解决方案
通过本发明，上述及其它问题得到了解决并且在技术上取得了进
步，按照本发明，提供了一种用于单直管科氏流量计的方法及装置，
其具有一平衡杆，该平衡杆包括一个附加的动力结构，叫作平衡杆共
振器。该共振器起到三个作用，从而增大了由流量计产生的输出信息
的准确度。
第一个作用是，平衡杆共振器产生转矩，这些转矩通过平衡杆被
施加到流量管上，从而抵销了由科氏力施加到流量管上的转矩。这减
小了由所施加的科氏力引起的流量计的振动。由平衡杆共振器所起的
第二个作用是，共振器转矩施加到平衡杆上，减小了由流量管的科氏
偏转传授给平衡杆的科氏样偏转(同步偏转)的幅度。这些流量管的
偏转在平衡杆上产生了同相科氏样偏转，后者反过来又降低了流量计
的灵敏度。该平衡杆共振器附着在平衡杆的纵向中心处，从而消除了
同相科氏样偏转。于是，由平衡杆共振器所引起的这些科氏样偏转幅
度的减小增大了流量计的灵敏度。由转矩所起的第三个作用是，在物
质密度的范围内提供了稳定的流量计灵敏度(正如后面所讨论的)。
该平衡杆共振器包括一个与平衡杆取向平行并在其旁边的相对刚
性杆。该平衡杆共振杆的重量附着在其端部(如果必需的话)，从而
减小了平衡杆共振器工作方式的共振频率。通过一称作支柱(strut)
的部件，平衡杆共振器在其中心处耦连到平衡杆的中心上。该平衡杆
共振器与支柱以其驱动方式平放在流量管和平衡杆的振动平面上。平
衡杆共振器的工作方式是转动的振动方式，其中当支柱弯曲时该刚性
共振杆在驱动平面上转动。平衡杆共振器的工作方式具有一个与驱动
频率分离并比其低的共振频率。
(没有流量)的驱动振动不会引发平衡杆共振器的工作方式，这
是因为支柱所附着的平衡杆的纵向中心不经受转动，而只是位移。带
有平衡杆的支柱位移导致平衡杆共振器位移，但是却不引发平衡杆共
振器上的转动振动工作方式，这是因为平衡杆共振杆是刚性的并与支
柱同步。它引起平衡杆的科氏样偏转，从而引发平衡杆共振器上的振
动工作方式。这些偏转导致平衡杆中心的转动和平衡杆共振器支柱的
弯曲。因为平衡杆共振器工作方式的共振频率比科氏样偏转(驱动频
率)所应用的频率低，所以平衡杆共振器与平衡杆的科氏样偏转异相
而振动。于是，支柱的弯曲将一个转矩施加到平衡杆的中心上，从而
倾向于减小平衡杆中心的转动并减小平衡杆科氏样偏转的幅度。平衡
杆共振器以平衡杆共振器的转动方式，象平衡杆的动力平衡器一样工
作。该平衡杆共振器还如同一个动力平衡器，其中它使平衡杆的科氏
样偏转减小的程度和驱动频率与共振器工作方式的振动频率的分离成
反比。非常近的分离导致科氏样偏转几乎完全消除，而较大的分离导
致消除的程度极小。由于平衡杆的科氏样偏转导致仪表对流动的灵敏
度下降，因此由平衡杆共振器所导致的偏转的消除增大了仪表的流量
灵敏度。
频率分离所导致的科氏样偏转消除程度的变化可用来消除仪表随
材料密度而发生的灵敏度变化。以前已经显示，流量管/平衡杆幅度比
的变化是如何使仪表的灵敏度随着材料密度的增大而减小的。也已经
显示，平衡杆共振器是如何将平衡杆的科氏样偏转减小到这样一个程
度：即，该程度和驱动频率与工作方式的共振频率之间的频率分离成
反比。通过利用频率分离的特性以及材料密度增大时仪表的驱动频率
减小的事实，平衡杆共振器可用来使流动的灵敏度不依赖于材料密
度。
当材料密度增大时，由于振动系统质量的增加而使驱动频率减
小。由于平衡杆共振器工作方式的共振频率在驱动频率之下，并且由
于它不依赖于材料密度，因此材料密度的增大导致驱动频率与共振器
工作方式的共振频率之间的频率分离减小。频率分离的减小导致平衡
杆共振器的共振幅度增大以及平衡杆科氏样偏转的减小。该减小导致
仪表随着材料密度的增大其灵敏度也增大。随着材料密度的增大而增
大的仪表灵敏度被用来恰恰消除由变化的幅度比所导致的随着材料密
度的增大而减小的灵敏度。当具有高密度材料的驱动频率等于或稍微
高于共振器工作方式的振动频率时，由平衡杆共振器导致的随着密度
的增大而增加的灵敏度最高。由高密度材料所增加的分离导致随着密
