Расходомер кориолиса и способ его эксплуатации

Расходомер кориолиса и способ его эксплуатации

Реферат

 

В процессе эксплуатации расходомера Кориолиса при колебании его расходомерной трубки и ориентированного параллельно трубке балансира, соединенного с ней стяжками, за счет перераспределения массы и жесткости вдоль длины балансира индуцируют в нем отклонения, подобные Кориолисовым, включающие режим изгибных колебаний второго порядка. Резонансная частота балансира в режиме колебаний, имеющем то же число узлов, что и периодические Кориолисовы отклонения расходомерной трубки, близка к частоте последних. При изменении плотности материала, протекающего через расходомерную трубку, изменяют отношение между амплитудами колебаний в режиме возбуждения трубки и балансира, а также между амплитудой Кориолисовых отклонений трубки и отклонений, подобных Кориолисовым, балансира. Изобретения обеспечивают постоянную чувствительность, не зависящую от изменений плотности материала. 2 с. и 31 з.п. ф-лы, 30 ил.

Это изобретение относится к расходомеру Кориолиса с одной трубкой и, в частности, к способу и устройству для расходомера Кориолиса, имеющего коэффициент калибровки течения, который не зависит от плотности материала.

Расходомеры Кориолиса с одной трубкой необходимы потому, что они исключают затраты и снимают проблемы засорения потокораспределительных коллекторов расходомеров Кориолиса с двумя трубками. Расходомеры Кориолиса с одной трубкой имеют недостаток, заключающийся в том, что, поскольку плотность материала, на котором проводят измерения, изменяется, то калибровка или чувствительность измерительного прибора к течению тоже изменяется. Желательно, чтобы расходомер формировал точную выходную информацию, такую как удельный массовый расход, независимо от плотности материала, который через него течет. Таким образом, если расходомер точно выдает показание удельного массового расхода, составляющее 10 кг/мин для материала, имеющего удельный вес 1,0 (воды), то желательно, чтобы измерительный прибор точно выдавал показание 10 кг/мин для того же удельного массового расхода при течении материалов другой плотности.

О расходомере, который обладает этой способностью, говорят, что он имеет коэффициент калибровки, который не зависит от плотности течения материала через него, или "плоский" коэффициент калибровки. Такой расходомер также называют имеющим постоянную чувствительность к течению, потому что он точно выдает один и тот же удельный массовый расход, независимо от плотности течения материала. Чувствительность (s) определяется в микросекундах временной задержки между датчиками скорости расходомера, деленных на удельный массовый расход (s=t/M), где t равно временной разности между датчиками скорости расходомера и где М равно удельному массовому расходу. Таким образом, чтобы измерительный прибор имел "плоский" коэффициент калибровки или постоянную чувствительность к течению, это выражение должно давать постоянное значение для любого расхода и любой плотности материала. Оно должно давать, например, выходное значение, составляющее одну микросекунду временной задержки для расхода 10 кг/мин независимо от плотности материала, и должен давать 10 микросекунд временной задержки для расхода 100 кг/мин независимо от плотности материала. В обоих случаях чувствительность измерительного прибора составляет 0,1 микросекунды на килограмм в минуту (мксек/кг/мин). Расходомер, имеющий вышеупомянутые характеристики, должен обладать тем преимуществом, что может исключать или минимизировать необходимость дополнительной калибровки или компенсации.

Происходящее в расходомере изменение калибровки или чувствительности к течению традиционно минимизировали путем применения массивных элементов противовеса (известных к настоящему времени под названием балансиров). Любое сохраняющееся изменение чувствительности с плотностью компенсировали, применяя алгоритмы коррекции, основанные на резонансной частоте измерительного прибора в режиме возбуждения. Применение массивных балансиров имеет недостатки в смысле стоимости, а также в смысле препятствия применению других признаков, улучшающих работоспособность, таких как балансиры, повышающие чувствительность. Алгоритм коррекции имеет тот недостаток, что его нужно калибровать путем использования материалов различной плотности и необходимо реализовать в программном обеспечении. Настоящее изобретение исключает необходимость массивного балансира и алгоритма коррекции за счет особой конструкции балансира. Чтобы понять эту конструкцию, необходимо сначала понять, как работают обычные расходомеры Кориолиса.

