专利名称：用于增强平衡杆灵敏度的方法和设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一个单管卡理奥理斯(Coriolis)流量计，特别涉及一种用于具有一个平衡杆的卡理奥理斯流量计的方法和设备，它能增强流量计对物质流量灵敏度。
问题单管卡理奥理斯流量计是所希望的，因为它们消除了双管卡理奥理斯流量计的流量分开岐管的昂贵和堵塞的问题。单管卡理奥理斯流量计有一个缺点，即其流量灵敏度比双管卡理奥理斯流量计低。流量灵敏度低有两个原因。第一个原因是，对于同样的流量速率，单管流量计必须为给定流动速率有一个大直径流动管。这使得它在弯曲方面僵硬且响应卡理奥理斯力较差。第二个原因必须涉及如何决定质量流动速率的细节。
在常规的双管卡理奥理斯流量计中，双流动管彼此不同相振动。双流动管用作彼此平衡以产生一种动态平衡结构。沿流动管的两个位置处放置有速度传感器来检测流动管之间的相对速度。速度传感器通常离开管的中点上下游等距放置，每一个速度传感器包括一个固定在一个流动管上的磁铁和一个固定在另一管上的线圈。线圈通过磁场的相对运动产生一个电压。振动流动管的正弦运动在每一传感器中产生一个正弦电压。当没有物质流量动时，来自两个速度传感器的电压彼此同相。在有物质流量动时，振动管由运动物质的卡理奥理斯力弯曲，引起两个传感器电压之间的相位差。质量流速率正比于该相位差。重要的是要注意，两个流动管相等变形(对于等分的流量)，而每一流动管有与另一流动管在相应位置同样的相位移。上游传感器磁铁速度有与上游线圈速度同样的相位，且两者都有与由磁铁线圈传感器对产生的电压同样的相位。下游传感器有与上游传感器不同的相位。
在单管流量计中，振动流动管由一个平衡杆而不是另一流动管平衡。速度传感器磁铁(或线圈)安装在平衡杆上，仿佛它是上述第二个流动管。然而，因为物质不流过平衡杆，因此它不经受任何卡理奥理斯力或随流量的明显的相位差。速度传感器感应在相位移动的流动管和相位不移动的平衡杆之间的相对速度。在各速度传感器上的流动管和平衡杆可以用具有相位角和振幅的速度矢量表示。通过把两个速度矢量相加可以决定相对速度(以及每个速度传感器之外的电压)。流动管速度矢量由于物质流量而有相位移。平衡杆速度矢量有零相位移。把这些矢量相加给出随速度传感器的流量的净相位移。用非相位移的平衡杆减少净相位移和每一速度传感器的输出电压。这一净相位移减少等于流量计流量灵敏度降低。由于平衡杆的零相位移引起的流量计灵敏度的降低结合由于较大(单一)流动管直径引起的灵敏度的降低导致组合的流量计灵敏度如此之低，以致减弱单管流量计为某些应用的准确度和商业上的接受性。
解决方案通过本发明解决了上述以及其它问题，并且在技术上实现了进步。根据本发明，提供了一种用于单管卡理奥理斯流量计的方法和设备，其具有一个平衡杆，该平衡杆增强和放大了流量计对物质流量的灵敏度。无论在本发明中还是在现有技术的单管卡理奥理斯流量计中，相对于在第一弯曲方式下流动管不同相驱动平衡杆。驱动频率通常是平衡杆和充填物质的流动管两者在每一个的第一弯曲方式下的共振频率。在现有技术的单管卡理奥理斯流量计中，平衡杆缺乏对流动管的卡理奥理斯力和卡理奥理斯偏转明显的响应。在本发明中，通过设计平衡杆，使其在第二弯曲方式下响应由于弯曲加在流动管上的卡理奥理斯力，相对于由施加的卡理奥理斯力引起的流动管偏转不同相而实现灵敏度增强。
在有物质流量时，振动的流动管响应施加的卡理奥理斯力偏转。流动管的驱动振动的振幅显著大于卡理奥理斯偏转，因为它们处于充填物质的流动管的共振频率下，而卡理奥理斯偏转以远离为卡理奥理斯偏转方式形状的流动管的共振频率的频率驱动。卡理奥理斯力由流动物质以与驱动振动同样的频率施加在流动管上。然而，卡理奥理斯力引起的流动管的偏转具有和第二弯曲方式同样的形状。流动管的第二弯曲方式共振频率比施加卡理奥理斯力的频率(驱动频率)高得多。这样，因为卡理奥理斯力以远离其方式形状(第二弯曲)的共振频率的频率施加，因此卡理奥理斯引起的流动管的偏转比驱动引起的(第一弯曲方式)偏转小很多。在流动管第二弯曲方式下的小卡理奥理斯偏转产生响应物质流量的两个速度传感器信号之间的相位延迟。因为该偏转很小，因此相位延迟很小，现有技术直管流量计对物质流量的灵敏度很低。
本发明的平衡杆在其端部借助撑杆连接到流动管，撑杆把流动管的振动力传递给平衡杆。在现有技术流量计中，平衡杆，像流动管一样，其第二弯曲方式共振频率比第一弯曲或驱动方式高很多。由于流动管的卡理奥理斯偏转非常小，并在远离平衡杆第二弯曲共振频率的频率下发生，因此，通过撑杆传递到平衡杆的力对平衡杆的第二弯曲方式不产生明显的激励。这样，虽然在现有技术流量计中流动管对卡理奥理斯力响应很小，但是平衡杆没有响应。
本发明的方法和设备涉及移动平衡杆的各种方式形状的频率顺序。这容易令人迷惑。根据它们的形状而不是其频率顺序确定振动方式。一个有用的规则是方式号码等于节点数减1。第一方式有两个节点(在两端)。第二方式有3个(在两端和在中间)。第三弯曲方式有4个节点等。
根据本发明的方法和设备，降低平衡杆的第二方式弯曲频率，使其接近流动管和平衡杆两者的第一弯曲方式(驱动频率)。在流动管和平衡杆两者中都有大振动振幅的第一弯曲(驱动)方式，因为方式形状的差别不能在第二弯曲方式下激励平衡杆。在第一弯曲方式，平衡杆(和流动管)的偏转形状是这样的，在端部无位移，而在两端之间的长度有逐渐增加的位移，中心处出现最大位移。在第二弯曲方式，两端和中心无位移，最大位移出现在大约四分之一和四分之三长度的点处。然而，位移的符号在中心点变化，使得平衡杆(或流动管)的一半有正位移，而另一半有负位移。方式形状差别的结果是，当第一弯曲方式的振动将能量放入处于第二弯曲方式中的平衡杆的一半时，其从平衡杆的另一半取出相同数量的能量。因此，净效果是第二弯曲方式不由在第一弯曲方式下的振动激励，即使共振频率可以很接近。
流动管的卡理奥理斯偏转有与第二弯曲方式同样的形状，即流动管的位移在流动管的中心点的两侧有相反的符号。这样，流动管的卡理奥理斯偏转能够通过经由平衡杆传递的力激励平衡杆的第二弯曲方式。在本发明中，使平衡杆的第二弯曲方式共振频率接近驱动频率。由流动管的卡理奥理斯偏转引起的平衡杆第二弯曲方式的激励变得足以在平衡杆上在速度传感器位置引起显著的相位延迟。在平衡杆位置之间的该相位延迟加在相应流动管位置之间的相位延迟上，增强流量计对流量的灵敏度。
根据本发明的第一实施例，平衡杆的第二弯曲方式共振频率低于流动管和平衡杆的驱动频率。公知当一个机械振荡器的共振频率低于激励频率时，振荡器不同相移动到激励位移。其结果，平衡杆呈现一种偏转，其与卡理奥理斯引起的流动管上的偏转不同相。因为平衡杆对其第二弯曲方式的激励源是流动管的卡理奥理斯偏转，因此平衡杆的第二弯曲方式偏转的振动振幅随流动管上的卡理奥理斯力增加而增加。流动管和平衡杆的第二弯曲方式偏转的这一不同相允许连接到流动管和平衡杆上的速度传感器产生与现有技术的单管卡理奥理斯流量计相比增加的相位延迟(灵敏度)的输出信号。
通过平衡杆的物理重设计实现平衡杆的第二弯曲方式频率减少到驱动频率以下，所述物理重设计包括其质量和刚性的重新分布。从平衡杆的中央部分去掉质量，这将提升驱动频率，同时对第二弯曲频率没有多少影响。去掉质量对第二弯曲方式频率无多少影响是因为第二弯曲方式在靠近中心处没有什么振幅。然后把质量加在平衡杆靠近速度传感器位置附近，这将降低第二弯曲方式频率使其更低于驱动频率，因为这些位置的第二弯曲方式振幅最大。
通过极大软化在第二弯曲方式下的高弯曲区域中的平衡杆刚性来修改平衡杆的刚性。这些位置从速度传感器位置稍微朝向中心。去除这些区域的刚性大大减小第二弯曲方式频率，同时对驱动频率没什么影响，因为在驱动方式下在这些区域很少有弯曲。最后，增加在平衡杆的中央部分，在软区域之间，的刚性以进一步提升驱动频率，同时对第二弯曲没有多少影响。