度的增大灵敏度增加得较少。于是，由平衡杆共振器所导致的灵敏度
的增加可被用来消除由驱动频率与共振器的共振频率之间的适当的初
始间隔所导致的灵敏度的减小。
以前已经说明，有几个良性原因导致具有响应流量管的科氏偏转
的平衡杆。在流体密度范围内具有流量灵敏度稳定的仪表是其中一个
原因。如果平衡杆具有足够的刚性，从而使同步科氏样偏转不明显，
则幅度比就会发生足够的变化，从而随密度来改变流量计的流量灵敏
度。但是没有什么可以引发平衡杆共振器的工作方式，也没有足够的
平衡杆科氏样偏转来选择性消除灵敏度的变化。
正如所讨论的，平衡杆共振器将一个转矩施加到平衡杆上，以便
使流动的灵敏度最佳。此转矩与由材料流量施加到流量管上的科氏转
矩成比例并相反。即使平衡杆共振器的转矩被施加到平衡杆上，而材
料转矩被施加到流量管上，二者最终也是被施加到仪表外壳和凸缘
上。于是，该平衡杆共振器转矩减小了外壳上的净转矩，并使仪表振
动较小以及由仪表振动而导致的有关仪表的输出数据误差较小。
本发明的一个方面是，提供了一种适于接收材料流并具有以下部
件的科氏流量计：
一流量管(901)以及一个与所述流量管取向基本平行的平衡杆
(902)；
平衡杆装置(913)，它将所述平衡杆的端部耦连到所述流量管上；
驱动器(D)，该驱动器以驱动的方式振动相位相反的所述流量管
和平衡杆，该驱动方式的频率基本上等于所述材料充入的流量管和所
述平衡杆的共振频率，
所述材料流将周期性科氏力施加到所述振动的流量管上，从而产
生所述流量管的周期性科氏偏转，后者的特征在于偏转的区域以及没
有偏转的交点，
所述平衡杆装置响应所述流量管的所述科氏偏转，从而在所述平
衡杆上产生周期性科氏样偏转，后者的特征在于偏转的区域以及没有
偏转的交点，
所述平衡杆的所述科氏样偏转与所述流量管的所述周期性科氏偏
转同相并具有相同的交点数，所述科氏样偏转包括所述平衡杆轴心部
分的转动；
耦连到所述流量管和所述平衡杆上的传感装置；
计量电子设备，其从所述传感装置接收信号并产生科氏流量计输
出信息；
其特征在于，所述科氏流量计还包括：
耦连到所述平衡杆上的平衡杆共振器装置(908，911A，911B)；
所述平衡杆的所述同相科氏样偏转，使所述平衡杆共振器装置相
对于所述平衡杆的所述纵向中心部分的所述转动，以异相的转动方式
振动；
装置(909，909A，909B)，借此，所述平衡杆共振器装置的振
动将转矩施加到所述平衡杆上，从而增大了由所述科氏流量计产生的
输出信息的准确度；
传感装置(LPO，RPO)，该装置耦连到所述流量管上，从而产
生准确度增大的信号(922，924)，这些信号代表所述流量管相对于
所述平衡杆振动速度的振动速度；以及
计量电子设备(921)，该设备响应由所述传感装置获得的准确度
增加的所述信号的产生，导出视作所述材料流的信息。
另一方面是，增加所述科氏流量计的所述输出信息的准确度的所
述装置包括：
装置(909，909A，909B)，包括所述平衡杆共振器装置，该装
置将来自所述平衡杆共振器装置的转矩施加到所述平衡杆上从而减
小了所述平衡杆的所述科氏样偏转的幅度，所述流量管的所述科氏样
偏转的相对速度与所述平衡杆的所述同相科氏样偏转有关，即响应所
述平衡杆的所述同相科氏样偏转的所述幅度的所述减小而增大，所述
科氏流量计的流动灵敏度响应所述流量管的科氏偏转的所述相对速度
的所述增加而增大，而后者与所述平衡杆的所述同相科氏样偏转有
关。
另一方面是，所述科氏力将转矩施加到所述流量管上，从而导致
所述科氏流量计的振动；增加所述科氏流量计的所述输出信息的准确
度的所述装置包括：
装置(909，909A，909B)，该装置将由所述平衡杆共振器施加
的所述转矩伸展到所述平衡杆上，并通过所述撑杆伸展到所述流量管
上，从而减小了由所述流量管施加到所述科氏流量计的仪表支架上的
转矩，由所述流量管施加到所述仪表支架上的所述转矩的所述减小有
效地减小了所述科氏流量计的振动。