В обычных расходомерах Кориолиса с двумя трубками расходомерные трубки колеблются в противофазе друг с другом. Действия двух расходомерных трубок уравновешивают друг друга для создания динамически уравновешенной структуры. В двух местах на расходомерных трубках размещены датчики скорости для измерения относительной скорости между расходомерными трубками. Датчики скорости обычно размещают на одинаковых расстояниях выше по течению и ниже по течению от средних точек трубок. Каждый датчик скорости состоит из магнита, прикрепленного к одной расходомерной трубке, и катушки, прикрепленной к другой трубке. Относительное перемещение катушки через магнитное поле создает напряжение. Синусоидальное перемещение колеблющихся расходомерных трубок создает синусоидальное напряжение в каждом датчике. Когда материал не течет, напряжения из двух датчиков скорости совпадают по фазе друг с другом. При течении материала колеблющиеся трубки деформируются силой Кориолиса перемещающегося материала, создавая разность фаз между напряжениями двух датчиков. Удельный массовый расход пропорционален этой разности фаз. Важно отметить, что обе расходомерные трубки деформируются одинаково (для одинакового разделения потока), и каждая расходомерная трубка имеет тот же фазовый сдвиг, что и другая, в соответствующих местах. Скорость, измеряемая с помощью магнита датчика, расположенного выше по течению, имеет ту же фазу, что и скорость, измеряемая с помощью катушки датчика, расположенного выше по течению, и обе они имеют ту же фазу, что и напряжение, создаваемое парой датчиков, состоящих из магнитов и катушек. Датчик, расположенный ниже по течению, имеет фазу, отличающуюся от фазы датчика, расположенного выше по течению, но и в этом случае катушка на одной трубке имеет ту же фазу, что и магнит на другой трубке. Чтобы определить временную задержку, t, фазовую задержку между двумя датчиками скорости делят на частоту возбуждения (в радианах в секунду, рад/сек). Деление временной задержки на чувствительность измерительного прибора дает расход.

В расходомерах с одной трубкой колеблющаяся расходомерная трубка уравновешивается балансиром, а не другой расходомерной трубкой. Магниты (или катушки) датчиков скорости устанавливают на балансир таким же образом, как на вторую расходомерную трубку, описанную выше. Однако, поскольку материал не течет по балансиру, он не испытывает воздействие какой-либо силы Кориолиса или значительный фазовый сдвиг, вызываемый течением. Датчики скорости измеряют относительную скорость между расходомерной трубкой, в которой фазовый сдвиг есть, и балансиром, в котором фазового сдвига нет. Скорости в расходомерной трубке и на балансире, измеряемые в каждом датчике скорости, могут быть представлены векторами скорости, имеющими некоторый фазовый угол и амплитуду. Относительную скорость (и напряжение, считываемое с каждого датчика скорости) можно определить путем сложения этих двух векторов скорости. Вектор скорости в расходомерной трубке имеет некоторый фазовый сдвиг из-за течения материала. Вектор скорости на балансире имеет нулевой фазовый сдвиг. Сложение этих векторов дает "чистый" фазовый сдвиг при наличии течения мимо датчика скорости. "Чистый" фазовый сдвиг выходного напряжения каждого датчика скорости уменьшается из-за балансира, в котором нет фазового сдвига. Это уменьшение "чистого" фазового сдвига равно уменьшению чувствительности расходомера к течению.

