提供了一種不同樣式的振動(dòng)片， 如圖9所示。這種振動(dòng)片的主要特點(diǎn)是振動(dòng)片由四部分焊接到一起組成，供流管穿過(guò)的兩個(gè)通孔分別位于兩個(gè)分離的半片上，在將兩個(gè)半片分別穿到兩根流管上后，用兩個(gè)連接片從兩側(cè)將兩個(gè)半片連接在一起。這種振動(dòng)片主要適用于振動(dòng)片的兩個(gè)通孔無(wú)法同時(shí)穿到兩根流管上的情況，因而只能將兩個(gè)分離的半片各設(shè)置一個(gè)通孔，在將半片分別穿到流管上后再連接兩個(gè)分離的半片。在該專利中，也是將每個(gè)半片與流管沿通孔的整個(gè)圓周進(jìn)行焊接固定。
現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)論上述哪種振動(dòng)片，總體上皆為平面結(jié)構(gòu)(即形成的焊縫與振動(dòng)片的連接主體部分基本處于一個(gè)平面或平行平面內(nèi))，而且現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)片與流管之間最終的固定都是沿通孔的整個(gè)圓周進(jìn)行焊接固定，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員均認(rèn)為振動(dòng)片與流管的整個(gè)外圓周進(jìn)行焊接可以更好地保證連接強(qiáng)度。
在焊接技術(shù)的選擇上，現(xiàn)有技術(shù)通常采用熔化焊接或釬焊來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)片與流管的焊接連接。
然而，熔化焊接比如氬弧焊、等離子焊、激光焊等焊接方式，為達(dá)到良好的焊接效果，必須局部地將流管加熱到熔化狀態(tài)。冷卻固化過(guò)程中，流管曾被熔化的區(qū)域金屬晶粒會(huì)重新排列，造成這個(gè)區(qū)域的晶粒結(jié)構(gòu)粗糙。這樣，流管和振動(dòng)片交匯處的整個(gè)圓周上，即圖 10中所示的環(huán)形焊縫180處，晶粒結(jié)構(gòu)都很粗糙。這種粗糙的晶粒結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致流管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，以致在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生流管斷裂問題。
此外，熔化焊接中必須的局部加熱會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這對(duì)流量測(cè)量精度有很大的影響。在用局部加熱焊接振動(dòng)片時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員均能理解，由于材料受熱不均，因而在焊縫區(qū)域會(huì)存在殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間和流管的振動(dòng)會(huì)不斷發(fā)生變化。殘余應(yīng)力和振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)疊加，疊加后應(yīng)力的大小和方向也在不斷變化，這種變化直接導(dǎo)致流管相位差測(cè)量不準(zhǔn)確。
在對(duì)振動(dòng)片與流管焊接技術(shù)不斷的探索過(guò)程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)過(guò)幾十年的嘗試，目前多選擇采用真空釬焊技術(shù)來(lái)固定振動(dòng)片和流管，因?yàn)檫@種方式對(duì)流管的傷害最小。 為消除殘余應(yīng)力的影響，目前很多公司都采用鋅銅合金或鎳合金做釬料，將整個(gè)流管置于真空氛圍中進(jìn)行釬焊。由于釬焊溫度只能將釬料熔化，而低于流管的熔化溫度，因而對(duì)流管性能不會(huì)造成不利影響。而且，由于對(duì)流管進(jìn)行整體加熱，不會(huì)有受熱不均的現(xiàn)象，也就不會(huì)有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。
但是，釬焊也有自身的不足。由于釬料同流管和振動(dòng)片必須有不同的熔點(diǎn)，因此必須采用不同種材料。而且，由于釬料的硬度往往比流管和振動(dòng)片低，所以釬料位置是結(jié)構(gòu)上的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。隨著流管的振動(dòng)，釬料不斷的受到擠壓和拉伸，釬料就會(huì)慢慢蠕變，流管的振動(dòng)狀態(tài)也慢慢會(huì)改變，從而導(dǎo)致流量測(cè)量性能受到影響。
此外，釬焊的另外一個(gè)主要問題是必須在真空氛圍中實(shí)施，而且焊縫中不能有氣泡和雜質(zhì)。因?yàn)殁F料的硬度低，一旦焊縫中有氣泡出現(xiàn)，將會(huì)加大釬料的可壓縮性，焊縫在拉伸和擠壓過(guò)程中會(huì)早早失效。而真空氛圍的釬焊對(duì)尺寸比較小的管容易實(shí)施，對(duì)大尺寸的流量計(jì)卻存在巨大困難，要么是真空爐的尺寸達(dá)不到大尺寸流量計(jì)的要求，要么是真空度本身達(dá)不到真空釬焊的要求。所以，采用真空釬焊對(duì)工藝要求非常高，并且需要后續(xù)嚴(yán)格的檢驗(yàn)來(lái)保證質(zhì)量，費(fèi)用高，技術(shù)難度大。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述各種問題，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是要消除流管和振動(dòng)片焊接的局部范圍內(nèi)應(yīng)力集中，從而提高科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的靈敏度，延長(zhǎng)它們的使用壽命。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是要進(jìn)一步改善流管和振動(dòng)片的受力情況，減小最大應(yīng)力，增強(qiáng)流管和振動(dòng)片的連接強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的靈敏度，進(jìn)一步延長(zhǎng)它們的使用壽命。