另一方面是，当所述科氏流量计以所述驱动方式检测到所述振动
流量管和所述平衡杆的振动频率的变化(该变化产生于所述流动材料
的密度改变)，并以所述驱动方式造成所述流量管与所述平衡杆的振
动幅度比改变时，所述科氏流量计的所述输出信息的准确度增加了；
所述科氏流量计的材料流灵敏度响应振动幅度比中所所述变化而
在第一方向上改变：
所述平衡杆共振器的振动幅度响应所述共振频率中的所述变化而
在第二方向上改变所述材料流的灵敏度；
在所述第一方向和所述第二方向上的流动灵敏度的所述变化彼此
基本上有效地互相抵消了，从而消除了所述科氏流量计的流动灵敏度
的任何变化。
另一方面是，诱发所述平衡杆上的所述同相科氏样偏转的所述装
置包括所述撑杆装置，该装置通过所述撑杆装置将表示所述周期性科
氏偏转的力从所述流量管伸展到所述平衡杆上，从而在所述平衡杆上
诱发所述同相科氏样偏转。
另一方面包括装置(909，909A，909B)，该装置将所述平衡杆
共振器装置耦连到所述平衡杆的所述纵向中心部分。
另一方面是，所述平衡杆共振器装置包括：
一加长杆(911，911A，911B)，该加长杆基本上平行于所述科
氏流量计在不工作状态时的所述平衡杆(902)；
将所述加长杆耦连到所述平衡杆纵向中心部分上的一个短截线
(909，909A，909B)；
与所述平衡杆的所述纵向中心部分相关联的所述平衡杆共振器装
置的振动将转矩施加到平衡杆上。
另一方面是，来自所述平衡杆共振器(908)的所述被施加的转矩
减小了所述平衡杆的所述同相科氏样偏转的幅度，从而增大了所述科
氏流量计的流动灵敏度。
另一方面是，所述平衡杆共振器(908)的所述被施加的转矩通过
撑杆(913)从所述平衡杆伸展到所述流量管(901)，从而减小了所
述科氏流量计的振动。
另一方面是，所是共振杆包括一质量件(M)。
另一方面是，所述质量件(M)附着到所述共振杆的端部。
另一方面是，所述平衡杆共振器装置包括所述短截线(909，909A，
909B)，后者将所述加长杆耦连到所述加长杆底表面上的所述加长杆
的所述纵向中心上。
另一方面是，所述平衡杆共振器装置包括第一和第二平衡杆共振
器，每个共振器包括短截线(909A，909B)和加长杆(911A，911B)；
所述第一平衡杆共振器的所述短截线被耦连到所述平衡杆第一侧
面上的所述平衡杆的所述纵向中心上，而所述第二平衡杆共振器的所
述短截线被耦连到所述平衡杆第二侧面上的所述平衡杆的所述纵向中
心上。
另一方面是，所述流量管的所述科氏偏转响应所述周期性科氏偏
转弯曲撑杆装置的第一端部，而弯曲所述流量管的端部；以及
所述撑杆的第二端部响应所述第一端部的所述弯曲而被弯曲，从
而在所述平衡杆上诱发所述同相科氏样偏转。
另一方面包括一种操作科氏流量计的方法，该流量计适于接收材
料流，并具有一个流量管以及与所述流量管取向基本平行的平衡杆；
所述科氏流量计具有将所述平衡杆耦连到所述流量管上的撑杆；
所述方法包括以下步骤：
使材料流过所述流量管；
以驱动方式同相相反地振动所述流量管和平衡杆，其中振动频率
基本上等于所述充有材料的流量管和所述平衡杆的共振频率；
所述流动的材料将周期性科氏力施加到所述振动的流量管上，从
而产生所述流量管的周期性科氏偏转，该偏转的特征在于偏转区域以
及无偏转的交点；
响应所述流量管的所述科氏偏转，以所述驱动频率在所述平衡杆
上诱发同相科氏样偏转；
所述科氏样偏转导致所述平衡杆的所述纵向中心部分发生转动；
所述科氏样偏转与所述流量管的所述周期性科氏偏转同相并具有
相同的交点数；
附着到所述流量管和所述平衡杆上的传感装置产生代表所述流量
管的振动速度的输出信号，而该速度与所述平衡杆的振动速度有关；
计量电子设备响应由所述传感装置造成的所述信号的产生，而导
出与所述材料流有关的信息；
其特征在于，所述科氏流量计还具有一个与所述平衡杆的纵向中
心部分耦连的平衡杆共振器；
所述方法还包括以下步骤：
所述平衡杆的所述科氏样偏转以转动方式使所述平衡杆共振器装