В обычных расходомерах с одной трубкой уменьшение чувствительности к течению зависит от плотности материала. Одна причина заключается в том, что, по мере изменения плотности материала, отношение амплитуд колебаний между расходомерной трубкой и балансиром изменяется для сохранения количества движения и поддержания измерительного прибора в уравновешенном состоянии. Увеличение плотности материала вызывает уменьшение амплитуды колебаний расходомерной трубки и увеличение амплитуды колебаний балансира. Таким образом, длина векторов скорости для расходомерной трубки уменьшается, а длина векторов скорости для балансира увеличивается. Поскольку вектора скорости расходомерной трубки имеют фазовый сдвиг из-за течения материала, а вектора скорости балансира - нет, эти изменения длины приводят к уменьшению фазы суммы векторов скорости и уменьшению чувствительности измерительного прибора с увеличением плотности материала. В результате, такой измерительный прибор должен был бы иметь точный выходной сигнал расхода, составляющий 10 кг/мин для воды, но для соленой воды (большей плотности) при том же расходе выходной сигнал может составлять всего 9,9 кг/мин. Для материала с низкой плотностью, такого как керосин, выходной сигнал измерительного прибора может составлять 10,1 кг/мин. Все эти три разных показания расхода получаются при фактическом расходе 10 кг/мин, но из-за того, что чувствительность расходомера изменяется с плотностью материала, изменяется и считываемый расход. Такой расходомер не обладает "плоским" коэффициентом калибровки или постоянной чувствительностью к течению для материалов разной плотности. Причина этого заключается в том, что расходомер имеет разную временную задержку между своими датчиками для материалов разной плотности при одном и том же фактическом расходе.

Существуют и другие причины изменения чувствительности к течению с плотностью материала у измерительных приборов с одной трубкой. Одна такая причина заключается в исключительной трудности поддержания равновесия расходомера с одной трубкой в условиях различающейся плотности материала. Вышеупомянутое обсуждение изменения отношения амплитуд между расходомером и балансиром проведены в предположении, что между ними обоими поддерживается полное равновесие за счет смещения отношения амплитуд с изменением плотности материала. Если правильное отношение амплитуд для полного равновесия не достигается, то количество движения сохраняется за счет смещения места нахождения узлов у концов колеблющейся части расходомерной трубки. Это смещение мест нахождения имеет эффект передачи массы от расходомерной трубки к балансиру (для большей плотности материала), но оно также изменяет чувствительность к течению. Чувствительность увеличивается по мере перемещения узлов в направлении к точке снятия показаний и уменьшается по мере перемещения узлов от точки снятия показаний.

Существуют и другие, менее ясные случаи ухода чувствительности расходомера с плотностью материала. Однако их причина - другой вопрос. Настоящее изменение может нивелировать изменение чувствительности путем создания дополнительного, равного и противоположного по знаку изменения чувствительности, так что "чистое" изменение чувствительности исключается.

В документе ЕРО 831306 А1 описан обычный расходомер Кориолиса, имеющий одну расходомерную трубку, окруженную концентрическим балансиром. Балансир представляет собой цилиндрический элемент, имеющий равномерное распределение массы и жесткости, за исключением груза в осевом центре балансира.

Единственное назначение груза состоит в том, чтобы снизить резонансную частоту балансира в режиме возбуждения. Груз не оказывает влияния на Кориолисов режим изгибных колебаний второго порядка, поскольку находится в нулевом узле любой возможной реакции Кориолиса, испытываемой балансиром. Вместе с тем, балансир не проявляет колебательной активности на его частоте режима изгибных колебаний второго порядка, которая значительно выше, чем его частота возбуждения режима изгибных колебаний первого порядка.

Вышеуказанная и другие задачи решаются и преимущество над известными техническими решениями достигается с помощью настоящего изобретения, в соответствии с которым предложены способ и устройство для расходомера Кориолиса с одной трубкой, имеющего балансир и имеющего в своих датчиках скорости фазовый сдвиг, пропорциональный расходу материала. Кроме того, чувствительность балансира к течению материала изменяется с плотностью материала таким образом, что изменение чувствительности расходомера исключается. Например, поскольку известный расходомер становится менее чувствительным к течению из-за изменения отношения амплитуд по мере увеличения плотности материала, балансир становится более чувствительным к Кориолисовым колебаниям расходомерной трубки при точно подобранной скорости смещения, так что "чистый" результат заключается в нечувствительности расходомера к плотности материала.