平衡杆的这些物理修改减少其第二弯曲方式频率，使其低于其第一弯曲方式(驱动)频率。当实现这一点时流动管的卡理奥理斯振动从流动管通过撑杆传递到平衡杆的端部。这引起平衡杆的类似卡理奥理斯偏转，其与流动管的卡理奥理斯偏转不同相。这些偏转称为“类似卡理奥理斯”，因为它们呈现一种相似于被卡理奥理斯力偏转的流动管的方式形状。因此，本发明的流动管和平衡杆的行为一个双管卡理奥理斯流量计，其中，每一流动管呈现一种卡理奥理斯振动响应，其与另外的流动管不同相。结果是，本发明的单管流量计可以具有双管流量计的流量灵敏度。
平衡杆第二弯曲方式振动的相位相对于流动管的卡理奥理斯偏转的相位依赖于平衡杆第二弯曲方式的共振频率对第一弯曲方式(驱动)频率的关系。第二弯曲方式频率可以小于、等于、或大于第一弯曲方式(驱动)频率。如果第二弯曲方式频率高于驱动频率，则平衡杆第二弯曲方式与卡理奥理斯在流动管上引起的振动同相位振动。这倾向于减小传感器相位移和流量计灵敏度。如果平衡杆的第二频率低于驱动频率，如上所述，则平衡杆第二弯曲方式与流动管的卡理奥理斯引起的振动不同相振动，以增加传感器相位移和流量计灵敏度。
当第二弯曲方式频率高于第一弯曲方式驱动频率时流量计灵敏度减小。其原因是流动管的卡理奥理斯振动和平衡杆的第二弯曲方式振动同相。速度传感器检测流动管和平衡杆之间的速度，其意味着相位运动趋向于彼此抵消。然而，这在某些应用中可以是一个有用的实施例。如果平衡杆第二弯曲方式频率足够接近第一弯曲方式驱动频率，则可以使其振幅和相位如此之大，以至淹没流动管的相反的相位。这一构形可以导致流量计有改善的灵敏度。
然而，优选平衡杆第二弯曲方式频率低于驱动频率的构形，因为流动管和平衡杆的相位相加，另外也因为平衡杆趋向于平衡在驱动方式和卡理奥理斯/第二弯曲方式两者下的流动管。在常规单管流量计中，平衡杆只平衡第一弯曲方式下的流动管摇动力。平衡杆的第二弯曲方式频率远高于流动管的卡理奥理斯方式的频率。因此，在平衡杆中不激发第二弯曲方式。这导致卡理奥理斯力未平衡和引起流量计摇动。流量计摇动可以改变流量计的灵敏度而引起错误。流量计的摇动是流动速率和安装刚度两者的函数。因为安装刚度通常不知道，因此不能预测或补偿这一灵敏度改变。
在本发明中，平衡杆第二振动方式由流动管的卡理奥理斯方式激励。当第二弯曲方式低于驱动频率时，流动管和平衡杆彼此不同相，平衡杆的第二弯曲方式的振动力可以取消流动管上的卡理奥理斯力的摇动效果。平衡杆的第二方式振动的振幅随卡理奥理斯力增加而增加。这维持流动管在所有流动速率下同样的平衡度。
总而言之，本发明的卡理奥理斯流量计包括一个平衡杆，其物理特征允许它具有一第二弯曲方式频率，其低于和接近它的第一弯曲方式(驱动)频率。这允许平衡杆通过产生它自己的类似卡理奥理斯偏转响应流动管的卡理奥理斯偏转，其与流动管的卡理奥理斯偏转不同相。在流动管的卡理奥理斯偏转和平衡杆的类似卡理奥理斯偏转之间的不同相关系提供每一速度传感器之外的一个增加的净相位位移，从而与双管卡理奥理斯流量计可比的对流量的灵敏度。此外本发明的平衡杆平衡卡理奥理斯力以及第一弯曲方式摇动力。
本发明的一个方面提供一种操作卡理奥理斯流量计的方法，该流量计具有一个流动管和一个基本平行于所述流动管取向的平衡杆，另外具有为连接所述平衡杆到所述流动管的撑杆装置；所述方法包括步骤使物质流量过所述流动管；在驱动方式下彼此相对不同相振动所述流动管和平衡杆，振动方式的驱动频率基本等于所述充填物质的流动管和所述平衡杆的共振频率；在具有所述物质流量的所述振动流动管中引起周期的卡理奥理斯偏转；所述周期的卡理奥理斯偏转以偏转的区域以及具有无偏转的节点为特征；其特征在于，所述方法另外包括步骤响应所述流动管的所述卡理奥理斯偏转在所述平衡杆上以所述驱动频率产生类似卡理奥理斯偏转；所述类似卡理奥理斯偏转具有与所述周期卡理奥理斯偏转同样数目的节点；
所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一个感应振动方式，其具有足够接近所述周期的卡理奥理斯偏转的频率的共振频率，以增加在所述平衡杆中的所述类似卡理奥理斯偏转的振幅；所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转具有正比于所述具有物质流量的振动流动管的周期卡理奥理斯力的大小的振幅；检测所述流动管的速度相对于所述平衡杆的速度；产生表示所述流动管的所述速度和所述平衡杆的速度的信号；以及响应所述信号的所述产生导出关于所述流动物质的信息。
另一方面是，引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括引起所述感应方式振动的步骤，所述感应方式振动具有一个小于所述驱动频率的共振频率。
另一方面是，引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括引起所述感应方式振动的步骤，所述感应方式振动具有一个大于所述驱动频率的共振频率。
另一方面是，引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括引起所述感应方式振动的步骤，所述感应方式振动具有一个等于所述驱动频率的共振频率。
另一方面是，在所述平衡杆上的所述感应振动步骤包括从所述流动管通过所述撑杆延伸指示所述周期的卡理奥理斯偏转的力到所述平衡杆以引起在所述平衡杆中的类似卡理奥理斯偏转。
另一方面是，振动所述平衡杆的所述步骤包括步骤响应所述周期的卡理奥理斯偏转弯曲所述流动管的端部以弯曲撑杆装置的第一端；以及响应所述第一端的所述弯曲，弯曲所述撑杆的第二端以引起所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转。
另一方面是，在所述振动的平衡杆中引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括步骤在所述平衡杆上在第二弯曲方式下引起所述类似卡理奥理斯偏转，所述第二弯曲方式具有一个基本等于所述驱动频率的共振频率；以及通过在所述平衡杆上以所述平衡杆的一第二弯曲方式共振频率以比所述流动管在所述周期的卡理奥理斯偏转频率下的所述卡理奥理斯偏转的振动振幅大的振幅引起所述类似卡理奥理斯偏转操作所述平衡杆作为机械放大器。
另一方面是从所述平衡杆传递所述平衡杆的有效弹性到所述撑杆设备的步骤，以降低所述平衡杆的第二弯曲方式共振频率。
另一方面是通过降低所述平衡杆的有效弹性降低所述平衡杆的所述引起的振动的共振频率的步骤。
另一方面是通过提供所述平衡杆的至少一个柔性部分连同在所述平衡杆的至少另一部分提供增加的质量来降低所述平衡杆的所述引起的振动的频率的步骤。
另一方面是在所述平衡杆的至少一部分提供一个空穴的步骤。
另一方面是通过在所述附加方式下在所述平衡杆的高弯曲转矩的位置提供所述平衡杆的柔性部分降低所述平衡杆的所述引起的振动的共振频率的步骤。
另一方面是维持在所述撑杆内的所述振动流动管和所述平衡杆的端节点的步骤。
另一方面是所述维持步骤包括提供所述平衡杆的刚性部分和所述平衡杆不包括刚性部分的柔性部分。
另一方面是，所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转与所述流动管的周期的卡理奥理斯偏转不同相。
另一方面是，所述驱动方式包括第一弯曲方式且其中所述平衡杆的所述引起的振动包括所述平衡杆的第二弯曲方式。