為此，本申請(qǐng)的發(fā)明人首先對(duì)流管和振動(dòng)片的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的受力分析。為便于描述，在圖11和12所示的應(yīng)力分析圖中，標(biāo)示了正交笛卡爾坐標(biāo)系X-Y-Z，其中X 軸為流管的受激振動(dòng)方向，Y軸為流管的回轉(zhuǎn)軸線方向，Z軸為流管的縱向軸線方向。從受力分析的結(jié)果來(lái)看，在激勵(lì)作用下，流管111和112產(chǎn)生X軸方向的異相振動(dòng)。由于振動(dòng)片 150固定于流管111和112之間，所以振動(dòng)片150在X軸方向會(huì)受到流管111和112的擠壓和拉伸作用，流管111和112沿Z軸在X軸方向的應(yīng)力分布401如圖11所示。由于流管 111和112在Y軸方向沒有振動(dòng)，振動(dòng)片150在Y軸方向上沒有受力和變形，所以流管111 和112沿Z軸在Y軸方向的應(yīng)力為零，而應(yīng)力最大的位置主要集中在流管和振動(dòng)片連接交匯處X軸方向上。特別地，在本申請(qǐng)中，將流管圓周壁上與X軸方向夾角小于45度的區(qū)域 (即以X軸方向?yàn)橹行木€的一個(gè)90度弧形區(qū)域)稱為流管上的“應(yīng)力敏感區(qū)域”，而振動(dòng)片上與流管的“應(yīng)力敏感區(qū)域”連接交匯的相應(yīng)區(qū)域則稱為振動(dòng)片上的“應(yīng)力敏感區(qū)域”，如圖 12中附圖標(biāo)記402所標(biāo)示的，其中X軸和Z軸所構(gòu)成的平面與流管交匯處的應(yīng)力最大。應(yīng)力敏感區(qū)域402是整個(gè)流管振動(dòng)片連接結(jié)構(gòu)中的最薄弱環(huán)節(jié)。相反地，在本申請(qǐng)中將流管圓周壁上與Y軸方向夾角小于等于45度的區(qū)域(即以Y軸方向?yàn)橹行木€的一個(gè)90度弧形區(qū)域)稱為流管上的“應(yīng)力不敏感區(qū)域”，而振動(dòng)片上與流管的“應(yīng)力不敏感區(qū)域”連接交匯的相應(yīng)區(qū)域則稱為振動(dòng)片上的“應(yīng)力不敏感區(qū)域”，如圖12中附圖標(biāo)記420所標(biāo)示的，其中 Y軸和Z軸所構(gòu)成的平面與流管交匯處的應(yīng)力最小。
至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中沿整個(gè)圓周形成環(huán)形焊縫的連接方式而言，應(yīng)力敏感區(qū)域是振動(dòng)片連接結(jié)構(gòu)中最容易出現(xiàn)連接失效的部位。特別地，對(duì)于采用手工氬弧焊等工藝來(lái)連接的傳統(tǒng)平面型振動(dòng)片和流管連接結(jié)構(gòu)，如圖10所示，由于沿整個(gè)圓周的環(huán)形焊縫180處存在殘余應(yīng)力，在應(yīng)力敏感區(qū)的殘余應(yīng)力和流管振動(dòng)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力疊加，應(yīng)力敏感區(qū)的疊加應(yīng)力會(huì)大于流管的許用應(yīng)力，流管在振動(dòng)時(shí)還可能在該處發(fā)生斷裂。
基于上述分析，本申請(qǐng)的發(fā)明人首先創(chuàng)造性地認(rèn)識(shí)到，由于存在應(yīng)力敏感區(qū)，因而在振動(dòng)片上提供通孔并在通孔的整個(gè)圓周上與流管焊接固定實(shí)際上對(duì)振動(dòng)片流管連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是不利的，有利的措施應(yīng)該是盡量避免在應(yīng)力敏感區(qū)內(nèi)形成焊縫。
進(jìn)一步地，本申請(qǐng)的發(fā)明人還創(chuàng)造性地認(rèn)識(shí)到，更優(yōu)選地可以將振動(dòng)片設(shè)計(jì)為空間結(jié)構(gòu)，即使得焊縫方向與振動(dòng)片的連接主體部分不在平行平面內(nèi)，從而可以在保證焊接連接部都處于應(yīng)力不敏感區(qū)域的基礎(chǔ)上，有效增加焊縫長(zhǎng)度，提高振動(dòng)片流管連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
具體地，一方面，本發(fā)明提供了一種用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片，所述振動(dòng)片具有用于焊接固定到所述科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的流管上的至少一個(gè)焊接連接部，所述流管受激繞所述振動(dòng)片與所述流管焊接交匯處的回轉(zhuǎn)軸線振動(dòng)。特別地，所述焊接連接部?jī)H僅被形成在所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)，其中所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述振動(dòng)片上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于45度的區(qū)域。
優(yōu)選地，所述振動(dòng)片為U型或L型結(jié)構(gòu)，所述U型或L型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和底部腹板的鄰接部分上開有至少一個(gè)供所述流管部分地從中穿過(guò)的槽口，每個(gè)所述槽口的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)邊緣至少部分被形成為焊接固定到所述流管的徑向相對(duì)側(cè)上的焊接連接部。
優(yōu)選地，所述振動(dòng)片為U型結(jié)構(gòu)，所述U型結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)壁的頂部邊緣被形成為分別焊接到兩根所述流管上的焊接連接部。
優(yōu)選地，所述振動(dòng)片具有底部腹板，所述底部腹板被設(shè)置為可提供彈性變形量，以減少應(yīng)力。
優(yōu)選地，所述底部腹板的中部具有彎折；或所述底部腹板為具有彎曲弧度的曲板。
優(yōu)選地，所述振動(dòng)片的焊接連接部被焊接固定到所述流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)， 其中所述流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述流管的圓周壁上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于45度的區(qū)域。