И в настоящем изобретении, и в известных расходомерах Кориолиса с одной трубкой балансир возбуждается в противофазе относительно расходомерной трубки в режиме изгибных колебаний первого порядка. Частота возбуждения обычно является резонансной частотой как балансира, так и расходомерной трубки, наполненной материалом, в режиме изгибных колебаний первого порядка каждого из этих конструктивных элементов. В известных расходомерах Кориолиса с одной трубкой балансир не имеет значительной реакции на силы Кориолиса и Кориолисовы отклонения расходомерной трубки. В настоящем изобретении повышение чувствительности достигается за счет конструирования балансира таким образом, что он реагирует на силы Кориолиса, воздействующие на расходомерную трубку, путем изгиба в своем режиме изгибных колебаний второго порядка.

При течении материала колеблющаяся расходомерная трубка отклоняется в ответ на приложенные силы Кориолиса. Колебания возбуждения расходомерной трубки существенно больше по амплитуде, чем Кориолисовы отклонения, так как колебания возбуждения происходят на резонансной частоте расходомерной трубки, наполненной материалом, тогда как Кориолисовы отклонения возбуждаются на частоте, значительно отличающейся от резонансной частоты расходомерной трубки для формы колебаний в виде Кориолисовых отклонений. Силы Кориолиса прикладываются текущим материалом к расходомерной трубке на той же частоте, что и колебания возбуждения. Однако отклонения расходомерной трубки, индуцируемые силой Кориолиса, имеют ту же форму, что и изгибные колебания второго порядка. Резонансная частота режима изгибных колебаний второго порядка расходомерной трубки значительно выше, чем частота приложения силы Кориолиса (частота возбуждения). Таким образом, поскольку сила Кориолиса прикладывается на частоте, весьма отличающейся от резонансной частоты ее формы колебаний (изгибных колебаний второго порядка), отклонения, индуцируемые силами Кориолиса, в расходомерной трубке намного меньше, чем индуцируемые возбудителем отклонения (в режиме изгибных колебаний первого порядка). Малые Кориолисовы отклонения в режиме изгибных колебаний второго порядка расходомерной трубки являются причиной, по которой создается фазовая задержка между сигналами двух датчиков скорости в ответ на течение материала.

Балансир, соответствующий настоящему изобретению, соединен своими концами с расходомерной трубкой посредством стяжек, которые передают колебательные силы расходомерной трубки на балансир. В известных измерительных приборах балансир, как и расходомерная трубка, имеет свою резонансную частоту режима изгибных колебаний второго порядка значительно выше, чем у режима изгибных колебаний первого порядка или возбуждения. Поскольку Кориолисовы отклонения расходомерной трубки очень малы и возникают на частоте, весьма далекой от резонансной частоты изгибных колебаний второго порядка балансира, силы, передаваемые на балансир с помощью стяжек, приводят к незначительному возбуждению режима изгибных колебаний второго порядка балансира. Таким образом, если в известных измерительных приборах расходомерная трубка обладает малой реакцией на силы Кориолиса, то балансир не имеет ее вообще.

Настоящее изобретение предусматривает сдвиг порядка частот различных форм колебаний балансира. Это может вызвать путаницу. Режимы колебаний определяются их формами, а не порядком частот. Одно полезное правило заключается в том, что номер режима равен числу узлов минус единица. Режим первого порядка имеет два узла (на концах). Режим второго порядка имеет три узла (на концах и в центре). Режим изгибных колебаний третьего порядка имеет четыре узла и т.д.

В соответствии со способом и устройством, предложенными в настоящем изобретении, частота изгибных колебаний в режиме второго порядка балансира понижается таким образом, что она становится близкой к частоте режима изгибных колебаний первого порядка (частоте возбуждения) как расходомерной трубки, так и балансира. Режим (возбуждения) изгибных колебаний первого порядка, который имеет большое значение амплитуды колебаний как расходомерной трубки, так и балансира, не возбуждает балансир в режиме изгибных колебаний второго порядка ввиду разницы в формах колебаний. В режиме изгибных колебаний первого порядка отклоненная форма балансира (и расходомерной трубки) такова, что концы не имеют смещения, тогда как отрезок между концами имеет увеличенное смещение, при этом максимальное смещение возникает в центре. В режиме изгибных колебаний второго порядка концы и центр не имеют смещения, при этом максимальные смещения возникают в точках примерно на одной четверти и трех четвертях длины. Однако знак смещения изменяется в центральной точке, так что одна половина балансира (или расходомерной трубки) имеет положительное смещение, тогда как другая половина имеет отрицательное смещение. Результат разницы в формах колебаний заключается в том, что, хотя колебания, соответствующие режиму изгибных колебаний первого порядка, вносят энергию в одну половину балансира в режиме изгибных колебаний второго порядка, они отбирают такое же количество энергии у другой половины балансира. Следовательно, "чистый" эффект заключается в том, что режим изгибных колебаний второго порядка не возбуждается колебаниями, соответствующими режиму изгибных колебаний первого порядка, даже несмотря на то, что резонансные частоты могут быть близки.