另一方面是通过提供所述平衡杆的中心部分和所述平衡杆的所述中心部分的每一侧的柔性部分连同提供所述中心部分的每一侧的增加的质量降低所述平衡杆的所述第二弯曲方式的共振频率的步骤。
另一方面是通过提供在所述平衡杆的高弯曲转矩位置处的所述平衡杆的柔性部分和在所述第二弯曲方式下的高振动振幅位置处的增加的质量降低所述平衡杆的所述第二弯曲方式的所述共振频率的步骤。
另一方面是，在所述平衡杆上引起的类似卡理奥理斯偏转与所述流动管的周期的卡理奥理斯偏转同相。
另一方面是卡理奥理斯流量计具有一个适于接收物质流量的流动管，一个基本平行于所述流动管取向的平衡杆和为连接所述平衡杆到所述流动管的撑杆装置；所述卡理奥理斯流量计另外包括驱动装置，用于在驱动方式下彼此相对不同相振动所述流动管和平衡杆，所述驱动方式具有一个基本相等于所述充填物质的流动管和所述平衡杆的共振频率的频率；其特征在于，所述方法还包括在具有所述物质流量的所述振动流动管中引起周期的卡理奥理斯偏转；以偏转的区域和具有无偏转的节点为特征的所述周期的卡理奥理斯偏转；为用具有与所述周期的卡理奥理斯偏转同样数目的节点的所述卡理奥理斯力偏转在所述平衡杆上引起类似卡理奥理斯偏转的装置；所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一个感应振动方式，其具有一个足够接近所述周期的卡理奥理斯偏转的所述频率的共振频率以增加所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转的振幅；所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转具有正比于在具有物质流量的所述振动流动管上的周期的卡理奥理斯力的大小的振幅；用于检测所述流动管的速度相对于所述平衡杆的速度的装置；用于产生表示所述流动管的所述周期的卡理奥理斯偏转和所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转的信号的装置；用于响应所述信号的所述产生导出物质流量信息的装置。
另一方面是用于降低所述平衡杆的所述感应振动方式的共振频率到近似所述驱动频率的值的装置。
另一方面是，所述降低装置包括在所述类似卡理奥理斯偏转中的高振动振幅的区域增加的质量和包括在所述类似卡理奥理斯偏转的高弯曲转矩位置处的所述平衡杆的柔性部分。
另一方面是，所述驱动方式包括第一弯曲方式，其中，所述平衡杆的所述引起的振动方式包括一第二弯曲方式。
另一方面是，所述降低装置还包括一个刚性中心部分和在所述刚性中心部分的每一侧的一个增加的质量。
另一方面是，所述降低装置还包括在所述刚性中心部分的每一侧的位置处的所述平衡杆的柔性部分。
另一方面是所述柔性部分包括伸缩管。
另一方面是用于集中在所述撑杆内的所述至少一个流动管和所述平衡杆的有效弹性的装置。
另一方面是基本直的流动管和基本直的平衡杆。
另一方面是流动管具有一个弯曲部分和平衡杆具有一个弯曲部分。
另一方面是，在所述平衡杆上引起所述类似卡理奥理斯偏转的步骤包括在所述平衡杆上引起类似卡理奥理斯偏转、所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的引起的振动方式的步骤，所述振动方式具有低于所述流动管振动频率的共振频率；所述类似卡理奥理斯偏转与所述流动管的所述卡理奥理斯偏转不同相，且具有正比于具有物质流量的所述振动流动管上的周期的卡理奥理斯力的大小的振幅。
另一方面是在所述平衡杆上引起卡理奥理斯偏转的所述装置包括在所述平衡杆上引起类似卡理奥理斯偏转的装置，所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一种引起的振动方式，其具有一个低于所述流动管振动的频率的共振频率；在所述平衡杆上的所述类似卡理奥理斯偏转与所述流动管的所述卡理奥理斯偏转不同相，且具有正比于具有物质流量的所述振动流动管上的周期的卡理奥理斯力的大小的振幅。
附图的简要描述阅读下面详细的说明，结合附图，可以更好地理解本发明的上述和其它优点和特征，附图中
图1是现有技术单管卡理奥理斯流量计的矢量图；图2公开一个旋转流动管；
图3公开一个振动流动管；图4公开施加于图3的流动管的卡理奥理斯力；图5公开图3流动管的卡理奥理斯响应；图6公开一个直管卡理奥理斯流量计；图7和8公开本发明的单管卡理奥理斯流量计的卡理奥理斯振动特征；图9和10公开本发明的流量计的频率响应曲线；图11和12是本发明的单管卡理奥理斯流量计的矢量图；图13公开本发明的平衡杆的第一弯曲方式的方式形状和弯曲转矩；图14公开本发明的平衡杆的第二弯曲方式的方式形状和弯曲转矩；图15公开本发明的一个实施例；图16和17公开图15的卡理奥理斯流量计的振动响应特征；图18公开本发明的卡理奥理斯流量计的另一可选的实施例；图19、20和21公开一个概念性的直管卡理奥理斯流量计的振动特征；图22、23和24公开本发明的一个可能的直管卡理奥理斯流量计的振动特征；图25公开本发明的一个卡理奥理斯直管流量计的另一可选的实施例；图26公开一个实现本发明的卡理奥理斯流量计，其具有一个弯曲的流动管和周围的平衡杆。
优选实施例的详细描述本发明的方法和装置通过提供一个放大流量计灵敏度的平衡杆而克服了单管流量计灵敏度低的问题。为理解如何实现这一点，必须理解在流动管上的卡理奥理斯力的本质，其在流动管内产生的变形，以及该变形如何沿流动管产生相位位移。
图1在后面说明，其为图6的流量计的一个振动速度矢量图。
图2表示一个管202，当其反时针绕其端201转动时物质通过它流动。可以从用于卡理奥理斯加速度Ac的等式和牛顿定律导出管202每单位长度的卡理奥理斯力。
卡理奥理斯加速度可以表示为Ac＝2(ωxv) ω＝角速度v＝流量速度卡理奥理斯力Fc可以表示为Fc＝MAc＝2M(ωxv) M＝流量质量因为流量M＝ρAtl ρ＝流量密度At＝管流动区域l＝管长Fc＝2ρAtl(ωxv)Fcl=2ρAt(ω-xv-)]]>但ρAtv-=M·]]> ＝质量流速率Fcl=2M·xω-]]>卡理奥理斯力Fc沿管202的长度是均匀的，因为管的每一部分200以同样的速率转动且通过流动管的质量流速率是相同的。
图3表示一个直流动管300，其围绕其每一端301和302没有枢转，但是以平移固定在端部301和302。流动管300由驱动器D以其共振频率在第一弯曲方式下振动，像一根吉他弦，同时物质流量过它。当流动管通过其直(零位移)的部分303向下时，其左半部分顺时针转动，而其右半部分逆时针转动。随着接近管的中心，转动减小。中心不转动，仅仅平动。卡理奥理斯力在流动管300上在其通过零位移303时的空间分布示于图4。卡理奥理斯力在两半部分在相反的方向上，因为管转动方向相反。在中心处卡理奥理斯力减小到零，因为管的转动在中心减小到零。
在图3的振动管300和图2的振动管202之间的另一主要的不同在于，振动管300不连续转动，而是停止和逆转方向。在振动方向逆转时振动是零，在整个流动管上的卡理奥理斯力是零。其结果是，图4中的卡理奥理斯力的大小随时间正弦变化，其最大值发生在当流动管振动通过零振幅和最大速度时，如图4所示。当流动管达到其在第一弯曲(驱动)方式下的最大振动振幅和零速度时，零卡理奥理斯力发生在整个流动管上。卡理奥理斯力的施加在流动管上的正弦频率和它正被振动的频率相同；亦即该流动管的第一弯曲(驱动)方式振动频率。
