具有改進(jìn)的振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)密度計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]下文所描述的實(shí)施例涉及振動(dòng)密度計(jì)，并且更特定而言，涉及帶有振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)密度計(jì)，振動(dòng)構(gòu)件用于具有改進(jìn)的振動(dòng)模式分隔的振動(dòng)密度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]密度計(jì)為本領(lǐng)域中所公知的且用來測量流體的密度。流體可包括液體、氣體、具有懸浮微粒和/或所夾帶氣體的液體、或者其組合。雖然存在根據(jù)不同原理操作的各種類型的密度計(jì)，已取得巨大商業(yè)成功的一種類型的密度計(jì)為振動(dòng)密度計(jì)。振動(dòng)密度計(jì)可包括向被測試的流體暴露的振動(dòng)構(gòu)件，例如圓筒、管道、管路、管等。振動(dòng)密度計(jì)的一個(gè)示例包括管道，管道被懸臂安裝有與現(xiàn)有管線或其它結(jié)構(gòu)相聯(lián)接的入口端和自由振動(dòng)的出口端。替代地，入口和出口二者可都被固定，并且管道的部分在入口與出口之間振動(dòng)。管道可以共振地振動(dòng)，且可以測量出共振頻率。如本領(lǐng)域中所公知的那樣，通過測量管道的減小的共振頻率可以確定被測試的流體的密度。根據(jù)熟知的原理，管道的共振頻率將隨著接觸所述管道的流體的密度而相反地變化。因此，雖然某些振動(dòng)密度計(jì)能測量液體的密度，由圓筒外側(cè)上的液體所造成的粘滯阻尼可能減小振動(dòng)密度計(jì)的測量能力。液體振動(dòng)密度計(jì)因而使用了僅在內(nèi)側(cè)上具有流體的振動(dòng)管路或管，而氣體振動(dòng)密度計(jì)通常被浸沒在流體中，在圓筒的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上都具有氣體。因此，通常，振動(dòng)密度計(jì)用來測量氣體的密度。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的浸沒式密度計(jì)10。這種現(xiàn)有技術(shù)密度計(jì)10可以被配置成用以測量例如液體或氣體這樣的流體的密度。密度計(jì)10包括外殼11，且振動(dòng)構(gòu)件12至少部分地位于外殼11內(nèi)。外殼11的一部分被剖切以示出振動(dòng)構(gòu)件12。密度計(jì)10可例如在現(xiàn)有管線中被內(nèi)嵌放置。替代地，外殼11可以包括閉合端，閉合端具有孔口以例如接收流體樣品。因此，雖然未示出凸緣，在許多情況下，外殼11或振動(dòng)構(gòu)件12可包括凸緣或用于以不透流體的方式將密度計(jì)10在操作上聯(lián)接到管線或類似流體輸送裝置的其它構(gòu)件。根據(jù)圖示示例，振動(dòng)構(gòu)件12以懸臂方式安裝到外殼11上。振動(dòng)構(gòu)件12被示出在入口端13處聯(lián)接到外殼11，而出口端14自由振動(dòng)。
[0004]根據(jù)圖示示例，振動(dòng)構(gòu)件12還包括了在入口端13附近的多個(gè)流體孔口 15。流體孔口 15可以被設(shè)置為用以允許進(jìn)入所述密度計(jì)10的流體中的某些在外殼11與振動(dòng)構(gòu)件12之間流動(dòng)。因此，流體接觸著振動(dòng)構(gòu)件12的內(nèi)側(cè)以及外側(cè)表面。當(dāng)被測試的流體包括氣體時(shí)，這是特別有用的，因?yàn)楦蟮谋砻娣e向氣體暴露。在其它示例中，可在外殼11中設(shè)置孔口以使受測試的流體向振動(dòng)構(gòu)件12的外表面暴露并且因此，在振動(dòng)構(gòu)件12中不需要孔P 15。
[0005]在圖1中還示出位于圓筒50內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17。驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17被示出為包括了磁體/線圈組合，這是本領(lǐng)域熟知的。如果向線圈提供電流，那么在振動(dòng)構(gòu)件12中感應(yīng)了磁場，造成振動(dòng)構(gòu)件12振動(dòng)。相反，振動(dòng)構(gòu)件12的振動(dòng)在振動(dòng)傳感器17中感應(yīng)了電壓。驅(qū)動(dòng)器16從量表電子裝置18接收驅(qū)動(dòng)信號以便使振動(dòng)構(gòu)件12以多個(gè)振動(dòng)模式(包括例如簡單彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向、或耦合的類型)之一中的其共振頻率之一振動(dòng)。振動(dòng)傳感器17檢測振動(dòng)構(gòu)件12的振動(dòng)，包括振動(dòng)構(gòu)件12振動(dòng)的頻率，且將振動(dòng)信息發(fā)送給量表電子裝置18以用于進(jìn)行處理。在振動(dòng)構(gòu)件12振動(dòng)時(shí)，接觸所述振動(dòng)構(gòu)件的壁的流體隨著振動(dòng)構(gòu)件12 —起振動(dòng)。與所述振動(dòng)構(gòu)件12接觸的流體的增加的質(zhì)量降低了共振頻率。振動(dòng)構(gòu)件12的新的較低共振頻率用于確定流體的密度，如本領(lǐng)域中所公知的那樣，例如根據(jù)先前所確定的相互關(guān)系。
