專利名稱：渦流流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與流量計有關(guān)，尤其是與按照在流動著的液流中形成的卡曼渦流道中測量渦流的頻率或周期的原理進行操作的流量計有關(guān)。
本發(fā)明的第一內(nèi)容與測量液流的渦流流量計有關(guān)，該流量計包括一運載浴管軸線流動液流并具有管壁和管孔的導(dǎo)管;一轉(zhuǎn)動件從管壁上的孔個到導(dǎo)管孔內(nèi);至少有一銷端連到管壁上的扭轉(zhuǎn)銷與轉(zhuǎn)動件相連，扭轉(zhuǎn)銷有一與導(dǎo)管孔軸線相平行的銷軸線以便轉(zhuǎn)動件繞銷軸線成樞軸轉(zhuǎn)動。為了提供一流量輸出指令流量計還包括連到轉(zhuǎn)動件的傳感裝置以檢測其轉(zhuǎn)動。該扭轉(zhuǎn)銷還提供一傾向使轉(zhuǎn)動件回復(fù)其更平衡位置的復(fù)原力。扭轉(zhuǎn)銷也減小了轉(zhuǎn)動件在繞銷軸線轉(zhuǎn)動時不希望有的繞垂直銷軸線的轉(zhuǎn)動。
在一最佳實施例中，流量計還包括蓋住或封住管壁孔的膜片或其它弱剛性區(qū)。通過安置扭轉(zhuǎn)銷來加強膜片，通過減小對膜片波動壓力和靜力管壓力的影響，該扭轉(zhuǎn)銷提高了流量計的測量能力。
在另一個最佳實施例中，取消了導(dǎo)管，代之以諸如密封環(huán)適配于導(dǎo)管孔的一元件且合成的流量裝置以可取下或永久固定方式嵌入到導(dǎo)管孔內(nèi)。
本發(fā)明的另一內(nèi)容是與用于測流體流量的渦流流量計有關(guān)，其中導(dǎo)管有一運載流體且包圍管孔的管壁，管壁上有一弱剛性區(qū)，最好為在管壁上的一膜片。一轉(zhuǎn)動件安置在管孔內(nèi)與膜片相連，傳感裝置連到轉(zhuǎn)動件上來檢測其轉(zhuǎn)動，并提供與轉(zhuǎn)動件偏轉(zhuǎn)有關(guān)的輸出信號。根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，管壁、膜片和轉(zhuǎn)動件用同一材料整體成形，以便形成一連續(xù)的液體整個表面減小，該表面上有可能積存部分流體的縫隙和間隙。在一最佳實施例中，傳感裝置先連到一桿，該桿穿過膜片再連到轉(zhuǎn)動件，上述桿與其它流量計元件是整體成形的。
本發(fā)明的另一內(nèi)容是與測量流量的渦流流量計有關(guān)，流量計包含一導(dǎo)管，該導(dǎo)管有一運載流體且包圍管孔的管壁，管壁上有一弱剛性區(qū)，最好為在管壁上的一膜片，一安置在管孔內(nèi)的本體有一上游端，一下游端，和一連到上游端和下游端的中間部分。在一最佳實施例中，中間部分包括一弱剛性的本體區(qū)，最好為減薄面其中一端，最好為下游端上有一連到管壁區(qū)的第一端。本體區(qū)含撓曲以促使由流體內(nèi)擾動引起的下游端的至少一部分的運動，上述擾動是由繞著本體流動的液流產(chǎn)生的。流量計還包括連到下游端的傳感裝置用來檢測其端部的運動并作為運動量的函數(shù)從而也作為流量的函數(shù)給出一輸出信號。在另一最佳實施例中，下游端有一連到管壁內(nèi)第二端，且本體還包括一安置在下游端的第一端和第二端之間的第二減薄面，第二減薄面也會撓曲以促使其運動。還有一最佳實施例，該傳感裝置最好檢測到其橫向移動而不是縱向移動且可拆卸地連到從管孔伸離管壁區(qū)的桿上，該桿再把該移動傳送到傳感裝置上。


圖1a和圖1b是根據(jù)本發(fā)明的流量計的部分剖切圖;
圖1c是在圖1b中沿1c-1c線所取的鄰近部件和一轉(zhuǎn)動件的剖視圖;
圖2a是圖1b中扭轉(zhuǎn)銷與鄰近部件的平面圖;
圖2b是扭轉(zhuǎn)銷與鄰近部件的頂視圖，其中轉(zhuǎn)動件是一完整的擺桿;
圖3a至圖3d是用于本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)銷與弱剛性區(qū)結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖4a至圖4d為根據(jù)本發(fā)明的又一流量計的部分剖切圖;
圖5a是根據(jù)本發(fā)明的再一流量計的部分剖切圖;
圖5b是在圖5a中沿5b-5b線所取的剖視圖;
圖6a和圖6b是根據(jù)本發(fā)明的流量測試組件的視圖;
圖7a是在圖1b中沿7a-7a線所取的擺桿的剖視圖;
圖7b是一先有技術(shù)中擺桿組件的剖視圖;
圖8是在圖1b中沿1c-1c線所取的剖視圖;
圖9a9b和9c是用于本發(fā)明的帶蓋件的擺桿視圖;
圖10a和圖10b為用于本發(fā)明的可替換的擺桿形狀的剖視圖;
圖11a和圖11b為用于本發(fā)明的另外一種可替換的擺桿形狀的剖視圖。