Кориолисово отклонение расходомерной трубки имеет ту же форму, что и изгибные колебания второго порядка, при которой смещение расходомерной трубки имеет противоположный знак на любой стороне от центральной точки расходомерной трубки. Таким образом, Кориолисово отклонение расходомерной трубки способно возбуждать режим изгибных колебаний второго порядка балансира посредством сил, передаваемых через стяжки. В настоящем изобретении резонансная частота режима изгибных колебаний второго порядка балансира сделана близкой к частоте возбуждения. Возбуждение режима изгибных колебаний второго порядка балансира с помощью Кориолисова отклонения расходомерной трубки становится достаточным, чтобы вызвать значительную фазовую задержку в балансире в местах нахождения датчиков скорости. Эта фазовая задержка между такими местами балансира складывается с фазовой задержкой между соответствующими местами расходомерной трубки и изменяет чувствительность к течению. Это изменение чувствительности используется для уменьшения влияния изменений плотности материала на чувствительность измерительного прибора к течению.

В соответствии с первым конкретным вариантом осуществления изобретения резонансная частота режима изгибных колебаний второго порядка балансира ниже частоты возбуждения расходомерной трубки. Хорошо известно, что если резонансная частота генератора механических колебаний ниже частоты возбуждения, то генератор совершает колебания в противофазе с возбуждающим смещением. В результате, балансир допускает отклонение, которое находится в противофазе с индуцируемым Кориолисовым отклонением на расходомерной трубке. Поскольку источником возбуждения балансира для режима изгибных колебаний второго порядка являются Кориолисовы отклонения расходомерной трубки, амплитуда колебаний отклонений в режиме изгибных колебаний второго порядка балансира увеличивается с увеличением силы Кориолиса на расходомерной трубке. Эти отклонения в противофазе в режиме изгибных колебаний второго порядка расходомерной трубки и балансира складываются и позволяют датчику скорости, подсоединенному к расходомерной трубке и балансиру, генерировать выходные сигналы с увеличенной фазовой задержкой (чувствительностью) по сравнению с выходными сигналами известных расходомеров Кориолиса с одной трубкой.

Возбуждение режима изгибных колебаний второго порядка балансира Кориолисовым отклонением расходомерной трубки зависит от разделения между частотой электрического возбуждения (частотой механического возбуждения) и резонансной частотой балансира в его режиме изгибных колебаний второго порядка. Малое разделение частот приводит к большей амплитуде изгибных колебаний второго порядка балансира для заданного расхода, чем при большем разделении частот. Частота возбуждения изменяется с изменениями плотности материала, потому что расходомерная трубка содержит текущий материал, а резонансная частота изгибных колебаний второго порядка балансира остается относительно неизменной. Таким образом, разделение между частотой возбуждения и резонансной частотой второго порядка балансира изменяется с плотностью материала и вызывает изменение чувствительности балансира к Кориолисовым колебаниям с изменением плотности материала. Когда резонансная частота режима изгибных колебаний второго порядка балансира ниже частоты возбуждения, увеличения плотности материала вызывают уменьшение частоты возбуждения и уменьшение разделения частот с возникающим вследствие этого увеличением чувствительности балансира к течению материала. За счет надлежащего выбора величины разделения частот увеличение чувствительности балансира с плотностью материала может точно учитывать уменьшение чувствительности измерительного прибора из-за изменения отношения амплитуд колебаний в режиме возбуждения.