置反相振动，该振动与所述平衡杆的纵向中心部分的所述转动有关；
所述平衡杆共振器装置的这个转动式振动将转矩施加到所述平衡
杆上，从而增加了由所述科氏流量计产生的输出信息的准确度；
所述传感装置产生准确度增加了的、表示所述流量管的振动速度
的信号，该速度与所述平衡杆的振动速度有关；以及
所述仪表电子设备响应准确度增加了的所述信号的所述产生，而
导出与所述材料流有关的准确度增加了的信息。
另一方面是，增加所述科氏流量计的所述输出信息的所述准确度
的所述步骤包括：
将来自所述共振器装置的转矩施加到所述平衡杆上，从而减小了
所述平衡杆的所述同相科氏样偏转的幅度；
响应所述平衡杆的所述同相科氏样偏转的所述幅度的所述减小，
而增加与所述平衡杆的所述同相科氏样偏转有关的所述流量管的科氏
偏转的相对速度；以及
响应与所述流量管的所述科氏偏转有关的所述平衡杆的所述同相
科氏样偏转的所述减小，而增加所述科氏流量计的所述流动灵敏度。
另一方面是，所述科氏力将转矩施加到所述流量管上，从而导致
所述科氏流量计的振动；并且其中增加所述科氏流量计的所述输出信
息的所述准确度的所述步骤包括：
将由所述平衡杆共振器装置施加的所述转矩从所述平衡杆伸展到
所述流量管，从而减小了由所述流量管施加到所述科氏流量计的仪表
支架上的转矩；
被施加到所述仪表支架上的所述转矩的所述减小有效地减小了所
述科氏流量计的振动。
另一方面是，增加所述科氏流量计的所述输出信息的所述准确度
的所述步骤包括：
以所述驱动方式检测所述振动流量管和所述平衡杆的振动频率中
的变化，该变化产生于所述流动材料的密度的改变；
响应材料密度的所述变化的所述检测，而以所述驱动方式改变所
述流量管和所述平衡杆的振动幅度比；
响应振动幅度比中的变化，而在第一方向上改变所述科氏流量计
的材料流动灵敏度；
响应材料密度所述变化中的所述变化，而改变所述平衡杆共振器
的振动幅度，从而在第二方向上改变所述材料流的灵敏度；
流动灵敏度在所述第一方向和所述第二方向上的所述变化有效地
获得了所述科氏流量计的稳定流动灵敏度。
另一方面是，诱发所述平衡杆上的所述科氏样偏转的所述步骤包
括：通过所述撑杆装置，将表示所述周期性科氏偏转的力从所述流量
管伸展到所述平衡杆，从而诱发了所述平衡杆上的所述科氏样偏转。
另一方面包括将所述平衡杆共振器装置耦连到所述平衡杆底表面
上的所述平衡杆纵向中心部分上的步骤。
另一方面是，所述平衡杆共振器装置包括一对部件，每个部件具
有一个加长杆和一个短截线，并且其中所述方法包括将每个部件的短
截线耦连到所述平衡杆相反侧面上的所述平衡杆纵向中心部分上的步
骤。
另一方面是，施加到所述平衡杆上的转矩减小了所述平衡杆的所
述同相科氏样偏转的幅度，从而增加了所述科氏流量计的流动灵敏
度。
另一方面包括这样一个步骤：即，使施加到所述平衡杆上的转矩
通过撑杆从所述平衡杆向所述流量管伸展，从而减小了所述科氏流量
计的振动。
另一方面是，振动所述平衡杆的所述步骤包括：
响应所述周期性科氏偏转弯曲一个撑杆装置的第一端部，而弯曲
所述流量管的端部；以及
响应所述第一端部的所述弯曲，而弯曲所述撑杆的第二端部，从
而在所述平衡杆上诱发所述科氏样偏转。
详细描述
通过在平衡杆上采取能提高流量计灵敏度并减小仪表振动的结构
措施，本发明的方法和装置解决了单管流量计中流动灵敏度低和仪表
振动的问题。为了了解这是如何实现的，就必需了解流量管上的科氏
力性质、在流量管中产生的畸变，以及畸变是如何沿流量管产生同相
位移的。
对图1、图2及图3的描述
图1示出了材料流过的管102，这时管102绕其端部101逆时针转
动。可以通过科氏加速度Ac的等式及牛顿定律得出每单位长度的管102
上的科氏力。
科氏加速度可以如下表示：
![]()
ω＝角速度
v＝材料的速度
科氏力可以如下表示：
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M＝材料质量
因为材料M＝pAtl p＝材料密度
At＝流量管面积