在圖1a中，流量計10包括一具有管壁14和管孔16的導(dǎo)管12，管孔16運載可以是液體或氣體的流體，一般流體沿著管孔軸線18方向流動。如已有技術(shù)所知，當(dāng)流體繞關(guān)一障礙物流動時，如果液流的雷諾數(shù)在一規(guī)定的范圍內(nèi)就會形成一卡曼渦流道。在圖1a中，擺桿20就是產(chǎn)生渦流的障礙物，波動的液流壓力作用在從管壁14上開的孔24伸入到導(dǎo)管孔16的轉(zhuǎn)動件22上，或作用在擺桿20的其它部位，這樣轉(zhuǎn)動件22隨波動壓力而轉(zhuǎn)動。根據(jù)本發(fā)明的一個內(nèi)容，扭轉(zhuǎn)銷26設(shè)置在孔24內(nèi)并與轉(zhuǎn)動件22相連，最好扭轉(zhuǎn)銷的一端或兩端26a，26a都固定地連到管壁14上而扭轉(zhuǎn)銷軸線27平行于管孔軸線10。采用這種布置，固定的銷端26a，26a之間的扭轉(zhuǎn)銷26部分隨著繞轉(zhuǎn)動軸線28的轉(zhuǎn)動件22的轉(zhuǎn)動(如圖中雙箭頭32所示)也繞著銷軸線27扭轉(zhuǎn)(如圖中雙箭頭30所示)，因為銷端26a，26a都固定在管壁14，故扭轉(zhuǎn)銷26提供了一使轉(zhuǎn)動件22回復(fù)到其平衡位置的力，該恢復(fù)力往往會增加轉(zhuǎn)動件22的自然振動頻率，這就有利于保證轉(zhuǎn)動件22的自然頻率在工作時高于所遇到的最高的渦流頻率。扭轉(zhuǎn)銷26還具有減小不希望有的轉(zhuǎn)動件22平行于管孔軸線18的轉(zhuǎn)動之功能，這種不需要的轉(zhuǎn)動，通常是由于機械振動或其它并非液流流動的干擾所引起的。通過減小此種轉(zhuǎn)動，在儀器中的干擾和虛假的信號都會減少，況且銷26使轉(zhuǎn)動件22指示流量的轉(zhuǎn)動橫向?qū)χ毫?如圖中雙箭頭32所示)。傳感裝置34最好通過連到一桿28再與轉(zhuǎn)動件22相連，來檢測轉(zhuǎn)動件22的轉(zhuǎn)動并提供一指示其轉(zhuǎn)動的量，因此也就指示出流量的輸出信號36，因為轉(zhuǎn)動的頻率是容積流量的函數(shù)，桿28繞軸線27轉(zhuǎn)動，由于上述扭轉(zhuǎn)銷26和轉(zhuǎn)動件22的影響，桿28就沿著雙箭頭38方向占優(yōu)勢地轉(zhuǎn)動。
在圖1a中，孔24最好用已知裝置諸如蓋或帽(未示出)封住以減小或防止液流從管孔16穿過管壁孔24向外滲漏。擺桿20最好具有如美國專利4464939所述的大致形狀和輪廓(此專利轉(zhuǎn)讓給本申請的同一轉(zhuǎn)讓人并在本文作為參照文獻)。
圖1b示出一類似于流量計10的流量計10a，此外，流量計10a包括一弱剛性區(qū)，如圖1b中所示蓋住整個孔24的膜片40，這樣膜片40毗連盲孔24a且很好地把壁孔24a與管孔16從液流流動中隔開，通過把傳感裝置34或它流量計零件與所測流體隔開，那么流量計10a就可用來測量非腐蝕性的以及腐蝕性的流體諸如酸。
除了圖1a中所提到的扭轉(zhuǎn)銷的有利的功能外，當(dāng)銷26用來加強膜片40時還會對流量計10a有利，首先，若與不用銷26增強的同類流量計作比較，通過加強膜片40，在流體管壓變化的情況下，銷26就增強了流量計的測量能力，上述管壓是指管孔16內(nèi)流體相對于其周圍外壁14的壓力。管壓的非零值就會在管內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力并且使膜片40變形。因此改變管壓也就改變了這些應(yīng)力和變形從而引起膜片40、轉(zhuǎn)動件22和桿28的運動。最佳傳感裝置34(下面將更詳細(xì)討論)最好感應(yīng)桿28的橫向運動而不是沿其長度的縱向運動。采用此傳感裝置，通過使膜片40內(nèi)的兩半有效面積大致相等(即由銷26把膜片分成兩半)和通過把轉(zhuǎn)動件在膜片上精確定位和對中，結(jié)果管壓的改變使桿28的縱向轉(zhuǎn)動占優(yōu)勢而不是橫向轉(zhuǎn)動占優(yōu)勢，才能實現(xiàn)上述好處。然而實踐中，傳感裝置34在某種程度上，確實檢測到桿28和其他部件由于管壓變化而產(chǎn)生的運動。如果通過在液流中例如一機械泵中使管壓成周期方式的波動，那么膜片40、轉(zhuǎn)動件22和桿28的相應(yīng)運動都可由傳感件測出并錯誤地轉(zhuǎn)變成流量信號。通過加強膜片40，銷26就減小了由于管壓影響所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，從而減小了桿和流量計其它零件伴隨的運動而增強了測量的能力。
銷26的第二方面好處是，由于增強膜片40，就提高了沖破膜片40所需的管壓值，所以允許在更高的靜管壓下工作。銷26的兩端26a，26a最好都直接連到導(dǎo)管壁14，以便最大限度地增強和加強膜片40。