Уменьшение частоты режима изгибных колебаний второго порядка балансира до значения ниже частоты возбуждения достигается за счет физической реконструкции балансира, которая включает в себя перераспределение его массы и жесткости. Из центральной части балансира удаляется масса, что создает тенденцию к увеличению частоты возбуждения, одновременно оказывая малое влияние на частоту режима изгибных колебаний второго порядка. Это удаление массы оказывает малое влияние на частоту режима изгибных колебаний второго порядка потому, что режим изгибных колебаний второго порядка имеет малую амплитуду около центра. Затем в балансир добавляется масса около мест нахождения датчиков скорости. Это снижает частоту режима изгибных колебаний второго порядка больше, чем частоту возбуждения, поскольку имеются места, где амплитуда режима изгибных колебаний второго порядка имеет наибольшее значение.

Жесткость балансира изменяют за счет его значительного смягчения в областях большого изгиба в режиме изгибных колебаний второго порядка. Эти места несколько отстоят к центру от мест нахождения датчиков скорости. Снятие жесткости в этих зонах значительно снижает частоту режима изгибных колебаний второго порядка, оказывая при этом малое влияние на частоту возбуждения, поскольку в режиме возбуждения изгиб в этих областях невелик. И наконец, увеличивают жесткость на центральном участке балансира, между "мягкими" зонами, для дальнейшего повышения частоты возбуждения, оказывая при этом малое влияние на частоту изгибных колебаний второго порядка.

Эти физические модификации балансира могут снизить его частоту режима изгибных колебаний второго порядка таким образом, что она окажется ниже, чем его частота (возбуждения) режима изгибных колебаний первого порядка. Когда это достигается, Кориолисовы колебания расходомерной трубки передаются от расходомерной трубки через стяжки к концам балансира. Это индуцирует в балансире отклонения, подобные Кориолисовым, которые находятся в противофазе с Кориолисовыми отклонениями расходомерной трубки. Эти отклонения называют "подобными Кориолисовым" потому, что они допускают форму колебаний, которая аналогична форме колебаний расходомерной трубки, отклоняемой силой Кориолиса. Таким образом, расходомерная трубка и балансир, соответствующие настоящему изобретению, работают подобно расходомеру Кориолиса с двумя трубками, в котором каждая из расходомерных трубок допускает колебательную реакцию Кориолиса, которая находится в противофазе относительно другой расходомерной трубки. Результат заключается в том, что измерительный прибор с одной трубкой, соответствующий настоящему изобретению, может иметь чувствительность к течению как у измерительного прибора с двумя трубками. Кроме того, поскольку изменение чувствительности из-за изменения плотности материала учитывается изменением чувствительности балансира, измерительный прибор с одной трубкой, соответствующий настоящему изобретению, имеет чувствительность к течению, которая постоянна и не зависит от плотности материала.

Фаза колебаний в режиме изгибных колебаний второго порядка балансира по отношению к фазе Кориолисова отклонения расходомерной трубки зависит от взаимосвязи резонансной частоты режима изгибных колебаний второго порядка балансира с частотой (возбуждения) режима изгибных колебаний первого порядка в настоящем изобретении. Частота режима изгибных колебаний второго порядка может быть либо меньше, чем частота режима (возбуждения) изгибных колебаний первого порядка, либо равна ей, либо больше нее. Если частота режима изгибных колебаний второго порядка выше, чем частота возбуждения, изгибные колебания второго порядка балансира совпадают по фазе с колебаниями, индуцируемыми силой Кориолиса, расходомерной трубки. Это создает тенденцию к уменьшению фазового сдвига датчиков и чувствительности расходомера, но по-прежнему может быть использовано для того, чтобы сделать измерительный прибор нечувствительным к изменениям плотности материала.