流动管300响应周期的卡理奥理斯力弯曲，如图5所示。实线表示当管在驱动方式下向下通过管的零位移时管响应卡理奥理斯力取的形状(极大的放大)。虚线表示当管在驱动方式下向上通过零位移时管采取的形状。注意，唯一在该瞬间实际通过零的流动管的那一点是该管的中点。图5的形状相似于第二弯曲方式。然而，这只是巧合。流动管的第二弯曲方式的频率比图4的卡理奥理斯力施加的频率(第一弯曲方式的频率)高很多。因为流动管以比其第二弯曲共振频率低得多的卡理奥理斯力激励，因此图5的这一卡理奥理斯引起的变形和图4的卡理奥理斯力彼此同相发生。因此，流动管300在其在驱动振动(第一弯曲)方式下通过零位移轴线303时呈现图5的形状。物质流量在图3的驱动振动下叠加在图5的卡理奥理斯引起的振动上。这示于图6。两个振动都发生在第一弯曲方式驱动频率下；但是相位彼此移动90度。当第一弯曲方式在沿轴线303的零位移处时卡理奥理斯引起的位移最大值(实线)发生。当第一弯曲方式处在最大位移(虚线)时卡理奥理斯位移变为零。图6相似于图4的地方在于，它表示所涉及的流动管在该流动管300通过零轴线303时的状态。在此时，并仅在此时，卡理奥理斯力和卡理奥理斯引起的偏转在最大振幅。如已对图4所做的解释，当流动管300的偏转无论在向上还是向下的方向上接近其最大值时，卡理奥理斯力减小并最终成为零。此时，流动管的速度为零，所施加的卡理奥理斯力和产生的卡理奥理斯偏转也为零。这样，当流动管300在其第一弯曲方式下在由该驱动信号引起的最大正和负偏转之间正弦振动时，图5所示的正弦卡理奥理斯响应在驱动频率下振幅正弦变化。为清楚起见，图5和6所示的卡理奥理斯位移的振幅大大放大。实际上该振幅比流动管300的第一弯曲方式的振幅小很多，因为第一弯曲方式是在该流动管的共振频率下驱动，而卡理奥理斯方式不是。在所有图中表示的卡理奥理斯变形都大大放大。
在现有技术流量计中与物质流量关联的相位延迟是流动管的第一弯曲(驱动)方式和卡理奥理斯偏转叠加的结果。在图5中可以看到，右边的速度传感器SR比左边的速度传感器早通过零位移。可以说，左边的传感器及其输出电压滞后于右边的传感器及其输出电压的相位。相反，也可以说，右边的传感器SR超前于左边的传感器SL的相位。该相位差(或时延)正比于卡理奥理斯引起的位移，其依次正比于物质流量速率。
本发明涉及移动平衡杆的各种方式形状的频率顺序。这些振动方式按照它们的形状而不是按照它们的频率顺序确定。以下第一弯曲方式指图3所示方式。第二弯曲方式有图5所示的形状。一个有用的规则是方式数等于节点数减1。第一方式有两个节点(在端部)。第二方式有3个(两端和中心)。第三弯曲方式有4个节点，等等。
在常规的单管卡理奥理斯流量计中，平衡杆仅在第一弯曲方式下振动，缺乏对流动管的卡理奥理斯力任何响应。图6表示一个单管卡理奥理斯流量计600，其具有流动管601和平衡杆602，其用在平衡杆602的端部的撑杆603和604连接。图6的实线表示流动管601和平衡杆602在其在具有物质流量的第一弯曲(驱动)方式下通过零位移轴线303时的情形。在图6的平衡杆602上不出现卡理奥理斯偏转。虚线表示流动管和平衡杆在第一弯曲(驱动)方式下它们振动的向外程度。
图1是一个矢量图，公开如在图6中表示的常规单直管卡理奥理斯流量计产生的振动速度。流动管在右速度传感器SR处的响应是矢量103，其具有超前相位Φ管，其用矢量103和实轴线102之间的角表示。平衡杆的振动速度从轴线102无相位移，因为平衡杆不受在流动管上产生的卡理奥理斯力影响。平衡杆矢量(106)表示为沿实轴线102，标记为V平衡杆。流动管和平衡杆速度的矢量和是105。矢量105有相位角Φ净，表示流动管和平衡杆的组合矢量速度和相位。注意，右传感器SR输出的净相位角小于为该管单独的相位角。相位角(和灵敏度)的减少是由于在常规单管流量计中缺乏平衡杆的相位移。
如图7所示，本发明的一个实施例提供一个平衡杆，其第二弯曲方式频率稍低于第一弯曲方式驱动频率。流动管601的卡理奥理斯引起的偏转通过撑杆603和604激励平衡杆的第二弯曲方式。平衡杆602在第二弯曲方式下振动的振幅正比于流动管601的卡理奥理斯偏转振幅，从而正比于物质流量速率。平衡杆602在图7中的第二弯曲方式下的振动振幅也是一个区分第一弯曲方式(驱动)频率和平衡杆第二弯曲方式共振频率的函数。平衡杆的第二弯曲方式频率越接近第一弯曲方式(驱动)频率，则平衡杆在其第二弯曲方式下的振动振幅越大。这一关系详细示于图9，它是平衡杆在其第二弯曲方式下的振动振幅相对于在第一弯曲方式(驱动)频率和平衡杆602第二弯曲方式共振频率之间比率的坐标图。X轴线902指示第一弯曲方式(驱动)频率和平衡杆的第二弯曲方式共振频率之间的比率。Y轴线901表示平衡杆602的卡理奥理斯响应的放大因子。可以看出，在平衡杆602中引起的卡理奥理斯响应当在驱动频率和平衡杆的第二弯曲方式共振频率之间的比为1.0时最大。平衡杆的卡理奥理斯响应904在图9上的两个频率的比变得大于1.0时从其最大值向零减小。平衡杆的卡理奥理斯响应还在这两个频率的比变得小于1时从其最大值减小。图9表示当两个频率相对接近时平衡杆在其第二弯曲方式下的振动振幅Abb可以比流动管601的卡理奥理斯引起的振幅高很多。后面将会说明，本发明的优选实施例在下述条件下工作，即第二弯曲方式共振频率稍低于第一弯曲方式(驱动)频率。在这种条件下，频率比稍大于1。对另一个实施例，两频率之间的比率可以稍小于1。在那时，操作卡理奥理斯流量计，使其在图9上的响应904稍微位于表示比率1.0的横坐标903的左边。
平衡杆第二弯曲方式振动相对于流动管的卡理奥理斯偏转的相位依赖于其第二弯曲方式共振频率相对于第一弯曲方式(驱动)频率的关系，如图10所示。记住，不是驱动方式激励平衡杆的第二弯曲，而是流动管在驱动频率下发生的卡理奥理斯偏转。如果平衡杆第二弯曲方式共振频率高于第一弯曲方式(驱动)频率(比率小于1.0)，则平衡杆第二方式与流动管卡理奥理斯振动同相振动，如图8所示。如果平衡杆第二方式频率低于驱动频率(比率大于1.0)，则平衡杆第二方式不与流动管卡理奥理斯振动同相振动，如图7所示。
当平衡杆第二弯曲方式不与流动管卡理奥理斯偏转同相，如图7所示，则左速度传感器SL的磁铁和线圈两者都滞后于流动管中点，而右速度传感器SR的磁铁和线圈两者超前流动管中点。每一传感器的信号输出不再有其减去平衡杆的零相位移的相位(图1)，如在现有技术流量计中那样。此外，平衡杆602的第二弯曲方式的振动振幅(从而速度传感器相位位移)可以通过设计其共振频率接近于驱动频率而大大增加。这使流量计的灵敏度大大增加。
图11表示其平衡杆第二弯曲方式频率稍微低于第一弯曲方式(驱动)频率的卡理奥理斯流量计的矢量图。x轴线1102表示一个矢量的实速度分量。y轴线1101表示一个矢量的虚分量。平衡杆速度矢量是1103。流动管速度矢量是1104，且如图所示，流动管矢量1104的相位位移Φ管小于平衡杆矢量1103的相位位移Φ平衡杆。速度传感器SR输出的净信号是平衡杆矢量1103和流动管矢量1104的矢量和(相位和振幅)。矢量1105表示速度矢量SR的净输出信号，它有一个相对于x轴线的相位差Φ净。因为传感器SR的净相位大于流动管的相位，可以看到这一几何图形具有比图6的现有技术流量计较高的灵敏度，现有技术流量计的矢量图示于图1。
图8表示一个实施例，这里，平衡杆第二弯曲方式频率稍高于第一弯曲方式驱动频率。流动管601和平衡杆602在第一弯曲方式下彼此以不同相驱动，使其处于卡理奥理斯第二弯曲方式中的相位中。这使得每一速度传感器的两部分，(磁铁和线圈)彼此在相位上取消。图8中，在流动管上的右速度传感器SR的分量已经通过零(超前相位)，而平衡杆的上的SR的分量尚未通过零(滞后相位)。当这两个速度矢量相加时，就像它们为传感器电压输出，相位超前和滞后趋向于彼此取消。