圖1c示出了圖1b中1c-1c線所取在膜片40周圍的剖面圖并以極其夸張的方式說明了轉(zhuǎn)動件22的轉(zhuǎn)動、扭轉(zhuǎn)銷26的扭轉(zhuǎn)和膜片40的撓曲，雙箭頭32示出轉(zhuǎn)動件22的運動，實踐和虛線各表示部件位置在兩個方向的最大偏轉(zhuǎn)。
圖2a的頂視圖表示從傳感裝置34方向所看到的畫出的流量計10a的部件。膜片40與所連的轉(zhuǎn)動件22一起有利地形成一剛性中心膜片，其外徑由膜片40直徑42確定，內(nèi)徑由轉(zhuǎn)動件22的有效直徑44確定(剛性中心)。在本文，就由膜片相同材料制成的“中心”而言，一“剛性中心”是一個其厚度至少6倍于膜片厚度的中心。在此和其它實施例中的轉(zhuǎn)動件最好是剛性地連到膜片上，這樣就形成了一剛性中心膜片，結(jié)果作用在轉(zhuǎn)動件上的力會有效地傳送到傳感裝置34。在圖2a中，所示的扭轉(zhuǎn)銷端頭26a，26a都固定地連到管壁14上。
圖2b示出相似于圖2a的視圖，但是其中的流量計稍有些不同于圖1a和圖1b所示的流量計，在圖2b中，轉(zhuǎn)動件20a大致上是一完整的擺桿，它有上游端點104，中間部分106和下游端點108。扭轉(zhuǎn)銷26b是有固定地連到管壁14的銷端頭26c，26c，轉(zhuǎn)動件20a有一有效直徑44a，而膜片40有一膜片直徑42a，圖2b還示出桿28。另外，在維持與膜片40的剛性連結(jié)的同時，為了使轉(zhuǎn)動件20a有更大的運動，鄰近膜片40的轉(zhuǎn)動件20a部分和桿28，周邊以外的延伸部分都能開切口。在此情況下，剛性中心的直徑其值可在桿28直徑和直徑44a之間。如果在轉(zhuǎn)動件連到膜片處采用切口，切口部分的橫向?qū)挾葢?yīng)至少為轉(zhuǎn)動件端橫向?qū)挾鹊?0%以保持一剛性連結(jié)。在圖2b中的橫向?qū)挾仁侵冈趫D上的平面內(nèi)但要垂直軸線27沿著軸線所測得的寬度。
圖3a-圖3d所示為本發(fā)明中所用更多樣的膜片和扭轉(zhuǎn)銷外形的橫剖視圖。在圖3a中，膜片40a有一平的外形且連到轉(zhuǎn)動件22上。在圖3b中，膜片40b有一曲面形狀以與管孔16圓柱形的形狀一致，曲面膜片相對于平面膜片增加了其剛度，從而減小了流量計對給定厚度膜片的靈敏度，因此對于一給定最小的靈敏度，那么平面膜片比曲面膜片可以有更大的厚度，如果膜片是一體成形這就很有利。另一方面，曲面膜片由于與管面的曲面形狀一致而改進了流體的流動特性并且當(dāng)采用整體成形技術(shù)時，比平面膜片更易于制造。在圖3c中，弱剛性區(qū)40c完全填滿了壁14中的孔，進而，弱剛性區(qū)40c覆蓋了扭矩銷26d，該弱剛性區(qū)40c是由比鄰近該區(qū)的管壁14更弱的固有剛度的材料組成，所示的銷26d埋在弱剛性區(qū)內(nèi)，它由比弱剛區(qū)更強的固有剛度的材料組成。最后圖3d示出的膜片40d安置靠近管壁14的外表面而不是靠近管孔的內(nèi)面。在此布置中，盲孔24b安置在弱剛性區(qū)同一側(cè)面與圖3a和圖3b的盲孔布置相反。
在圖1a和圖1b的流量計10和10a可以采用多種傳感裝置34來檢測轉(zhuǎn)動件22的運動，例如傳感裝置可使用已知的光學(xué)技術(shù)來測出由于轉(zhuǎn)動件22的運動而引起銷26，桿28或膜片40的偏傳。在一最佳實施例中，流量計10和10a包括從扭轉(zhuǎn)銷26或膜片40伸出的桿28而傳感裝置34是一可卸或可替換的連到柱28上的組件，且利用壓電片或晶體來工作。該優(yōu)選的傳感裝置包括一軸向可撓曲的膜片來傳送桿28的橫向移動到壓電晶體，但是膜片撓曲為的是抑制沿桿28長度方向的移動傳到壓電晶體。美國專利No.4926695(轉(zhuǎn)讓給本申請的同一受讓人在本文中采納作為對比文件)敘述過該優(yōu)選傳感裝置，它優(yōu)先檢測橫向移動而不是縱向移動的能力以保證流量計在其非理想工況下能滿意地工作，這點是重要的。另外，該優(yōu)選傳感件并不壓向負(fù)載或限制膜片40從而使膜片40可自由地?fù)锨@點也很重要。
圖4a示出一相似于圖1a所示流量計的流量計10b，管壁14a包圍管孔16a并有連到扭轉(zhuǎn)銷26的轉(zhuǎn)動件22b。圖4b示出一相似于圖4a所示流量計的流量計10c但是它還有一橫過管壁14a孔的膜片40e，該膜片40e充當(dāng)在管壁14a內(nèi)的一弱剛性區(qū)。