優(yōu)選地，所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述振動(dòng)片上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于5度的區(qū)域，，所述流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述流管的圓周壁上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于5度的區(qū)域。
優(yōu)選地，所述焊接連接部沿所述流管的軸線方向延伸。
優(yōu)選地，所述振動(dòng)片為一件式整體成形結(jié)構(gòu)。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，其包括根據(jù)本發(fā)明的任一種振動(dòng)片。
又一方面，本發(fā)明還提供了一種振動(dòng)管密度計(jì)，其包括根據(jù)本發(fā)明的任一種振動(dòng)片。
本發(fā)明的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于提高了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的使用壽命，尤其是相對(duì)于采用手工氬弧焊等工藝焊接振動(dòng)片和流管的情況。本發(fā)明的振動(dòng)片由于焊接位置只在應(yīng)力不敏感區(qū)域，此處的焊接殘余應(yīng)力不會(huì)和流管振動(dòng)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力疊加，應(yīng)力敏感區(qū)的總應(yīng)力小于流管許用應(yīng)力，流管不會(huì)發(fā)生斷裂，因而顯著提高了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的使用壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于大大簡(jiǎn)化了工藝，尤其是對(duì)于采用真空釬焊工藝來(lái)焊接振動(dòng)片和流管的情況。本發(fā)明的振動(dòng)片主要克服了這種工藝中的兩個(gè)缺點(diǎn)。第一個(gè)缺點(diǎn)是耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)能源多。因?yàn)檎婵这F焊的工藝一般是將振動(dòng)片放置在流管合理位置之后，在需要焊接的位置放置釬料和釬劑，然后將流管和振動(dòng)片整體放置到真空釬焊爐中，加熱到釬料熔化而流管和振動(dòng)片不熔化的一個(gè)特定溫度(這個(gè)特定的溫度一般在 700^900° C之間)，保溫一段時(shí)間后，冷卻，釬料凝固，將振動(dòng)片和流管固定在一起。要完成這整個(gè)工藝過(guò)程，大約需要十幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。而本發(fā)明的振動(dòng)片因?yàn)楹缚p位于應(yīng)力不敏感區(qū)域，局部加熱產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的性能沒有影響，因此，采用手工氬弧焊等焊接手段就可以完成。而采用手工氬弧焊等工藝完成這個(gè)過(guò)程，只需要幾分鐘的時(shí)間。真空釬焊的另外一個(gè)問題是質(zhì)量難以保證。由于釬料的硬度比流管和振動(dòng)片的硬度小，因此，在流管振動(dòng)時(shí)，釬料容易發(fā)生微觀形變。釬料中沒有氣孔的時(shí)候，這種微觀形變可以恢復(fù)，而當(dāng)釬料中存在氣孔的時(shí)候，發(fā)生形變的釬料就會(huì)逐漸填滿氣孔，此時(shí)的形變不能恢復(fù)，釬料產(chǎn)生永久變形，這種永久變形，改變了流管振動(dòng)的支撐點(diǎn)位置，嚴(yán)重影響科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的性能。由于制作技術(shù)限制，真空爐無(wú)法形成絕對(duì)真空，因此，真空釬焊經(jīng)常會(huì)有氣孔。必須要有后續(xù)嚴(yán)格的檢驗(yàn)，有氣孔存在的部件就要廢棄。而新型振動(dòng)片由于固定位置位于應(yīng)力不敏感區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的應(yīng)力和位移都為零，因此，無(wú)論焊縫中是否有氣孔，都不影響科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的性能。
總之，本發(fā)明通過(guò)將振動(dòng)片的焊接連接部布置在應(yīng)力不敏感區(qū)域，從而允許采用釬焊、熔化焊接等多種焊接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)片與流管之間的固定，不但簡(jiǎn)化了工藝，而且提高了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的計(jì)量精度和使用壽命。
根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。


后文將會(huì)參照附圖并以示例性而非限制性的方式對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分，而且這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的示意性透視圖； 圖2示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中流管異相振動(dòng)的圖示；圖3是現(xiàn)有技術(shù)雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中流管同相振動(dòng)的示意性圖示；圖4示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的一種振動(dòng)片；圖5示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的另一種振動(dòng)片；圖6示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的另一種振動(dòng)片；圖7是現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)片沿整個(gè)通孔圓周焊接固定到流管上的示意性透視圖； 