l＝管长度
![]()
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但是：
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![]()
＝质量流率
![]()
科氏力Fc沿管102的长度是均匀的，这是因为管100的每一部分
都以相同的速度转动并且质量流率在整个管中都是一样的。
图2示出了直流量管200，该管不绕端部201和202枢轴转动，而
是可位移地定位在端部201和202处。流量管200借助驱动器D(例
如一根吉它线)以第一弯曲方式以其振动频率围绕轴203振动，同时
材料流过流量管200。当流量管向下穿过其垂直轴203(零位移)时，
它的左半部顺时针转动，而右半部逆时针转动。当接近管的中心时该
转动减小了。管的中心并不转动而只是位移。当科氏力穿过零位移轴
203时，该科氏力在流量管200上的空间分布如图3所示。科氏力在两
个流量管的二等分处的方向是相反的，这是因为管的转动方向是相反
的。该科氏力在中心处减小到零，这是因为流量管的转动在中心处减
小到零。
图2的振动流量管200与图1的转动管102之间的另一主要区别
是，振动管200不连续转动，而是停止并转向。当振动方向反转时，
转动为零并且整个流量管上的科氏力为零。其结果是，由于流量管的
振动穿过零幅度和最大速度(如图3所示)，因此图3的科氏力幅度
随着出现最大值的时间呈正弦变化。由于流量管以第一弯曲(驱动)
方式到达其最大振动幅度和零速度处，因此零科氏力出现在整个流量
管上。科氏力对流量管的正弦施加频率与由驱动器D振动时的频率[即
流量管的第一弯曲(驱动)方式振动频率]相同。
对图3的描述
图3示出了科氏力如何将未平衡转矩施加到流量管上。如果无限
制，图3的流量管以管循环中所标出的瞬间顺时针方向转动。当管的
振动方向改变时，转矩方向和转动方向也变化。图7的已有技术的平
衡杆未作任何措施来抗衡未平衡的转矩，该转矩通过外壳连线和流量
管的非活动部分被传送到外壳和凸缘。这导致整个流量管以驱动频率
转动，而流量管的端部以驱动频率和与流速成比例的幅度彼此异相振
动。
对图4的描述
流量管200响应所施加的周期性科氏力而发生变形(如图4所
示)。其中实线表示流量管以驱动方式向下穿过零位移轴203时，流
量管响应科氏力而改变的形状(非常夸大地)。虚线表示流量管以驱
动方式向上穿过零位移时，流量管所改变的形状。注意，实际上瞬间
穿过零的流量管上的唯一点是管的中点。图4的形状类似于第二弯曲
方式形状。然而，这只是一种重合。流量管的第二弯曲方式的频率远
远高于施加图3的科氏力的频率(第一弯曲方式的驱动频率)。由于
科氏力以小于其第二弯曲振动频率的频率正作用于流量管上，因此图4
中的科氏导致的变形与图3中的科氏力是彼此同相出现的。因此当流
量管200以其驱动振动(第一弯曲)方式穿过零位移轴203时，该管
假定为图4的形状。
对图5的描述
材料流将图4的科氏诱发的振动叠加在图2的驱动振动上。这如
图5所示。这两个振动都以第一弯曲方式驱动频率出现；但是它们以
90°彼此位移。当第一弯曲方式在沿轴203的零位移处时，科施诱发的
位移最大值(实线)出现了。当第一弯曲方式在最大位移处(虚线)
时，科氏位移变为零。图5类似于图3，其中就科氏变形与流量管200
穿过零轴203时的时间有关而言，图5代表流量管的状态。此时，并
且只有在这时，科氏力和科氏诱发的变形才在最大幅度处。正如图3
已经描述过的，当流量管200以驱动方式的变形无论在向上的方向还
是在向下的方向上都达到最大值时，科氏力减小并最终变为零。此时，
流量管的速度为零并因此而对应所施加的科氏力和所造成的科氏变
形。于是，当流量管200在其最大正负变形之间以第一弯曲方式正弦
振动时，图4所示的正弦科氏响应以驱动频率在幅度上发生正弦变化。
为了清晰起见，图4和图5所示的科氏位移幅度被大大地夸张了。实