圖5a以部分剖視圖示出本發(fā)明采用扭轉(zhuǎn)銷的流量計10d的又一實施例，流體沿著一定方向的管孔軸線繞著安置在管孔16b中稱為一擺桿部分的障礙物42部分流動，而在流體中建立了一卡曼渦道。障礙物42連到扭轉(zhuǎn)銷44而生最好也連到桿46，根據(jù)與渦流相關(guān)的流體擾動，障礙物42繞貼近其另一端的軸線48轉(zhuǎn)動或彎曲(如圖5b所示)。扭轉(zhuǎn)銷44端頭成一體連到座圖50上，該座圈也通過焊接接頭51，51繞著具周邊連到管壁14b上。從而銷端固定地連到管壁14b，這樣如以前所討論那樣，流量計10d就從銷的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到好處。傳感裝置34通過桿46檢測到障礙物42的偏轉(zhuǎn)并提供與此種偏轉(zhuǎn)有關(guān)的輸出信號36。流量計10d最好也包括橫越座圈50的膜片52，結(jié)果銷44加強了膜片。
一流量組件含有障礙物42。銷44和座圈50，當(dāng)該流量組件連到傳感裝置34并插入導(dǎo)管14b時就能用作一流量計，這種流量組件最好也包括膜片52和桿46并插入管壁14b中的腔54并與之相匹配。為了把流量組件固定到位，除了焊接外，其它公知方法也能用于把座圈50緊固到導(dǎo)管壁14b上這些公知方法是諸如針焊，粘結(jié)，溶劑粘結(jié)，壓配合，螺紋連接等。
圖5b示出圖5a中沿5b-5b線所取的部分剖開視圖。為了增強轉(zhuǎn)動，障礙物42在與座圈50相連的第一端53a和與下座件56相連第二端53b處開有切口，焊接頭57a，57a把障礙物42緊固到下座56上而焊接頭57b，57b把下座件56緊固到管壁14b上。端頭53a最好有一其直徑不小于桿46直徑的圓截面形狀。聯(lián)系到圖2a和圖2b中所討論的，切口應(yīng)該保持障礙物42和膜片52之間的剛性連結(jié)。端53b最好有一平行于導(dǎo)管孔軸線18延長的截面形狀，障礙物42的切口部分安置在管孔16b之外，這樣，切口部分就不會顯著地影響液流，然而障礙物的形狀做成圖中所示夸張的小間隙58，該小間隙58留在障礙物42和管壁14b之間，從而允許障礙物42轉(zhuǎn)動，在其它實施例中所示的轉(zhuǎn)動件也包括一切口區(qū)或有利于轉(zhuǎn)動的區(qū)域。
圖5b中示出一優(yōu)選傳感裝置34a的一部分，包括轉(zhuǎn)動傳送管34b和軸向撓曲膜片34c，該軸向撓曲膜片在橫向是剛性的，故能有效地把力傳送到壓電晶體(未示出)而軸向方向卻是弱的，結(jié)果桿46的垂直方向移動大部分被軸向撓曲膜片通過撓曲而吸收，傳感件并不壓向或限制膜片52，而使膜片52可自由撓曲。
圖6a示出一根據(jù)本發(fā)明可卸下的流量組件55的部分剖視圖。圖6b示出圖6a中沿6b-6b線所取的視圖，該流量組件55相似于圖1b中流量計10a，此外流量組件55最好不包括一導(dǎo)管部分而是插入一現(xiàn)存導(dǎo)管62的腔60內(nèi)。流量組件55包含有座圈64、膜片40、帶有銷端26a，26a固定地連到座圈64上的扭轉(zhuǎn)銷26，轉(zhuǎn)動件22至少是擺桿20的一部分，該部分最好還有組件端66和桿28，為了降低成本流量組件最好用同一材料整體成形。在把流量組件55插入腔60后，座件64與腔60匹配并用螺釘68a、68b、68c和68d緊固到導(dǎo)管62上。O形圈70有效地密封腔60以防流體漏出導(dǎo)管62，剛性環(huán)夾72或其它剛性連結(jié)裝置牢牢地把組件端66固定到導(dǎo)管62上。除了帶有轉(zhuǎn)動件22的擺桿20外，流量組件55還可包括其它構(gòu)件如帶有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動件22b的擺桿20b(是圖4a)，或轉(zhuǎn)動件和擺桿20a的組合件(見圖2b)，或障礙物42(見圖5a和圖5b)。傳感裝置34提供一如前面實施例中討論的指示流量的輸出信號36。
在本發(fā)明的實施例中利用了一膜片和一扭轉(zhuǎn)銷，扭轉(zhuǎn)銷最好安置在膜片遠(yuǎn)離管孔的一側(cè)，為的是在管孔內(nèi)對液流產(chǎn)生最小的干擾。
本發(fā)明的另一方面內(nèi)容在于利用的擺桿的“尾部”作為一振動件或一轉(zhuǎn)動件。再加到圖1b，擺桿20大致有上游端104a、中間部分106a和下游端108a。下游端108a包括轉(zhuǎn)動件22，該轉(zhuǎn)動件22的轉(zhuǎn)動被檢測以提供輸出信號36。使用下游端(或其一部分)作為轉(zhuǎn)動件是利用了這樣一個事實，即其邊緣(后緣)可自由偏轉(zhuǎn)，因為它并不固定(除了可能與管壁14固定外)。此外，中間部分106a的減薄區(qū)110通過彎曲或撓曲允許轉(zhuǎn)動件22的其它邊緣(前緣)有更大移動自由。為了有效的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動件最好是一比較有剛性的桿形結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)動件放置在液流中且剛性地連到在管壁內(nèi)形成的膜片上。