Чувствительность расходомера снижается, когда частота режима изгибных колебаний второго порядка выше частоты возбуждения, т.е. режима изгибных колебаний первого порядка. Причина этого заключается в том, что Кориолисовы колебания и колебания режима изгибных колебаний второго порядка совпадают по фазе. Датчики скорости измеряют относительную скорость между расходомерной трубкой и балансиром, и это означает, что совпадающие по фазе перемещения склонны исключать друг друга. Однако это может быть полезным для того, чтобы создать измерительный прибор с чувствительностью к течению, которая не зависит от изменения плотности материала. Если частота режима изгибных колебаний второго порядка балансира выше частоты возбуждения, то увеличивающаяся плотность материала снижает частоту возбуждения и увеличивает промежуток между этими двумя частотами. Но поскольку совпадающая по фазе реакция балансира уменьшает Кориолисову реакцию расходомерной трубки (вычитается из нее), уменьшенная реакция балансира проявляется в увеличении чувствительности расходомера к течению. Эта увеличенная чувствительность к течению с увеличением плотности материала и в этом случае оказывается способной исключать уменьшение чувствительности к течению, вызываемое изменением отношений амплитуд колебаний между расходомерной трубкой и балансиром. Как и в другом конкретном варианте осуществления, чтобы изменение чувствительности балансира к течению точно исключало изменение чувствительности, вызываемое отношением амплитуд колебаний в режиме возбуждения, необходимо иметь надлежащее разделение частот между двумя режимами. То, как это разделение частот устанавливается, определено в нижеследующих рассуждениях.

В документе ЕРО 831306 А1 описан расходомер Кориолиса, в некоторых аспектах похожий на расходомер Кориолиса, соответствующий настоящей заявке. Фиг.1 отображает компоновку с концентрическим балансиром, а фиг.6 - с параллельно установленным балансиром. В обоих случаях балансир имеет центрально установленный груз для уравнивания собственных частот расходомерной трубки и балансира. Нет конкретного указания, что такая конструкция реализует какую-либо существенную передачу колебаний от расходомерной трубки расходомера Кориолиса к балансиру через стяжки, чтобы индуцировать колебания в балансире. Настоящее изобретение обеспечивает усовершенствованный измерительный прибор с повышенной чувствительностью. Это достигается в двух основных конкретных вариантах осуществления, которые оба предусматривают использование балансира, имеющего неравномерное распределение массы и жесткости вдоль длины. В конкретном варианте осуществления, изображенном на фиг.7, компоновка такова, что резонансная частота балансира ниже, чем резонансная частота Кориолисовых отклонений расходомерной трубки, тогда как в конкретном варианте осуществления, изображенном на фиг.8, резонансная частота балансира выше, чем резонансная частота Кориолисовых отклонений расходомерной трубки. Это сказывается на Кориолисовых колебаниях расходомерной трубки.

Суммируя сказанное, отметим, что способ и устройство для расходомера Кориолиса, соответствующие настоящему изобретению, включают в себя балансир, физические характеристики которого позволяют ему иметь резонансную частоту режима изгибных колебаний второго порядка, которая ниже, чем его частота режима (возбуждения) изгибных колебаний первого порядка, и близка к ней. Это позволяет балансиру реагировать на Кориолисовы отклонения расходомерной трубки, создавая свои собственные отклонения, подобные Кориолисовым. Если резонансная частота режима изгибных колебаний второго порядка балансира ниже частоты возбуждения, то колебания, индуцируемые силами Кориолиса, находятся в противофазе с Кориолисовыми отклонениями расходомерной трубки. Это увеличивает чувствительность измерительного прибора и обуславливает получение расходомера с чувствительностью к течению, которая не зависит от изменений плотности материала. Если резонансная частота режима изгибных колебаний второго порядка балансира выше частоты возбуждения, то колебания, индуцируемые силами Кориолиса, совпадают по фазе с Кориолисовыми отклонениями расходомерной трубки. Это уменьшает чувствительность измерительного прибора, но также обуславливает получение расходомера с чувствительностью к течению, которая не зависит от плотности материала.