图12表示为平衡杆的矢量相加，该平衡杆的第二弯曲方式频率稍高于第一弯曲方式驱动频率。流动管的右传感器分量的速度矢量1204从x轴线1202偏置角度Φ管。平衡杆上的右传感器分量的速度矢量1203表示在第四象限并从x轴线偏置角度Φ平衡杆。流动管矢量1204和平衡杆矢量1203的矢量和为矢量1205并从x轴线1202偏置角度Φ净。可以看出，矢量1205的净相位现在在负第四象限。加在流动管正相位上的平衡杆上的负相位足以减少相位(和灵敏度)到负区域。这真正指得是正物质流量将产生在负方向上的一个指示流。通过改变该指示流速率的符号处理这一点，但是有另外一个理由，亦即使平衡杆第二弯曲方式频率稍高于驱动频率为什么不被喜欢。
图7的结构也优选用来改善流量计平衡，其中平衡杆第二弯曲方式频率低于驱动方式频率。在该构形中，流动管601上的卡理奥理斯力可以用平衡杆的第二弯曲方式响应来平衡。在常规单管卡理奥理斯流量计中，平衡杆仅动态平衡在第一弯曲(驱动)方式下的流动管的惯性力。平衡杆的第二弯曲方式在比流动管的卡理奥理斯变形(其发生在驱动频率下)高得多的频率下发生。因此，第二弯曲方式在现有技术单管卡理奥理斯流量计的平衡杆中不被激励。这导致如图6中的卡理奥理斯力不平衡并发生流量计摇动。摇动振幅是流动速率和安装刚性两者的函数，其可以引起流量计灵敏度的移动，因为在速度传感器和振动端节点之间的距离的移动。因为安装刚性一般不知道，因此灵敏度移动不能预测或补偿。
在本发明的卡理奥理斯流量计中，平衡杆的平衡杆第二弯曲方式由流动管的卡理奥理斯偏转激励。当平衡杆第二弯曲方式频率低于第一弯曲方式驱动频率时两种方式彼此不同相振动，平衡杆的第二弯曲方式的惯性振动力极大地取消在流动管上的卡理奥理斯力的摇动效果，如图7所示。因为平衡杆为其第二弯曲方式的激励源是流动管的卡理奥理斯偏转，因此平衡杆的第二弯曲方式的振动振幅随流动管上的卡理奥理斯力增加而增加。这在所有流动速率上提供同样程度的动态平衡。
这样讨论了两个实施例具有高于第一弯曲方式(驱动)频率的平衡杆第二弯曲方式频率的实施例和优选的平衡杆第二弯曲方式频率低于第一弯曲方式(驱动)频率的实施例。第三种可能性是使两个频率相等。这一点是可能的，并且是最灵敏的和最平衡的实施例。然而，它有一个主要的问题。流动管和平衡杆两者都在它们的第一弯曲方式下驱动(其现在等于平衡杆第二弯曲方式频率)。第一弯曲方式的振动频率随流动物质的密度改变，因为与该流动管相关联的质量随流动物质的密度改变。然而，平衡杆第二弯曲方式的频率不显著随流量密度改变，因为它不包含流量。这产生这样一种情形，其中两个频率(驱动和第二弯曲)只为一种物质密度配合。对于较轻物质，平衡杆第二弯曲方式频率低于第一弯曲方式(驱动)频率，而对较重物质，其高于第一弯曲方式(驱动)频率。对于轻物质，流动管和平衡杆于是在第二弯曲卡理奥理斯方式下不同相振动；对重物质，它们在第二弯曲卡理奥理斯方式下同相振动。此外，当平衡杆第二弯曲方式频率紧邻驱动频率时(图9)，流量计灵敏度振幅的放大极大地随物质密度变化。这一移动的流量计灵敏度可以根据频率以电方式补偿。然而，为高的流量计稳定性，最好的设计是使平衡杆第二弯曲方式频率远低于第一弯曲方式驱动频率，足以使没有预期的包含的流量密度可以引起频率配合。最好的设计具有足够接近的频率，以激励在其第二弯曲方式下的平衡杆。
设计细节前面的说明涉及平衡杆的第二弯曲方式频率对第一弯曲方式驱动频率的希望的关系。优选实施例具有足够低于第一弯曲方式驱动频率的第二弯曲方式频率，使得高密度物质不引起两个频率交叉。使第二弯曲方式频率低于第一弯曲方式驱动频率是一些人称为不可能的唯一情形。关于这一点的设计细节下面实现。
决定一个振动结构的共振频率的两个因子是质量和弹性率。共振频率的等式是ω=KM]]>式中，k＝弹性率，M＝质量。
为使第二弯曲方式频率低于第一弯曲方式(驱动)频率，必须对常用平衡杆进行改变，既提高其第一弯曲方式(驱动)频率，并降低其第二弯曲方式频率。增加质量和降低弹性率(刚性)都起降低频率的作用。为降低第二弯曲方式的共振频率，使其低于第一弯曲方式驱动频率，需要在平衡杆的质量和刚性在一种方式下比在另一种方式下具有更大意义的区域修改它们。改变在低振动振幅的区域中的质量很少有效果。相似地，改变在低弯曲转矩区域中的刚性k很少有效果。
图13和14表示平衡杆1301的第一和第二弯曲方式的方式形状和弯曲转矩的图表。为软化(降低)在第二弯曲方式下的k而不软化在第一弯曲方式下的k，可以在其弯曲转矩在第一弯曲方式下接近零而在第二弯曲方式下高的那些区域减小平衡杆1301的刚性。图13和14的虚线i和ii表示这两个位置为1306和1308。在位置1306和1308降低平衡杆1301的刚性k对图13的第一弯曲方式的频率很少影响，因为流动管较直，并在第一弯曲方式下在这些位置具有低弯曲转矩。这样，降低位置1306和1308的刚性不影响第一弯曲方式(驱动)频率。然而，如图14所示，位置1306和1308具有为第二弯曲方式的高弯曲转矩。这样，降低平衡杆在其位置1306和1308处的刚性和弹性率也降低第二弯曲方式频率。
可以通过增加下述区域的刚性来提高平衡杆1301的第一弯曲方式频率，在这些区域它在第一弯曲方式下有高弯曲转矩，第二弯曲方式有接近零的弯曲转矩。图14的线iii表示这一位置为1307。对图13和14的检查指示在位置1307，平衡杆1301在图13它的第一弯曲方式下具有高弯曲转矩，和在图14的它的第二弯曲方式下有低弯曲转矩。这样，在区域1307刚性逐渐增加的平衡杆将具有较高驱动频率，同时使图14的第二弯曲方式频率不受影响。
为相对于第一弯曲方式频率进一步降低第二弯曲方式频率，可以在第二弯曲方式下具有高振幅和在第一弯曲方式下具有低振幅的那些区域增加平衡杆1301的质量。这是图13-17上的位置i和ii。此外，减少图13-17上的平衡杆1301的线iii部分的质量将提高驱动频率而不影响第二弯曲方式频率。如从图13和14可见，因为为第一弯曲方式的振动振幅在位置1307是高，而为第二弯曲方式的振动振幅是低，如图14所示。所以，从平衡杆的位置1307去掉一些质量将提高驱动频率，但不影响第二弯曲方式频率。
图15表示这一设计的一个实施例。平衡杆1503的刚性通过从其中间区域元件1506的每一侧的部分1508和1509去掉物质而减小。这只稍微提高驱动频率但是它显著降低第二弯曲频率。另外，质量1504和1505加到平衡杆1503减小刚性区域1508和1509以外的部分。这进一步降低第二弯曲方式频率。从平衡杆1503的中间部分1506去掉质量，留下一个空穴1507。图6表示最终的驱动方式形状，而图17表示为图15的流量计的最终的卡理奥理斯第二弯曲方式形状。
图18表示本发明的另一实施例，它使用伸缩管1808和1809以减小平衡杆刚性。图18的实施例就其具有一个可与图15的元件1506相比的中心元件1806来说类似于图15、16和17的实施例，。图18的实施例另外具有一个与图15的元件1507相比减小的质量区域1807。它也具有可与图15的附加的质量相比的附加的质量1504和1505。图18上的柔性的伸缩管1808和1809具有比图15上的元件1508和1509减小的刚性。图18的实施例的这些特征用作以与用于图15的实施例的场合同样的方式提高驱动频率和降低第二弯曲方式的频率。
为图15-18说明的这些设计特征可以最好地把平衡杆1503的第二弯曲方式频率向下减小到第一弯曲方式(驱动)频率。这可以通过假设平衡杆1503的中心部分无质量和平衡杆的减小刚性区域无刚性而说明。在这一极端的场合，平衡杆的中心部分可以完全忽略，平衡杆的行为类似于两个独立的悬臂杆1511(图19)。于是，第一弯曲(驱动)方式形状看起来像图20，而卡理奥理斯第二弯曲方式形状看起来像图21。平衡杆形状在驱动方式和第二弯曲方式之间无差别，除了在图20的驱动方式，两个平衡杆杆端1511同相，在图21的第二弯曲方式下它们彼此不同相。因为平衡杆杆端不连接，所以它们彼此的相位关系对它们的共振频率无差别。这样图21的第二弯曲(不同相)方式具有等于图20的第一弯曲(同相)方式的频率。