圖7a示出圖1b中沿7a-7a線所取的剖視圖，圖中，擺桿20包括下游端的轉(zhuǎn)動件22，減薄面110和上游端104a，流體按圖中箭頭111所示方向流動，虛線圓116表示膜片40的位置，由于液流繞過擺桿20所引起的干擾產(chǎn)生沿擺桿20的變化壓差，箭頭114代表壓差的力在當(dāng)時瞬間作用在擺桿部分上，該壓差的力迫使轉(zhuǎn)動件22轉(zhuǎn)動。
利用帶有減薄面110的下游端轉(zhuǎn)動件22的好處在于，當(dāng)與圖7b中先有技術(shù)中相似尺寸的擺桿組件20c進行比較，增加了促使轉(zhuǎn)動件22轉(zhuǎn)動的壓差作用的表面積。在圖7b中箭頭114a表示由于壓差的力促使傳感柱118轉(zhuǎn)動，該壓差的力主要作用在擺桿組件20c的中間部分，先有技術(shù)的組件20c在上述美國專利No.4926695中已公開。在圖7a中，作用在轉(zhuǎn)動件22和減薄面110的力114產(chǎn)生一繞垂直于紙面的軸線122的彎矩120，采用比較大表面積的擺桿組件20使減薄區(qū)110比圖7b中給定測量靈敏度的傳感膜片124更厚。當(dāng)擺桿組件20用金屬整體鑄造就特別有利，因為公知的鑄造方法只要這些部件的厚度超過一定最小厚度就能可靠地且以合理成本生產(chǎn)出來，對典型的金屬來說、流量計的大小和靈敏度要求減薄面110的厚度大于此最小厚度而能成為整體鑄造結(jié)構(gòu)，而先有技術(shù)中的傳感膜片124的厚度小于此最小厚度，就需要單獨的部件加工。如果需要的話，由于頻率隨厚度增加而增大，通過調(diào)正或設(shè)定減薄面110的厚度，轉(zhuǎn)動件22的自然頻率就能定下來。
由于采用下游端轉(zhuǎn)動件22，擺桿20從具有比組件20c的膜片輪廓線115更大的輪廓線116所示膜片直徑相適應(yīng)來說，它優(yōu)于流量組件20c。使用較大直徑的膜片就允許增加膜片厚度而同時又能保護足夠的膜片撓性，這就是整體成形膜片的優(yōu)點，其理由類同于整體鑄造的減薄面110。
再加到圖1b中，擺桿20最好也包括減薄面112作為下游端108a的部分。如圖中所示減薄面112和減薄面110最好滿足形成一L形特點，圖8所示為沿1c-1c線所取的剖視圖，這里，相似于較7a中箭頭114的箭頭126(見圖8)，表示由于壓差的力促使轉(zhuǎn)動件22轉(zhuǎn)動，該壓差的力產(chǎn)生繞銷軸線27的彎矩128，減薄面112撓曲促使轉(zhuǎn)動件22繞軸線27轉(zhuǎn)動，如同減薄面110那樣，減薄面112的厚度可調(diào)正或設(shè)定以保證轉(zhuǎn)動件22的足夠高的自然頻率而同時仍舊保證做到可由傳感裝置34測得的足夠偏轉(zhuǎn)信號。
如果需要的話，也可取消一個或二個減薄面110，112而代之以不減薄的材料，但要與未修改的擺桿形狀相一致，該擺桿與相鄰部件比較，具有弱的固有剛度，從而具有相似于減薄面的強的撓度以促使轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動，此種途徑有好處，因為它最小限度擾亂渦流擺動頻率與流速之間的關(guān)系，因這種關(guān)系隨著擺桿外廓形狀改變(例如通過引入減薄面)而改變。
另外，通過在至少部分減薄區(qū)上定位一蓋件或類似部件就能取得渦流頻率和液流流量之間干擾減小。圖9a、9b和9c分別表示這種連到圖1b擺桿20蓋件74的側(cè)視圖，后視圖和剖視圖。焊點76把蓋件74固定到位，蓋件74蓋住減薄面112，這樣與蓋件74一起的下游端108a成為流體沿下游端整個長度的一基本上均勻的外表面，蓋件74和鄰近部件之間的間隙78使減薄面110和112可達到?jīng)]有蓋件下?lián)锨鷷r大致相同程度的撓曲，為的是不再限制轉(zhuǎn)動件22的轉(zhuǎn)動。如果需要的話，蓋件也可蓋住減薄面110，這樣中間部分106a與蓋件一起同樣成為流體沿其長度的大致均勻的外表面。
圖1a示出如在圖1b中那樣利用下游端的轉(zhuǎn)動件22的擺桿20。圖4a表示一相似于圖1a和圖1b中的擺桿的擺桿20b，該擺桿包括上游端104b，中間部分106b(包括減薄面110a)和下游端108b(包括減薄面112a)，然而在圖4a中，減薄面112a和110a直接連到管壁14a。
另一可供選擇雖然不是最佳的本發(fā)明實施例中，利用至少部分上游端而不是下游端作為轉(zhuǎn)動件。上文所述的壓差產(chǎn)生的力據(jù)信在上游端比在下游端要弱些，可是當(dāng)其與中間部分的壓差力合在一起時也足以對上游端產(chǎn)生一可測出的轉(zhuǎn)動。像下游端一樣，上游端有一可自由偏轉(zhuǎn)的不相連邊緣，因為上游端的形狀對該裝置的渦流擺動性能有特別強的影響，故在上游端采用了方便該部分轉(zhuǎn)動的減薄面就會相反地影響渦流擺動頻率與流速之間的關(guān)系，此問題既可以用與擺桿的余下部分形狀相一致且有較弱固有剛度(參照上文)的材料來代替減薄面，也可以用帶有減薄面的蓋件來減輕其影響。