Одним аспектом изобретения является способ эксплуатации расходомера Кориолиса, имеющего расходомерную трубку, балансир, ориентированный, по существу, параллельно упомянутой расходомерной трубке, причем способ включает в себя этапы, на которых:

обеспечивают течение материала через упомянутую расходомерную трубку;

обеспечивают колебания упомянутой расходомерной трубки и упомянутого балансира на частоте режима возбуждения, по существу, равной резонансной частоте упомянутого балансира и упомянутой расходомерной трубки при течении материала, при этом периодические Кориолисовы отклонения индуцируются на упомянутой частоте режима возбуждения в упомянутой колеблющейся расходомерной трубке в результате течения материала через колеблющуюся расходомерную трубку, причем упомянутые периодические Кориолисовы отклонения характеризуются областями отклонения, а также узлами, не имеющими отклонения;

при этом упомянутая частота режима возбуждения зависит от плотности упомянутого течения материала и изменяется обратно пропорционально изменению плотности упомянутого течения материала;

определяют относительную скорость упомянутой расходомерной трубки относительно упомянутого балансира для генерирования сигналов, отображающих упомянутые периодические Кориолисовы отклонения упомянутой расходомерной трубки, и получают информацию, касающуюся упомянутого текущего материала, в ответ на генерирование упомянутых сигналов, причем упомянутые сигналы имеют амплитуду, которая изменяется с плотностью;

отличающийся тем, что упомянутый балансир имеет неравномерное распределение массы и жесткости вдоль его длины, так что резонансная частота упомянутого балансира в режиме колебаний, имеющем то же число узлов, что и периодические Кориолисовы отклонения упомянутой расходомерной трубки, близка к частоте периодических Кориолисовых отклонений упомянутой расходомерной трубки;

индуцируют отклонения, подобные Кориолисовым, в упомянутом балансире на частоте режима возбуждения в ответ на упомянутые Кориолисовы отклонения упомянутой расходомерной трубки, причем упомянутые отклонения, подобные Кориолисовым, упомянутого балансира имеют то же число узлов, что и периодические Кориолисовы отклонения упомянутой расходомерной трубки, и отображают упомянутый режим колебаний, подобный Кориолисову, для которого резонансная частота упомянутого балансира близка к частоте упомянутых периодических Кориолисовых отклонений упомянутой расходомерной трубки, а упомянутые отклонения, подобные Кориолисовым, упомянутого балансира имеют амплитуду, пропорциональную величине периодических сил Кориолиса на упомянутой колеблющейся расходомерной трубке при течении материала, и осуществляют генерирование упомянутых сигналов, отображающих упомянутые периодические Кориолисовы отклонения упомянутой расходомерной трубки, в связи с упомянутыми отклонениями, подобными Кориолисовым, упомянутого балансира, изменяя таким образом амплитуду упомянутых сигналов;

при этом упомянутые отклонения, подобные Кориолисовым, балансира имеют амплитуду колебаний, которая зависит от Кориолисовых отклонений расходомерной трубки, а также от разности между упомянутой частотой режима возбуждения и упомянутой резонансной частотой упомянутого режима колебаний, подобного Кориолисову, упомянутого балансира;

изменение частоты режима возбуждения вызывает изменение разделения частот между упомянутой частотой режима возбуждения и резонансной частотой упомянутого режима колебаний, подобного Кориолисову;

изменение упомянутого разделения частот изменяет амплитуду отклонений, подобных Кориолисовым, а

изменение амплитуды упомянутых отклонений, подобных Кориолисовым, с плотностью уменьшает изменение амплитуды упомянутых Кориолисовых отклонений с плотностью и приводит к величине чувствительности к течению, которая не зависит от изменений плотности упомянутого текущего материала.

Еще одним аспектом является приведение упомянутого расходомера в действие в ответ на изменение плотности упомянутого течения материала для изменения отношения между амплитудой колебаний в режиме возбуждения упомянутой расходомерной трубки и упомянутого балансира для изменения величины чувствительности к течению упомянутого расходомера в первом направлении, а также для изменения отношения между амплитудой Кориолисовых отклонений упомянутой расходомерной трубки и отклонений, подобных Кориолисовым, упомянутого балансира для изменения величины чувствительности к течению упомянутого расходомера во втором направлении, противоположном упомянутому первому направлению;

при этом упомянутые изменения упомянутой величины чувствительности к течению в упомянутом первом направлении и в упомянутом втором направлении осуществляются для достижения величины чувствительности расходомера к течению, которая, по существу, не зависит от изменений плотности течения материала.

Еще один аспект заключается в том, что упомянутые отклонения, подобные Кориолисовым, упомя