际上该幅度要远远小于流量管200的第一弯曲(驱动)方式的幅度，
这是因为第一弯曲模式在流量管的谐振频率处被驱动而科氏模式则不
是。从而，在所有图中所示的科氏失真被极大地夸大。
与在现有技术的流量计有关的相位延迟是流量管的第一弯曲(驱
动)模式和科氏偏差的重叠的结果。在图4中，可以看到右传感器SR
穿过左传感器SL之前的零位移。可以说，左传感器和其示出电压标示
了右传感器SR及其输出电压的相位。相反地，还可以说，右传感器导
出左传感器的相位。相位差(或时延)与科氏引入位移的幅度成正比，
而该位移又与质量流动速率成正比。
在理想的单直管科氏流量计中，平衡杆只在第一弯曲模式中振动
并对于在流量管上的的科氏力缺乏任何明显的响应。图5示出了单直
管科氏流量计500，该流量计具有流量管200和平衡杆502，这两个部
件在平衡杆502的端部由撑杆503和504相连。图5的实线表示以第
一弯曲(驱动)方式与材料流一起穿过零位移轴203时的流量管200
和平衡杆502。在图5的平衡杆502上没有出现科氏变形。虚线表示以
第一弯曲(驱动)方式的振动向外延伸时的流量管和平衡杆。
对图6的描述
图6是由图5的理想化单直管科氏流量计所产生的振动速度的矢
量图。矢量Vtube603和Vbal bar606的长度代表流量管和平衡杆的峰速
度，而矢量Vnet605代表平衡杆矢量606和流量管矢量603的速度矢量
和。这些矢量绕原点转动，而原点的一圈旋转代表以驱动方式进行的
流量管的一个循环。矢量在X轴上的投影代表真实速度(或者净矢量
时的电压)。矢量与X轴所成的角度代表它们的相位。图6代表在图5
的实线所表示的时间处的图5仪表的右传感件。流量管200在右传感
器SR的响应是矢量603，该矢量具有一个超前相位，φ管，由矢量603
与真实轴602之间的角度表示。因为传感件磁铁SR在驱动器D穿过
零位时已经穿过流量管的零位移处，所以该相位是正的。平衡杆502
的振动速度没有从轴602同相位移，这是由于流量管上所产生的科氏
力没有明显影响平衡杆并且整个平衡杆502瞬间穿过零位移处。平衡
杆矢量(606)沿真实轴602表示并称作Vbal bar。流量管与平衡杆速度
的矢量和是矢量Vnet605。矢量605具有相角φnet，该相角代表组合的
矢量速度以及流量管和平衡杆的相位。该净相角是测定质量流的方
式。注意，来自右传感件SR的净相角小于只用于流量管的相角。这个
减小的同相角(以及灵敏度)是由于图5的理想化单管仪中的平衡杆
缺乏明显的相位移而导致的。
对图7的描述
图5的已有技术的平衡杆502是一个理想化状态，这是因为现实
中的平衡杆被科氏力间接地变形了。虽然该科氏力不直接作用在平衡
杆上，但是它通过撑杆503将转矩施加在平衡杆的每一端上。如图7
所示的平衡杆502的变形其形状与流量管501的科氏变形相似并且同
相；只是变形小一些。然而平衡杆的同相科氏样变形导致产生平衡杆
的速度矢量(806)，而后者实际上与流量管的速度矢量(803)的相
位相反。产生这种表面反论的原因是，流量管501和平衡杆502以驱
动的方式反向移动(如图7中的速度矢量803和806所示)。这些矢
量代表驱动器的流量管和平衡杆速度。由于流量管和平衡杆以相反方
向振动，而同一方向上的变形(同相变形)加入到其中一个相位中，
同时又从另一相位中减去。这样，在左手传感器(在平衡杆上)的线
圈已经穿过表示平衡杆零位移的虚线的同时，左手传感器SL(在流量
管上)的磁铁还没有穿过表示流量管零位移的虚线。于是，据说流量
管的磁铁具有负(或者落后)相位，而该线圈具有正(或者领先)相
位。同样的逻辑可用于解释右手传感件SR；只是相位的表示符号反向
了。流量管上的磁铁已经穿过零位移线并且具有正相位，而平衡杆上
的线圈还没有穿过零位移线并且具有负相位。这种同相平衡杆的变形
是不希望有的，因为它减小了传感信号之间的相延迟，此外还作用于
图5中的理想化仪表上。
对图8的描述
图8是具有流动的典型已有技术仪表的右传感SR输出信号的矢量