圖10a表示一用在本發(fā)明的一可供選擇的擺桿形狀的剖視圖，該擺桿80包括下游端82，中間部分84和下游端86。圖10b表示為圖10a中的擺桿80，但是其中間部分84包括一促使下游(或上游)端轉(zhuǎn)動的減薄面81。同樣，在圖11a中的擺桿90包括上游端92，中間部分94和下游端96，也用于本發(fā)明中，圖11b所示為圖11a中的擺桿90，但包括了為方便下游(或上游)端轉(zhuǎn)動作為中間部分94的減薄面91。
本發(fā)明還有一部分內(nèi)容是與流量計各部分的成形與固定在一起和方式有關(guān)。在圖1a所示的流量計10中，管壁14，擺桿20(包括圖1b所示轉(zhuǎn)動件22和減薄面110和112)，扭轉(zhuǎn)銷26和桿28最好用給定材料諸如金屬、塑料、陶瓷以及類似材料整體成形。采用諸如不銹鋼、碳鋼或鉻鎳合金鋼(例如由聯(lián)合碳化物公司銷售的耐酸鎳合金Haslelloy)等金屬的精密鑄造都會被大部分工業(yè)應(yīng)用的流量計所優(yōu)選。在相似形式的流量計中，注塑成形件也用于其它用途。在圖1b中的流量計10a中，膜片40與流量計10有關(guān)的部件進行整體成形，這種整體成形的流量計10a有二個好處，第一好處是，由于減少了制造過程中的加工和裝配步驟而降底了成本，另一好處是省去了易于腐蝕的焊結(jié)縫和省去了流體能積存在部件之間的間隙或縫隙，這后一個特點即由整體成形方法所引起的與流體接觸面成連續(xù)不間斷的整面，這時食品和飲料等流體的加工和制造提供了衛(wèi)生的前提。圖1c，2a，2b，3a，3b和3d中各自示出的轉(zhuǎn)動件，扭轉(zhuǎn)銷，膜片和管壁以及一些實施例中所示的桿最好都用整體成形法制成單一部件。圖4a和圖4b中的流量計10b和10c(不包括具有輸出信號36的傳感裝置)最好也用整體成形法制成單一部件。圖6a和圖6b中的流量組件55也最好采用整體成形。膜片及減薄面(例如圖1b中所示的110和112)與其它部件一起采用整體成形特別有利，因為膜片和減薄面在加工時要非常小心而且要求降低成本，另外由于膜片上轉(zhuǎn)動件的精確定位能大大影響流量計對管路中壓力變化的反應(yīng)，通過把膜片與轉(zhuǎn)動件一起按予定的位置關(guān)系整體成形，就能保證在無裝配和少量裝配下的批量生產(chǎn)的制品對管路中壓力變化不敏感，并且降低了成本。
雖然本發(fā)明參照了最佳實施例進行敘述，但是本專業(yè)的技術(shù)人員都會認(rèn)為只要不偏離本發(fā)明的精神和保護范圍前提下，都可對本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進行變換。
權(quán)利要求
1.一種用來測量流體流量的渦流流量計包含有一導(dǎo)管，它具有管壁和沿其軸線流動的運載流體的管孔，上述管壁上開有一孔；一轉(zhuǎn)動件，它從壁孔伸入上述管孔，該轉(zhuǎn)動件根據(jù)在流體中以流量的頻率形式指示的擾動而轉(zhuǎn)動；傳感裝置，它連到上述轉(zhuǎn)動件上用來檢測其轉(zhuǎn)動以提供一指示流量的輸出信號；和一扭轉(zhuǎn)銷，它安置在孔內(nèi)并與上述轉(zhuǎn)動件相連，扭轉(zhuǎn)銷有一連到上述管壁的第一銷端。
2.如權(quán)利要求1所述的流量計，其特征在于上述扭轉(zhuǎn)銷還包括一連到上述管壁的第二銷端，其中扭轉(zhuǎn)銷有一平行孔軸線的銷軸線以使轉(zhuǎn)動件繞著銷軸線轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求1所述的流量計，其特征在于上述管壁上形成一弱剛性區(qū)且封住整個壁孔;其中，扭轉(zhuǎn)銷加強了該弱剛性區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述的流量計，其特征在于從管孔伸出一桿，其中，上述傳感裝置連到該桿上，而且傳感裝置優(yōu)先檢測橫向轉(zhuǎn)動而不是縱向轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求4所述的流量計，其特征在于上述管壁上有一弱剛性區(qū)，從而在管壁上形成一盲孔。
6.如權(quán)利要求3所述的流量計，其特征在于該弱剛性區(qū)有一膜片。
7.如權(quán)利要求6所述的流量計，其特征在于該膜片是平面的。
8.如權(quán)利要求6所述的流量計，其特征在于導(dǎo)管壁有一曲面，而所述膜片的形狀與該曲面相一致。