圖8示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的另一種振動(dòng)片；圖9示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的另一種振動(dòng)片；圖10示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)中采用熔化焊接工藝在流管和振動(dòng)片交匯處的整個(gè)圓周上形成的粗糙晶粒結(jié)構(gòu)；圖11示意性地示出了本發(fā)明對(duì)流管和振動(dòng)片連接結(jié)構(gòu)所作的應(yīng)力分析圖； 圖12是本發(fā)明對(duì)流管和振動(dòng)片連接結(jié)構(gòu)所作的應(yīng)力分析結(jié)果的示意性透視圖； 圖13是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的示意性透視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的示意性透視圖；圖15是用于圖14的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片的示意性透視圖；圖16是圖15的振動(dòng)片與雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的流管的示意性連接圖示；圖17示意性地示出了圖16中振動(dòng)片和流管的應(yīng)力分布情況； 圖18是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片與流管的示意性連接圖示；圖19是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片與流管的示意性連接圖示；圖20是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片與流管的示意性連接圖示；圖21是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的示意性透視圖；圖22是圖21所示單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的示意性剖視圖； 圖23是圖22的單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)去掉護(hù)罩之后的示意性剖視圖；圖M是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的振動(dòng)片的示意性連接圖示；圖25是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的多流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的示意性透視圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于圖25所示多流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片的示意性透視圖。
具體實(shí)施方式
圖13是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)200的示意性透視圖?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)200的總體結(jié)構(gòu)與圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的類似，振動(dòng)片310也具有用于焊接固定到流管111和112上的至少一個(gè)焊接連接部，流管111和112也同樣受激繞振動(dòng)片310與流管焊接交匯處的回轉(zhuǎn)軸線M和M’振動(dòng)。但是，在本發(fā)明的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)200中，特別地，振動(dòng)片310的焊接連接部?jī)H僅被形成在振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)。在該例中，振動(dòng)片310的應(yīng)力不敏感區(qū)域是振動(dòng)片310的供流管穿過(guò)的通孔的圓周上與回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于45度的區(qū)域。優(yōu)選地，振動(dòng)片310上的通孔應(yīng)力敏感區(qū)域并不接觸流管管壁。例如在一個(gè)實(shí)施例中，振動(dòng)片310上的通孔可以略微呈橢圓形，該橢圓形的短軸附近區(qū)域?yàn)閴毫Σ幻舾袇^(qū)域， 構(gòu)成焊接連接部；而該橢圓形的長(zhǎng)軸附近區(qū)域?yàn)閴毫γ舾袇^(qū)域，其與流管管壁之間存在間隙。此外，在本發(fā)明的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)200中，振動(dòng)激勵(lì)器141優(yōu)選由固定在流管頂部的中間位置的激勵(lì)線圈和磁鐵形成。振動(dòng)激勵(lì)器141的兩側(cè)分別安裝有一個(gè)優(yōu)選由采樣線圈和磁鐵形成的振動(dòng)傳感器142。
圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)300的示意性透視圖，其中使用了本發(fā)明特別設(shè)計(jì)的振動(dòng)片320。圖15是振動(dòng)片 320的示意性透視圖。優(yōu)選地，振動(dòng)片320被構(gòu)造成大致U型結(jié)構(gòu)，該U型結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)壁 302和底部腹板301的鄰接部分上開有供流管部分地從中穿過(guò)的槽口 305，每個(gè)所述槽口的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)邊緣至少部分被形成為焊接固定到流管的徑向相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)焊接連接部 304。圖16是圖15的振動(dòng)片與雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的流管的示意性連接圖示，其中振動(dòng)片320與流管111，112間形成的焊縫306平行于流管的軸線方向。 圖17示意性地示出了圖16中振動(dòng)片和流管的應(yīng)力分布情況，從該圖可以清楚地看出，振動(dòng)片320與流管111，112間形成的焊縫處于振動(dòng)片和流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)，而在應(yīng)力敏感區(qū)域內(nèi)沒有焊縫。