图(如图7所示)。在图8中，平衡杆速度矢量806具有加入到流量
管矢量803中的负相位(其还没有穿过零)，而矢量803具有正相位
(其已经穿过零)。其结果是，净矢量805(或输出电压)具有比图5
和6的理想化仪表还低的相角。这个减小的相角导致仪表的灵敏度较
差，并因此而比图5的理想化仪表的输出信号小。
对图9和10的描述
本发明的一个可能性示范实施例，如图9所示，公开了一种直单
管科氏流量计900，该流量计具有围绕流量管901的外壳903；环绕流
量管901和撑杆913中部的圆柱形平衡杆902，而撑杆913将平衡杆
902的端部连接到流量管901上。流量管901从其输出端907穿过整个
流量计900延伸到其进入端917。外壳903包括左右的端部904。外科
903在外壳颈件914处包括楔部905。连接肋906位于颈件914内部的
环形开口915内。连接肋906密封地将流量管901的端部啮合到外壳
903的端部904上。流量计900还有外壳连线930，后者在内端932处
被连接到平衡杆902上，而在外端933处被连接到外壳903的内壁912
上。该外壳连线930还具有平面弯头931的外观。
驱动器D使流量管901振动，并且驱动器D耦连到流量管901和
平衡杆902上。流量管901还耦连到左传感件LPO和右传感件RPO
上，这两个传感件定位在驱动器D的相对两侧上。仪表电子设备921
将路径923上的信号施加到驱动器D上，以便同相相反地驱动流量管
901和平衡杆902。流量管及材料流的振动将科氏力施加到使之崎变的
流量管901上。这种管崎变可由传感件LPO和RPO检测。传感件的
输出信号在路径922和924上传送给仪表电子设备921，而该电子设备
拥有信号，可测定信号之间的相差并将代表路径925上的材料流的信
息输出给终端使用者。
材料流及流量管901振动的科氏力包括该流量管中的科氏变形，
该变形改变了振动流量管的形状。这种变形(如图4中所夸大地示出
的)沿流量管造成不同的定位，从而导致以稍稍不同的相位进行振动。
沿振动流量管道的每个点在材料流中都具有科氏正弦运动，但是这些
点却不同时到达它们的最大位移或零位移位置。振动流量管的中心具
有材料流时也没有变化，而流量管的内部经历相落后，流量管的外端
经历领先的相位。
流量管901上的两个部位之间的相差是仪表电子设备921测定流
率的方式。速度(或位移或加速)传感件LPO和RPO定位于沿流量
管901的两个位置上。传感件输出之间的时间延迟(由驱动频率所除
的相差)与通过振动流量管901的质量流率成正比。
在常规的已有技术直管流量计中，平衡杆902主要用于抗衡流量
管振动质量的平衡。该被平衡的振动结构包括流量管901、撑杆913
和平衡杆902。在使用时，驱动器D以这些结构(包括充有材料的流
量管901)的共振频率同相相反地振动平衡杆902和流量管901。作为
材料流穿过振动流量管的结果，在流量管901内诱发了正弦科氏变形。
这些科氏变形以充有材料的振动流量管901的驱动频率出现。由于平
衡杆902没有材料流通过(象通过流量管901那样)，因此其不经受
直接的科氏力。然而，撑杆913从流量管到平衡杆902配有一条用于
连通振动的路径。其结果是，科氏力诱发的流量管901的变形通过撑
杆913将转矩传送给平衡杆902。在常规已有技术的仪表中，这些转矩
小幅度的科氏样变形(同步变形)出现在平衡杆902上(如图7所示)。
这些小科氏样变形减小了传感件的净相差。这个由传感件LPO和RPO
产生的减小的科氏信号通过路径922和924被施加到仪表电子设备921
上，该电子设备由传感器LPO和RPO的输出信号之间的相差可测定
材料流信息。
本发明包括平衡杆共振器908。这是一个其纵向轴平行于流量管的
纵向轴的杆件911。该平衡杆共振杆具有相对的刚性并且沿其长度具有
质量，而在其端部具有额外的质量m。平衡杆共振杆911在其中点处
由短截线909固定到平衡杆902的中点上。该短截线的尺寸使其可稍