可以通过改变平衡杆的弹性刚度使其在第二弯曲方式下具有比在第一弯曲方式下较小刚性来实现为降低第二弯曲方式频率低于驱动频率所需要的最后设计特征。这一设计特征的本质在于使平衡杆做得极度硬(除了图22的两个减小刚性区域1508和1509)，使得大部分弯曲发生在撑杆1502。然后平衡杆1503的净刚性成为在平衡杆1503和流动管1501之间振动振幅比率的函数。平衡杆在元件1511处做得硬。它的效果是从平衡杆1503去掉有效弹性和在撑杆1502集中该弹性，使得弹性邻近端节点。于是移动节点位置可以对平衡杆的有效弹性率有显著影响。
在图22中，流动管1501和平衡杆1503具有相等的驱动方式振动振幅。图23表示同样的平衡杆驱动方式振动振幅，连同一个近零的流动管振动振幅。在这两个图中，撑杆1502具有在流动管1501和平衡杆1503之间的一个静止的节点平面2201。静止节点平面2201是一个零振动平面，无论是流动管还是平衡杆都不振动。在图22中，因为相等的振动振幅，静止节点平面2201近似位于流动管1501和平衡杆1503的半路。在图23中，流动管1501具有低得多的振动振幅(和较大质量)，因此在撑杆1502上的静止节点平面2201位于非常接近流动管1501的地方。至于该系统的动力学，静止节点平面2201在每一撑杆1502上标记平衡杆1503弹性区域的端部。图22的平衡杆1503的有效弹性越短，则它比图23的平衡杆1503的更长有效弹性给出越高的有效刚性。由于更多的平衡杆1503的弹性功能处于撑杆1502内，较高的流动管/平衡杆振幅比较低的振幅比导致较短和较硬有效平衡杆弹性区域。这样设计流量计，使得它在第一弯曲(驱动)方式比在卡理奥理斯第二弯曲方式具有较高流动管/平衡杆振幅比，可以导致卡理奥理斯第二弯曲方式具有比第一弯曲(驱动)方式更低的共振频率。这在下面解释。
在驱动方式下的振动振幅比由两振动部件的质量和刚性决定。如果流动管1501和平衡杆1503具有相等的共振频率(和它们必须用于一个动态平衡的流量计)，则下述关系成立K1M1=KbbKbb]]>另外，转矩守恒定律有M1V1＝MbbVbb从这两个定律看出，振动振幅比是质量比的逆，还看出质量比和刚性比必须相等A1Abb=MbbM1=KbbK1]]>因此，平衡杆1503具有比流动管1501更低的振动振幅，平衡杆需要具有比流动管更大的质量和刚性。
以下述方式把驱动频率提高使高于卡理奥理斯第二弯曲方式频率。在第一弯曲方式下在流动管1501和平衡杆1503之间的振动振幅比使之为高。这通过使平衡杆1503及其元件1511与流动管1501相比重和硬而实现。其结果是，撑杆1502上的静止节点平面2201接近平衡杆1503。这使得平衡杆1503(在驱动方式)的弹性比高。然而，在卡理奥理斯第二弯曲方式下振幅比相反。流动管卡理奥理斯偏转振幅低，因为它不是由该卡理奥理斯力以其共振频率驱动。在第二弯曲方式下的平衡杆振幅高，因为它由流动管1501以其或接近它的第二弯曲方式共振频率激励。因而在卡理奥理斯第二弯曲方式下的流动管/平衡杆振动振幅比低而导致静止节点平面接近流动管1501。这使得在卡理奥理斯第二弯曲方式下平衡杆弹性较长和平衡杆弹性比低。这降低第二弯曲方式频率。图24表示具有低振幅比的卡理奥理斯第二弯曲方式。因为振动振幅比在驱动方式下高，而在卡理奥理斯第二弯曲方式下低，因此平衡杆弹性(其位于撑杆1502内)在驱动方式下比在卡理奥理斯第二弯曲方式下更硬。这使得第二弯曲方式比第一弯曲驱动方式能精确具有一个较低的频率。
总而言之，有4种设计特征表征本发明。第一，在平衡杆1503的中心区域1506的两侧减小其刚性。这降低平衡杆第二弯曲共振频率。这通过柔性和具有低弹性比的元件1508和1509实现。第二，使平衡杆1503的质量在其中心区域1506减小而在紧靠减小刚性区域1508和1509的外部增加。这提高驱动频率和降低平衡杆第二弯曲方式频率。第三，使平衡杆1503在其横杆元件1511处硬，使得振动结构的很多弹性发生在撑杆1502内。这使平衡杆弹性刚度成为流动管和平衡杆之间振动振幅比的函数。第四，流动管1501和平衡杆1503的相对质量和刚性是这样的，即振动振幅比(流动管/平衡杆)在驱动方式下比在卡理奥理斯第二弯曲方式下更高。这允许平衡杆第二弯曲方式具有稍小于第一弯曲(驱动)方式的共振频率。不一定使用所有这些设计特征来实现体现本发明的卡理奥理斯流量计的灵敏度的增强。只需要使用足够的这些特征减小平衡杆1503第二弯曲方式频率使低于驱动频率。
本发明的上述实施例采取在流动管旁具有一个平行的平衡杆的单直管形式。这一点仅为阐述本发明的概念。本发明的原理和设计特征可同样好地应用于具有集中平衡杆的单直管卡理奥理斯流量计(图25)以及具有集中平衡杆的单曲管流量计(图26)。优选实施例是具有图25的集中平衡杆的单直管。为清楚起见，图25和图26把平衡杆的前一半去掉，以便可以看见流动管。图25是一个最简单和最紧凑的实施例。增强灵敏度的平衡杆2503增加其灵敏度到其准确性可以与曲管卡理奥理斯流量计竞争的程度。
图25的实施例相似于图22-24的实施例，除了平衡杆2503与围绕的流动管2501同心之外。平衡杆2503在其端部用撑杆2502连接到流动管2501。平衡杆2503的中心部分由于空隙2507而重量轻。部分2508和2509的刚性减小。平衡杆2503还有增加的质量元件2504和2505，相应于图22-24上的元件1504和1505。图25的实施例的设计允许平衡杆2503的第二弯曲方式频率稍低于第一弯曲方式(驱动)频率而提供前面为图22-24的实施例叙述的同样的优点。
图26公开的实施例相对于图25的实施例大部分相似，除了流动管2601及其围绕的同心平衡杆2603不是直的，而是在部分2615和2616水平向上弯曲，在2615和2616处它们向上延伸直到在区域2617和2618从竖直向水平过渡。撑杆2603的中心部分2606有一个低质量区2607，其由一个空穴和长形元件2608和2609组成，长形元件2608和2609另外有低弹性率。元件2604和2605以与图25的实施例的元件2504和2505同样的方式以及与图22-24的实施例中的元件1504和1505同样的方式提供附加质量。
在图25中，流量计电子元件2420经由2423给驱动器D施加驱动信号，驱动器D与邻近的磁铁M结合以共振驱动频率使流动管2501与平衡杆2503不同相振动。通过在振动的流动管中的物质流量，卡理奥理斯力施加在流动管上，以偏转其左手部分相对于其右手部分不同相，其在本技术中公知。通过左传感器SL和右传感器SR检测这些卡理奥理斯偏转。表示这些卡理奥理斯偏转的信号通过路径2421和2422施加在流量计电子装置2420上，其以常规方式处理该信号以产生有关流动物质的输出信息。这一信息施加在路径2424上，且可以包括物质密度、物质流量动速率等。在图25中，驱动器D、左传感器SL和右传感器SR每一个包括一个线圈/磁铁对，磁铁用M指示，并连接在靠近每一线圈/磁铁对的线圈SL、D和SR的流动管上。
图26的实施例相似地与可和流量计电子装置2420相比的电子装置(未示出)关联。图26的实施例在图26的视图中相似地具有驱动器D、左传感器SL和右传感器SR(都没有示出)，因为流动管在垂直图26表示的平面内振动。在该视图中，在图26上只能看见与传感器SL(未示出)相关联的左磁铁M和与驱动器D(未示出)相关联的中心磁铁M以及与传感器SR(未示出)相关联的右磁铁M。
