[發明專利]科氏效應與差壓效應融合的微小質量流量傳感器

有效

• 申請號: 201310153271.6
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103278204A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 胡純;鄭德智;樊尚春;劉蓓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01F1/84
• 分類號: G01F1/84
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明涉及一種微小質量流量傳感器，將科氏效應與差壓效應相融合，在不同的流量范圍使用不同的測量方法，從而極大擴展量程比，屬于測試計量儀表領域，用于直接高精度測量微小質量流量。

背景技術

流量測量儀表是生產、節約能源、改進產品質量、提高經濟效益的重要工具，在國民經濟中占有重要的地位。廣泛應用于石油、化工、天然氣、環保、醫藥、衛生、食品、貿易結算、各種機器設備等各個領域。同時，隨著生物、醫療、食品衛生、微量化學等領域的發展，這些行業對小流量的精確測量和控制提出嚴格要求，因而推動了微小流量測量技術的快速發展。

科氏質量流量計(Coriolis?Mass?Flowmeter，CMF)以其直接測量質量流量的卓越優點受到廣泛的關注，其高精度、高可靠性和穩定性使得CMF在工業中得到越來越多的應用。CMF利用流體流過振動管道時產生的科氏效應對管道兩端振動信號相位或幅度的影響來測量流過管道的流體質量，同時，通過振動管諧振頻率的變化可以測量流體的密度，是一種高性能、多參數測量的諧振式傳感器。

國外對CMF的研究起步較早，主要的研究重點集中在測量管結構設計、建立模型分析、振動分析與抑制、數字信號處理單元、試驗驗證等方面，在微小流量測量方面也有相應的產品問世。如美國Micro?Motion公司生產的LF系列科氏質量流量傳感器可在0.001～27kg/h的范圍內對滴狀液體、漿料和氣體進行質量流量測量，測量精度可達±0.5%；德國西門子公司生產的MASS2100系列的科氏質量流量計可實現點滴流量測量，管徑可達到1.5mm，質量流量測量范圍0～65kg/h，測量誤差小于0.1%；德國E+H公司的Promass80A/83A質量流量傳感器，適用于小流量裝料和批量控制的連續測量，常用于添加劑和芳香劑、香水、去離子水、胰島素、粘合劑等小流量的測量，測量精度可達±0.1%。此外，國外有些高校利用MEMS加工工藝研制出微型科氏質量流量傳感器，測量范圍更為微小，極大擴展了CMF的應用范圍。

國內開展CMF的技術研究比國外晚二十多年，目前，市面上可獲得的具有一定市場份額的主要是口徑為DN5～DN100的大中型質量流量計，在小口徑、微流量領域的研究和開發相對緩慢。例如，太原太航流量工程有限公司的傳感器口徑最小只能做到Φ3；北京首科實華自動化設備有限公司的DMF-1-1-AB型號的質量流量傳感器通徑為1.5mm，流量測量范圍為0～4kg/h。但測量精度和穩定性方面與國外產品相比具有一定的差距。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供了一種科氏效應與差壓效應融合的微小質量流量傳感器，將科氏效應測量方法與差壓檢測方法相融合，在不同的流量范圍使用不同的測量方法，從而極大擴展量程比，實現對微小質量流量的高精度寬量程測量。

本發明的技術解決方案：科氏效應與差壓效應融合的微小質量流量傳感器，包括：矩形測量管1、第一測量管接頭2、第二測量管接頭3、激振器4、第一檢測器5、第二檢測器6、固定塊7、第一引壓口8、第二引壓口9、安裝底板10、入口管11和出口管12；入口管11與出口管12對稱安裝于固定塊7正面兩端；矩形測量管1兩端接口分別焊接第一測量管接頭2和第二測量管接頭3，第一測量管接頭2和第二測量管接頭3分別安裝在固定塊7的入口15和出口16上，固定塊7通過螺栓固定在安裝底板10上；固定塊7上表面兩端對稱分布有第一引壓孔13和第二引壓孔14，用于焊接第一引壓口8和第二引壓口9，分別將入口管11與出口管12的流體介質壓力引入到外接的微差壓傳感器；

矩形測量管1包括入口直管段18、中間直管段19和出口直管段20，入口直管段18與中間直管段19之間采用第一平滑圓弧段21過渡，中間直管段19與出口直管段20之間采用第二平滑圓弧段22過渡，以盡量減小壓損；

激振器4采用電磁激勵方式，由平面線圈24與餅狀永久磁鐵25同軸配合使用，其中平面線圈24通過線圈骨架支架23安裝在安裝底板10上，餅狀永久磁鐵25則通過磁鐵支撐骨架26固定在矩形測量管1中間直管段19的中心軸線位置，餅狀永久磁鐵25的質量要求盡量小，從而減小附加質量的影響，但過小會使得激勵效率降低；