9.如權(quán)利要求3所述的流量計，其特征在于所述銷與弱剛性區(qū)連成一體且該銷從與流體隔絕的弱剛性區(qū)的一側(cè)突出。
10.如權(quán)利要求3所述的流量計，其特征在于所述管壁、弱剛性區(qū)，轉(zhuǎn)動件和銷用同一材料整體成形。
11.如權(quán)利要求1所述的流量計，其特征在于轉(zhuǎn)動件在流體中產(chǎn)生擾動。
12.如權(quán)利要求1所述的流量計，其特征在于，還包含在流體中產(chǎn)生擾動的發(fā)生裝置，該發(fā)生裝置至少包括轉(zhuǎn)動件的一部分。
13.如權(quán)利要求12所述的流量計，其特征在于所述發(fā)生裝置包括一上游端，一下游端，一連結(jié)上游端和下游端的中間部分，而其中下游端包括轉(zhuǎn)動件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計，其特征在于所述管壁，轉(zhuǎn)動件和銷都用同一材料整體成形。
15.一種插入導(dǎo)管壁的孔內(nèi)以測量沿導(dǎo)管的流體流量的裝置，有一適合與導(dǎo)管壁孔相配的匹配件，該匹配件在其內(nèi)開有一孔;一從壁孔中伸出并遠(yuǎn)離匹配件的轉(zhuǎn)動件，該轉(zhuǎn)動件適合于根據(jù)在流體中以頻率形式指示流量的擾動而轉(zhuǎn)動;連到轉(zhuǎn)動件上用來檢測其轉(zhuǎn)動以提供一指示流量的輸出信號的傳感裝置;一安置在壁孔內(nèi)且與轉(zhuǎn)動件相連的扭轉(zhuǎn)銷，該扭轉(zhuǎn)銷有一連到匹配件上的第一銷端。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述銷還包括一連到匹配件上的第二銷端，該銷有一銷軸線以使轉(zhuǎn)動件繞銷軸線轉(zhuǎn)動。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于還包含在匹配件上形成的且密封住整個壁孔的一弱剛性區(qū)，其中上述的銷加強該弱剛性區(qū)。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)動件在流體中產(chǎn)生擾動。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于還包含用于在流體中產(chǎn)生擾動的發(fā)生裝置，該發(fā)生裝置至少包括轉(zhuǎn)動件的一部分。
20.一用于測量流體流量的渦流流量計，含有一導(dǎo)管，有一包圍運載流體的管孔的管壁，該管壁有一在其內(nèi)形成的膜片;一轉(zhuǎn)動件，安置在孔內(nèi)并與膜片相連;和傳感裝置，連到轉(zhuǎn)動件用來檢測其轉(zhuǎn)動并提供與轉(zhuǎn)動量有關(guān)的輸出信號;其特征在于所述壁，膜片和轉(zhuǎn)動件是同一材料整體成形的這樣它們對于流體就形成了一連續(xù)的完整表面。
21.如權(quán)利要求20所述的流量計，其特征在于還包含一安置在管孔內(nèi)且至少包括轉(zhuǎn)動件的一部分的本體;其中所述本體造成與流量有關(guān)的流體擾動，該擾動使轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動并以頻率形式指示出流量。
22.如權(quán)利要求20所述的流量計，其特征在于導(dǎo)管上有一壁孔通過膜片與流體隔絕。
23.如權(quán)利要求21所述的流量計，其特征在于所述本體包括一下游端，且其中下游端包括轉(zhuǎn)動件。
24.如權(quán)利要求20所述的流量計，其特征在于還包含一鄰近膜片且連到轉(zhuǎn)動件的扭轉(zhuǎn)銷，該扭轉(zhuǎn)銷有連到管壁的第一和第二銷端和有一通過管孔平行流體流動方向的銷軸線，其中，扭轉(zhuǎn)銷與管壁，膜片和轉(zhuǎn)動件用同一材料整體成形。
25.一插入導(dǎo)管內(nèi)腔中以測量沿導(dǎo)管流體流動的裝置，含有一匹配件，它適于與上述內(nèi)腔匹配，該匹配件有一在其內(nèi)開的孔;一轉(zhuǎn)動件，它從孔內(nèi)遠(yuǎn)離匹配件一側(cè)伸出，該轉(zhuǎn)動件適于根據(jù)在流體中以頻率形式指示流量的擾動而轉(zhuǎn)動;傳感裝置，它連到轉(zhuǎn)動件上用來檢測其轉(zhuǎn)動以提供一指示流量的輸出信號;其中，所述匹配件，弱剛性區(qū)和轉(zhuǎn)動件用同一材料整體成形。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于一扭轉(zhuǎn)銷安置在孔內(nèi)并與轉(zhuǎn)動件相連，銷有連到匹配件的第一和第二銷端并有一銷軸線使轉(zhuǎn)動件繞銷軸線轉(zhuǎn)動;其中，扭轉(zhuǎn)銷與匹配件、弱剛性區(qū)和轉(zhuǎn)動件整體成形。