[0006]如所公知的那樣，為了獲得準(zhǔn)確的密度測量，用于測量流體密度的共振頻率必須很穩(wěn)定。當(dāng)流體包括氣體時(shí)尤為如此，因?yàn)楣舱耦l率以比液體更小的量而改變。實(shí)現(xiàn)所希望穩(wěn)定性的一種現(xiàn)有技術(shù)方案是使振動(dòng)構(gòu)件12以徑向振動(dòng)模式發(fā)生振動(dòng)。與彎曲振動(dòng)模式形成對照，例如，在振動(dòng)構(gòu)件的縱向軸線遠(yuǎn)離其閑置位置平移和/或旋轉(zhuǎn)的情況下，在徑向振動(dòng)模式，振動(dòng)構(gòu)件的縱向軸線保持基本上不動(dòng)，而振動(dòng)構(gòu)件的壁的至少一部分遠(yuǎn)離其閑置位置平移和/或旋轉(zhuǎn)。在直管道密度計(jì)，諸如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)密度計(jì)10中優(yōu)選了徑向振動(dòng)模式，因?yàn)閺较蛘駝?dòng)模式為自平衡的且因而，振動(dòng)構(gòu)件的安裝特征并不像與某些其它振動(dòng)模式相比那樣關(guān)鍵。一種示例徑向振動(dòng)模式為三葉式徑向振動(dòng)模式。在圖3中示出了在三葉式徑向振動(dòng)模式期間振動(dòng)構(gòu)件的壁的形狀變化的示例。
[0007]如果振動(dòng)構(gòu)件12具有完全圓形的截面形狀且具有完全均勻的壁厚，則僅存在一個(gè)三葉式徑向振動(dòng)模式。但是，由于設(shè)計(jì)公差，這通常并不現(xiàn)實(shí)。因此，當(dāng)制造商試圖制作具有完全均勻壁厚的完全圓形的振動(dòng)構(gòu)件12時(shí)，小缺陷導(dǎo)致以彼此非常接近的兩個(gè)不同共振頻率振動(dòng)的兩種三葉式徑向振動(dòng)。具有較低共振頻率的三葉式徑向振動(dòng)模式將以與較薄壁部分對準(zhǔn)的如圖3所示的峰和谷來振動(dòng)，而較高頻率將在較厚壁部處以峰和谷振動(dòng)。在兩種模式之間的頻率分隔通常很小且可能小于一赫茲。兩個(gè)共振頻率如此接近，密度確定是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)椴僮髡邔⒊３２荒軈^(qū)分振動(dòng)頻率以確定哪種模式被驅(qū)動(dòng)發(fā)生振動(dòng)、以及因此正確的密度。
[0008]在某些現(xiàn)有技術(shù)密度計(jì)中，通過調(diào)諧所述徑向模式使得其在兩個(gè)三葉式徑向振動(dòng)模式之間、以及與其它振動(dòng)模式諸如兩葉式模式或四葉式模式具有至少一種最小頻率分隔，來解決了這個(gè)問題。雖然可根據(jù)多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，一種現(xiàn)有技術(shù)方案調(diào)諧方法是通過以軸向?qū)?zhǔn)的條帶來研磨所述振動(dòng)構(gòu)件的壁從而使得振動(dòng)構(gòu)件在不同周向區(qū)域中具有不同厚度。這在圖1中示出，且在圖2中更詳細(xì)地示出。
[0009]圖2示出了沿著圖1的線2-2所截取的振動(dòng)構(gòu)件12。圖2也以參考角示出。在驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17定位成0°的情況下取得參考角。但是，角度僅作為示例示出且可使用其它參考坐標(biāo)角。
[0010]如圖所示，振動(dòng)構(gòu)件12包括繞管道圓周的變化的壁厚。例如，振動(dòng)構(gòu)件12最初可能包括厚度1\。驅(qū)動(dòng)器16和振動(dòng)傳感器17在這些厚壁區(qū)域之一上居中。始于大約15°且以大約30°間隔繞所述振動(dòng)構(gòu)件12的圓周均勻地隔開，振動(dòng)構(gòu)件12的壁的六個(gè)區(qū)域被研磨為厚度T2，厚度iyj、于厚度T !?通常，通過使用心軸來減小壁厚，心軸具有通過液壓壓力而移動(dòng)到適當(dāng)位置的可移動(dòng)的區(qū)段。當(dāng)心軸被加壓時(shí)，可移動(dòng)的區(qū)段以接觸所述振動(dòng)構(gòu)件12所需的量向外移動(dòng)且研磨了更薄的區(qū)域。通過在各個(gè)周向區(qū)域中研磨所述振動(dòng)構(gòu)件壁厚，使兩個(gè)三葉式徑向振動(dòng)模式的共振頻率彼此分隔開。在介于較薄區(qū)域之間的間距為大約30°的情況下，較高頻率三葉式徑向模式將以大約15°與較低頻率的三葉式徑向模式偏移。在一不例中，較低頻率三葉式振動(dòng)模式將以在較薄部分和較厚部分上居中的峰和谷來振動(dòng)，而較高頻率三葉式振動(dòng)徑向模式將具有在較薄區(qū)域與較厚區(qū)域之間半途的峰和谷。
[0011]上文所提到的過程具有若干問題。液壓心軸處于其尺寸能力的極限。換言之，研磨需要是極其精確的且常常接近于或甚至超過以液壓方式操作的心軸的設(shè)計(jì)能力。另外，研磨操作的可重復(fù)性幾乎是不可能的。例如，如果客戶希望具有也與下一最接近的模式頻率以預(yù)定量分隔的規(guī)定共振頻率的振動(dòng)管，制造商必須研磨所述振動(dòng)管的薄區(qū)域并且檢查頻率。如果頻率不合需要，則需要進(jìn)一步研磨。這個(gè)過程繼續(xù)直到實(shí)現(xiàn)了所希望的頻率。然而，常常，在研磨操作期間，所希望的頻率由于對所述管研磨太多而被跳過。然后這個(gè)