可以清楚理解，所要求的发明不限于优选实施例的说明，而是包括在本发明概念的范围和精神之内的其它修改和变化。
权利要求
1.一种操作卡理奥理斯流量计的方法，该流量计具有一个流动管(2501)和一个基本平行于所述流动管取向的平衡杆(2503)，且其另外具有用于将所述平衡杆连接到所述流动管的撑杆装置(2502)；所述方法包括步骤使物质流量过所述流动管；在驱动方式下使所述流动管和平衡杆彼此相互在不同相振动，该驱动方式的驱动频率基本等于所述充填物质的流动管和所述平衡杆的共振频率；在具有所述物质流量的所述振动流动管中引起周期的卡理奥理斯偏转；所述周期的卡理奥理斯偏转以偏转区域以及无偏转的节点为特征；其特征在于，所述方法还包括步骤响应所述流动管的所述卡理奥理斯偏转在所述平衡杆上以所述驱动频率引起类似卡理奥理斯偏转；所述类似卡理奥理斯偏转具有和所述周期卡理奥理斯偏转同样数目的节点；所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一个感应振动方式，其具有一个足够接近所述周期的卡理奥理斯偏转的频率的共振频率，以增加在所述平衡杆中的所述类似卡理奥理斯偏转的振幅；所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转具有正比于具有物质流量的所述振动流动管的周期卡理奥理斯力的大小的振幅；检测所述流动管的速度相对于所述平衡杆的速度；产生表示所述流动管的所述速度和所述平衡杆的所述速度的信号(SL、SR)；以及响应所述信号的所述产生导出关于所述流动物质的信息(2520)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括引起所述感应方式振动的步骤，所述感应方式振动具有一个小于所述驱动频率的共振频率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括引起所述感应方式振动的步骤，所述感应方式振动具有一个大于所述驱动频率的共振频率。
4.如权利要求1所述的方法，其中，引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括引起所述感应方式振动的步骤，所述感应方式振动具有一个等于所述驱动频率的共振频率。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在所述平衡杆(2503)中的所述感应振动步骤包括从所述流动管通过所述撑杆延伸指示所述周期的卡理奥理斯偏转的力到所述平衡杆上，以引起在所述平衡杆上类似卡理奥理斯偏转的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中，振动所述平衡杆(2503)的所述步骤包括步骤响应所述周期的卡理奥理斯偏转弯曲所述流动管的端部，以弯曲撑杆装置(2502)的第一端；和响应所述第一端的所述弯曲弯曲所述撑杆的第二端，以引起所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在所述振动平衡杆(2503)上引起所述类似卡理奥理斯偏转的所述步骤包括步骤在所述平衡杆(2503)上在第二弯曲方式下引起所述类似卡理奥理斯偏转，所述第二弯曲方式具有一个基本等于所述驱动频率的共振频率；和通过在所述平衡杆上以所述平衡杆的一第二弯曲方式共振频率、以比所述流动管在所述周期的卡理奥理斯偏转频率下的所述卡理奥理斯偏转的振动振幅大的振幅引起所述类似卡理奥理斯偏转，来操作所述平衡杆作为机械放大器。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括从所述平衡杆传递所述平衡杆(2503)的有效弹性到所述撑杆装置(2502)的步骤，以降低所述平衡杆的第二弯曲方式共振频率。
9.如权利要求1所述的方法，其还包括通过降低所述平衡杆的有效弹性降低所述平衡杆的所述感应振动的共振频率的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括通过提供所述平衡杆的至少一个柔性部分连同在所述平衡杆的至少另一部分上提供增加的质量(2504)来降低所述平衡杆(2503)的所述感应振动的频率的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括在所述平衡杆的至少一部分中提供一个空穴(2507)的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括通过在所述附加方式下在所述平衡杆的高弯曲转矩的位置提供所述平衡杆的柔性部分(2508、2509)来降低所述平衡杆的所述引起的振动的共振频率的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，其还包括维持在所述撑杆(2502)中的所述振动流动管(2501)和所述平衡杆(2503)的端节点的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述维持步骤包括提供所述平衡杆(2503)的刚性部分(2511、2506)和所述平衡杆的不包括刚性部分的柔性部分(2508、2509)。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯的偏转与所述流动管的周期的卡理奥理斯的偏转为不同相。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述驱动方式包括第一弯曲方式，且其中所述平衡杆的所述引起的振动包括所述平衡杆的第二弯曲方式。
17.如权利要求16所述的方法，其还包括通过提供所述平衡杆的中心部分(2506)和所述平衡杆的所述中心部分的每一侧上的柔性部分(2508、2509)连同提供所述中心部分的每一侧的增加的质量来降低所述平衡杆的所述第二弯曲方式的共振频率的步骤。
18.如权利要求16所述的方法，其还包括通过提供在所述平衡杆的高弯曲转矩的位置处的所述平衡杆的柔性部分(2508、2509)和在所述第二弯曲方式下的高振动振幅的位置处的增加的质量(2504、2505)来降低所述平衡杆(2503)的所述第二弯曲方式的所述共振频率的步骤。
19.如权利要求1所述的方法，其中，在所述平衡杆上引起的类似卡理奥理斯的偏转与所述流动管的周期的卡理奥理斯的偏转为同相。
20.一个卡理奥理斯流量计，其具有一个适于接收物质流量的流动管(2501)，一个基本平行于所述流动管取向的平衡杆(2503)和用于将所述平衡杆连接到所述流动管的撑杆(2502)装置；所述卡理奥理斯流量计还包括驱动装置(D)，用于在驱动方式下使所述流动管和平衡杆彼此相互在不同相振动，所述驱动方式具有一个基本相等于所述充填物质的流动管和所述平衡杆的共振频率的频率；其特征在于，所述方法还包括在具有所述物质流量的所述振动流动管中引起卡理奥理斯偏转；以偏转的区域和无偏转的节点为特征的所述周期的卡理奥理斯偏转；用于由具有与所述周期的卡理奥理斯偏转同样数目的节点的所述卡理奥理斯力偏转在所述平衡杆上引起类似卡理奥理斯偏转的装置(2502)；所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一个引起的振动方式，该方式具有一个足够接近所述周期的卡理奥理斯偏转的所述频率的共振频率以增加所述平衡杆中的所述类似卡理奥理斯偏转的振幅；所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转具有正比于在具有物质流量的所述振动流动管上的周期的卡理奥理斯力的大小的振幅；用于检测所述流动管的速度相对于所述平衡杆的所述速度的装置(SL，SR)；用于产生表示所述流动管的所述周期的卡理奥理斯偏转和所述平衡杆的所述类似卡理奥理斯偏转的信号的装置(SL，SR)；和用于响应所述信号的所述产生导出物质流量信息的装置(2420)。