27.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)動件在流體中產(chǎn)生擾動。
28.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于還有在流體中產(chǎn)生擾動的發(fā)生裝置，該發(fā)生裝置包括至少一部分轉(zhuǎn)動件。
29.一種用來測量流體流量的渦流流量計，包含有一導(dǎo)管，有一包圍運載流體的管孔的管壁，該管壁有一其內(nèi)形成的管壁弱剛性區(qū);一置于管孔內(nèi)的本體且有第一端和第二端，第二端有一連到壁區(qū)的第一端頭，本體還包括一弱剛性的殼體區(qū);傳感裝置連到第二端用來感受至少其一部分在流體內(nèi)由擾動引起的運動并作為一其轉(zhuǎn)動的函數(shù)，從而也作為一流量的函數(shù)，給出一輸出信號，其特征在于本體區(qū)撓曲以促使該轉(zhuǎn)動。
30.如權(quán)利要求29所述的流量計，其特征在于第一端是一個上游端而第二端是一個下游端。
31.如權(quán)利要求30所述的流量計，其特征在于本體區(qū)是一個本體減薄面。
32.如權(quán)利要求30所述的流量計，其特征在于繞過本體流動的流體導(dǎo)致流體內(nèi)的擾動。
33.如權(quán)利要求31所述的流量計，其特征在于減薄面安置在上游端和下游端之間。
34.如權(quán)利要求33所述的流量計，其特征在于下游端有一連到壁的第二端頭而本體還包括一第二減薄面安置在下游端的第一端頭和第二端頭之間，第二減薄面也撓曲以促使該轉(zhuǎn)動。
35.如權(quán)利要求34所述的流量計，還有一個從管區(qū)遠(yuǎn)離管孔伸出的桿并連到傳感裝置，該桿把轉(zhuǎn)動傳到傳感裝置;其特征在于傳感裝置可拆卸地連到桿上。
36.如權(quán)利要求31所述的計量計，其特征在于下游端有一連到導(dǎo)管的第二端頭，其特征在于減薄面安置在下游端的第一和第二端頭之間。
37.如權(quán)利要求29所述的流量計，其特征在于壁，壁區(qū)和本體為同一材料整體成形。
38.如權(quán)利要求29所述的流量計，還包括一個加強壁區(qū)的扭轉(zhuǎn)銷，該扭轉(zhuǎn)銷有連到管壁的銷端頭和有一個平行管孔軸線的扭轉(zhuǎn)銷軸線。
39.如權(quán)利要求29所述的流量計，其特征在于第一端是一個下游端和第二端是一個上游端。
40.如權(quán)利要求29所述的流量計，其特征在于本體區(qū)是一本體的減薄面，流量計還包含有一個或多個蓋件安置在減薄面的蓋面上而同時不會抑制該轉(zhuǎn)動。
41.一流量計插入該導(dǎo)管壁孔內(nèi)以測量沿導(dǎo)管的流體流量，包含有一適合與孔相匹配的匹配件且包括一在匹配件內(nèi)蓋住一孔的膜片。一伸離匹配件的本體且有一個第一端和第二端，第二端有一連到膜片的第一端頭，本體還包括一弱剛性的區(qū)域和傳感裝置連到第二端用來感受至少其一部分在流體內(nèi)由擾動引起的運動并作為一其轉(zhuǎn)動的函數(shù)從而也作一流量的函數(shù)，給出一輸出信號，其特征在于該弱剛性區(qū)撓曲以促使該轉(zhuǎn)動。
42.一用于測量流體流量的渦流流量計，包含有一導(dǎo)管，它有管壁和沿其軸線流動的運載流體的管孔，上述管壁上開有一孔;一膜片蓋住此孔并固定到管壁上。一擺桿安置穿越管孔，擺桿包括一個固定到管壁的第一端和一個剛性地連到膜片的第二端;和傳感裝置用來感受擺桿在流體中由擾動而引起的轉(zhuǎn)動且以頻率形式指示出其流量，其特征在于感受裝置并不限制膜片的自由地?fù)锨?br> 全文摘要
一測量流體流量的渦流流量計，包括具有管壁和運載流體的管孔的導(dǎo)管，一轉(zhuǎn)動件根據(jù)流體中的渦流而轉(zhuǎn)動并從壁孔中伸入管孔內(nèi)，而傳感裝置檢測轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動以提供一指示流量的輸出信號。在一實施例中，一扭轉(zhuǎn)銷安置在孔內(nèi)且與轉(zhuǎn)動件相連，還有一第一銷端連到管壁上；在另一實施例中，轉(zhuǎn)動件是安置在孔中的一本體的下游端的一部分，該本體除了下游端外還包括一上游端和一使轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動的可撓曲的減薄面。
文檔編號G01F1/32GK1086598SQ9311857
公開日1994年5月11日 申請日期1993年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月5日
發(fā)明者梅爾文·R·比尤克 申請人:羅斯蒙德公司