圖18和圖19中示出了根據(jù)本發(fā)明其他優(yōu)選實(shí)施例的用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的兩種振動(dòng)片330和340。振動(dòng)片330和340的底部腹板均被設(shè)置為可提供彈性變形量，以減少流管應(yīng)力，其中振動(dòng)片330是在其底部腹板301的中部設(shè)置彎折來(lái)提供彈性變形量，而振動(dòng)片340是將其底部腹板301構(gòu)造為具有彎曲弧度的曲板來(lái)提供彈性變形量。
圖20是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片350與流管的示意性連接圖示。振動(dòng)片350為U型結(jié)構(gòu)，該U型結(jié)構(gòu)側(cè)壁的頂部邊緣被形成為分別焊接到流管上的焊接連接部。優(yōu)選地，可使用兩個(gè)這樣的振動(dòng)片350分別從流管的徑向兩側(cè)焊接固定到流管。
在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，所形成的焊縫的寬度優(yōu)選為振動(dòng)片的厚度加上^TSmrn 左右。據(jù)此，為了保證焊縫均形成在應(yīng)力不敏感區(qū)域中，可根據(jù)實(shí)際流管直徑等因素來(lái)選擇適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)片厚度，并且可在以回轉(zhuǎn)軸線為中心線的90度弧形區(qū)域內(nèi)較大的應(yīng)力不敏感區(qū)域優(yōu)選進(jìn)一步的更優(yōu)選應(yīng)力不敏感區(qū)域，例如應(yīng)力不敏感區(qū)域可進(jìn)一步優(yōu)選為振動(dòng)片上與流管回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于30度或15度或10度或5度或3度的區(qū)域。本發(fā)明的振動(dòng)片優(yōu)選為一件式整體成形結(jié)構(gòu)。
至此，根據(jù)本發(fā)明的原理，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，除了雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)之外，本發(fā)明也可應(yīng)用于單流管型或多流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)。
圖21是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)400的示意性透視圖。與雙流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)200不同，單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)400中不存在集流塊121和122以及橫管123 等。如圖22 - 23所示，單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)400 —般包括護(hù)罩 181、諧振管182(因?yàn)橹挥幸桓鞴?，因此需要有一根相?yīng)的諧振管)，流管111以及振動(dòng)片 360。圖22中的箭頭C標(biāo)示了流管111的振動(dòng)方向。特別地，在本發(fā)明中，振動(dòng)片360的焊接連接部?jī)H僅被形成在應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)，也就是說(shuō)振動(dòng)片360和流管111焊縫僅僅被形成在應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)。
圖M是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于單流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的振動(dòng)片370的示意性連接圖示。振動(dòng)片370被形成為大致L型結(jié)構(gòu)，所述L 型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和底部腹板的鄰接部分上開有一個(gè)供流管111部分地從中穿過(guò)的槽口，所述槽口的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)邊緣至少部分地被形成為焊接固定到流管111徑向相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)焊接連接部。
圖25是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的多流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)500的示意性透視圖，其中流管數(shù)量示例性地為4根。圖沈是多流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)500中振動(dòng)片380的示意性透視圖。本領(lǐng)域均可認(rèn)識(shí)到，這種應(yīng)用與多流管型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)500的振動(dòng)片380與總體結(jié)構(gòu)可與前文所述的振動(dòng)片320、330、340類似，但應(yīng)在每個(gè)側(cè)壁上設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的槽口，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前文公開的內(nèi)容容易理解的，在此不予贅述。