21.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，用于振动所述平衡杆的所述装置(D)在所述平衡杆上引起所述类似卡理奥理斯偏转，所述引起的振动方式具有一个小于所述驱动频率的共振频率。
22.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，用于振动所述平衡杆的所述装置(D)在所述平衡杆上引起所述类似卡理奥理斯偏转，所述引起的振动方式具有一个大于所述驱动频率的共振频率。
23.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，用于振动所述平衡杆的所述装置(D)在所述平衡杆上引起所述类似卡理奥理斯偏转，所述引起的振动方式具有一个基本等于所述驱动频率的共振频率。
24.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，用于振动所述平衡杆的所述装置(D)从所述至少一个流动管通过所述撑杆装置延伸指示所述周期的卡理奥理斯偏转的力到所述平衡杆，以引起在所述平衡杆中的类似卡理奥理斯偏转。
25.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，用于在所述平衡杆上引起类似卡理奥理斯偏转的所述装置(D)响应所述周期的卡理奥理斯偏转弯曲所述流动管的端部，以弯曲所述撑杆的第一端；和响应所述第一端的所述弯曲弯曲所述撑杆的第二端，以引起所述平衡杆中的所述类似卡理奥理斯偏转。
26.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其还包括用于将所述平衡杆的所述引起的振动方式的共振频率降低到近似所述驱动频率的值的装置(2508、2509、2507)。
27.如权利要求26所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述降低装置包括在所述类似卡理奥理斯偏转中的高振动振幅的区域增加的质量(2504、2505)和包括在所述类似卡理奥理斯偏转的高弯曲转矩的位置处的所述平衡杆的柔性部分(2505、2508)。
28.如权利要求26所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述驱动方式包括第一弯曲方式，其中，所述平衡杆的所述引起的振动方式包括一个第二弯曲方式。
29.如权利要求28所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述降低装置还包括一个刚性中心部分(2506)和在所述刚性中心部分的每一侧的一个增加的质量(2504、2505)。
30.如权利要求29所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述降低装置还包括在所述刚性中心部分的每一侧的位置处的所述平衡杆的柔性部分(2508、2509)。
31.如权利要求30所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述降低装置还包括在所述中心部分内的空穴(2507)，用于提高所述驱动频率。
32.如权利要求29所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述柔性部分包括伸缩管(1808、1809)。
33.如权利要求27所述的卡理奥理斯流量计，其还包括用于减小所述平衡杆的有效弹性以减小所述平衡杆的所述引起的振动方式的频率的装置(2508、2509)。
34.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其还包括用于集中在所述撑杆内的所述至少一个流动管和所述平衡杆的有效弹性的装置(2508、2509、2504、2505、2507)。
35.如权利要求34所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述集中装置包括在所述平衡杆上的刚性部件(2511、2506)和在所述平衡杆不包括刚性部件的每一部分的柔性部件(2508、2509)。
36.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其还包括用于维持在所述撑杆内的至少一个流动管和平衡杆的端节点的装置(2508、2509、2504、2505、2507)。
37.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其包括一个基本直的流动管(2501)和一个基本直的平衡杆(2503)。
38.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其包括一个具有弯曲部分(2615)的流动管(2601)和具有一个弯曲部分(2611)的平衡杆(2603)。
39.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，所述引起的振动方式包括所述平衡杆的第二弯曲方式。
40.如权利要求1所述的方法，其中，在所述平衡杆中引起所述类似卡理奥理斯偏转的步骤包括引起所述类似卡理奥理斯偏转，以便引起具有一个接近所述驱动频率的共振频率的所述引起的振动方式的步骤。
41.如权利要求1所述的方法，其中，在所述平衡杆中引起所述类似卡理奥理斯偏转的步骤包括在所述平衡杆中引起类似卡理奥理斯偏转的步骤，所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一个引起的振动方式，其具有一个低于所述流动管振动的频率的共振频率。所述类似卡理奥理斯的偏转与所述流动管的所述卡理奥理斯的偏转为不同相，且其具有正比于具有物质流量的所述振动流动管上的周期的卡理奥理斯力的大小的振幅。
42.如权利要求20所述的卡理奥理斯流量计，其中，在所述平衡杆上引起卡理奥理斯偏转的所述装置包括在所述平衡杆上引起类似卡理奥理斯偏转的装置(2502)，所述类似卡理奥理斯偏转确定所述平衡杆的一种引起的振动方式，其具有一个低于所述流动管振动的频率的共振频率；在所述平衡杆上的所述类似卡理奥理斯偏转与所述流动管的所述卡理奥理斯偏转为不同相，且其具有正比于具有物质流量的所述振动流动管上的周期的卡理奥理斯力大小的振幅。
全文摘要
一种单管卡理奥理斯流量计,其具有一个增强对物质流量灵敏度的平衡杆。平衡杆的设计降低了其第二弯曲方式响应,使其具有一个可以比流动管共振驱动频率低的频率。平衡杆的第二弯曲方式频率的降低使具有物质流量的振动流动管的卡理奥理斯响应能从流动管通过撑杆延伸到平衡杆。这些卡理奥理斯力因为平衡杆降低的第二弯曲方式频率在平衡杆上引起类似卡理奥理斯响应振动。因为平衡杆的类似卡理奥理斯响应不与流动管的卡理奥理斯偏转同相或叠加在其上,因此增强流量计的卡理奥理斯响应。
文档编号G01F1/84GK1308722SQ99808209
公开日2001年8月15日 申请日期1999年5月28日 优先权日1998年7月1日
发明者C·B·范克莱维, C·P·斯塔克, G·T·兰哈姆 申请人:微动公司