雖然本文示出和描述了多個(gè)示例性的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員均可意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可根據(jù)本申請(qǐng)公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合這些實(shí)施例的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解成覆蓋了所有其他變型或修改。
權(quán)利要求
1.一種用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片，所述振動(dòng)片具有用于焊接固定到所述科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的流管上的至少一個(gè)焊接連接部，所述流管受激繞所述振動(dòng)片與所述流管焊接交匯處的回轉(zhuǎn)軸線振動(dòng)，其特征在于所述焊接連接部?jī)H僅被形成在所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)，其中所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述振動(dòng)片上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于45度的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)片，其特征在于所述振動(dòng)片為U型或L型結(jié)構(gòu)，所述U型或L型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁開有至少一個(gè)供所述流管部分地從中穿過(guò)的槽口，每個(gè)所述槽口的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)邊緣至少部分被形成為焊接固定到所述流管的徑向相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)所述焊接連接部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)片，其特征在于所述振動(dòng)片為U型結(jié)構(gòu)，所述U型結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)壁的頂部邊緣被形成為分別焊接到兩根所述流管上的兩個(gè)所述焊接連接部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的振動(dòng)片，其特征在于所述振動(dòng)片的底部腹板被設(shè)置為可提供彈性變形量，以減少應(yīng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動(dòng)片，其特征在于所述底部腹板的中部具有彎折；或所述底部腹板為具有彎曲弧度的曲板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)片，其特征在于所述振動(dòng)片的焊接連接部被焊接固定到所述流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)，其中所述流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述流管的圓周壁上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于45度的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動(dòng)片，其特征在于所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述振動(dòng)片上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于5 度的區(qū)域，所述流管的應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述流管的圓周壁上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于5度的區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)片，其特征在于所述焊接連接部沿所述流管的軸線方向延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)片，其特征在于所述振動(dòng)片為一件式整體成形結(jié)構(gòu)。
10.一種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，其包括權(quán)利要求1 一 9任一項(xiàng)所述的振動(dòng)片。
11.一種振動(dòng)管密度計(jì)，其包括權(quán)利要求1 一 9任一項(xiàng)所述的振動(dòng)片。
全文摘要
本發(fā)明涉及科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、振動(dòng)管密度計(jì)及其中使用的振動(dòng)片。具體地，提供了一種用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)中的振動(dòng)片，所述振動(dòng)片具有用于焊接固定到所述科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動(dòng)管密度計(jì)的流管上的至少一個(gè)焊接連接部，所述流管受激繞所述振動(dòng)片與所述流管焊接交匯處的回轉(zhuǎn)軸線振動(dòng)。所述振動(dòng)片的焊接連接部?jī)H僅被形成在所述振動(dòng)片的應(yīng)力不敏感區(qū)域內(nèi)，其中所述應(yīng)力不敏感區(qū)域是所述振動(dòng)片上與所述回轉(zhuǎn)軸線間的夾角小于等于45度的區(qū)域。此外，本發(fā)明還提供了使用所述振動(dòng)片的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)。本發(fā)明不但簡(jiǎn)化了工藝，而且提高了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)的計(jì)量精度和使用壽命。
文檔編號(hào)G01F15/16GK102494726SQ201110367740
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者吳軍保, 崔新旺, 張庭旭, 王發(fā)輝 申請(qǐng)人:青島澳波泰克安全設(shè)備有限責(zé)任公司