稍低于驱动频率来定位平衡杆共振器(图10中的点划线)转动方式的
共振频率。科氏诱发的流量管901的变形借助于撑杆913使平衡杆902
稍微变形(如图7所示)。平衡杆在图7的科氏样变形中的偏转激发
了平衡杆共振器的转动方式(如图10所示)。因为平衡杆共振器的共
振频率低于激发(驱动)频率，所以平衡杆共振器的运动与平衡杆科
氏样变形呈180度的反相。平衡杆共振器在转动方式中的偏转通过平
衡杆共振器短截线909将转矩施加到平衡杆上。该转矩减小了平衡杆
的科氏样变形，并因此将流量计的流动灵敏度增加到接近于图5的理
想化单管流量计的灵敏度。
图10示出了图9的流量计，该流量计具有外壳903，但是其端部
去掉了。而且未示出仪表的电子设备及其连线，仪表使图的复杂程度
减到最小。在操作中，流量管901承受科氏力，从而导致流量管呈现
正弦S形偏转。该状态如图7所示。流量管901的这些科氏变形通过
图9的撑杆913将转矩施加到平衡杆的每一端上，从而导致平衡杆902
呈现科氏样变形，该变形与流量管901上的同相，但是幅度较小(如
图7所示)。如前所述，平衡杆的这个同相科氏样变形是不需要的，
因为它减小了来自传感件LPO和RPO每一位的有效相延迟。
平衡杆共振器908通过用作动力平衡杆而减小了平衡杆902的科
氏样变形。因此，当平衡杆的中部作为流量管科氏变形的作用结果而
逆时针转动时，每一端具有质量M的共振杆911以顺时针的方向转
动，并且抵抗平衡杆902的逆时针转动。这样由于通过撑杆913而从
流量管901所接收的振动力，就减小了平衡杆902所偿试的逆时针运
动。同样，当平衡杆902的中心偿试顺时针转动时，平衡杆共振器908
就逆时针转动并减小了平衡杆的顺时针转动。平衡杆共振器908的转
动振荡有效地消除了平衡杆902的转动振荡。于是，平衡杆共振器908
有效地用作动力平衡器，并且由于流量管901和撑杆913将科氏力施
加到平衡杆902上，而使平衡杆902的任何转动消除或最小化。
对图11的描述
图11类似于图10，只是其示出了一对平衡杆共振器908A和
908B。平衡杆共振器908B附着于平衡杆902轴中心部的一侧上，同时
平衡杆共振器908A附着于平衡杆902的相反侧。这不同于图10所示
出的，在图10中平衡杆共振器908附着于平衡杆902的底部。图11
实施例的操作原理与图10相同。即，平衡杆共振器908A和908B一起
用作动力平衡器，该平衡器由于科氏振动通过撑杆913从流量管901
作用于平衡杆902(如图9所示)，而使平衡杆902的转动有效地减到
最小。
在图11中，将平衡杆共振杆连接到平衡杆上的短截线909A和
909B扭转变形，而不是象图9和图10的短截线909那样弯曲。这个
双平衡杆共振器类似于图9和图10的单平衡杆共振器，将转矩施加到
平衡杆上，二者的结果是一样的。
对图12和13的描述
该平衡杆共振器还用于使流动灵敏度不依赖于材料密度。图12和
13示出了在图7已有技术仪表的输出信号相上材料密度的变化效果。
对两个不同密度材料的仪表相图所作的比较是没有意义的，这是因为
密度差导致驱动频率以及管相的位移。因此，这些图的相角对于图来
说已经是标准化的。这意味着，相角已经被驱动频率所除。该标准化
相角实际上是时间的延迟。由于科氏力和由此而形成的相角都与管频
率成比例，因此用于同一质量流率和不同密度的标准化流量管相角，
对于具有稳定流动灵敏度的流量计来说应该是相等的。
图12是已有技术的仪表在给定的低密度材料流率时的传感输出信
号的标准化矢量图。该矢量的长度与速度成比例，而当管的中点穿过
零位移位置时，与X轴所成的角度表示分量的相角。该低密度材料导
致较高的流量管幅度和较低的平衡杆幅度(保存动力并保持仪表平
衡)。流量管矢量1203和平衡杆矢量1202的矢量和Vnet1205导致相
对高的净相角φnet(标准化)。图13是相同仪表在相同的质量流率时
的标准化矢量图，只是材料的密度高得多。该流量管的标准化相角φtube
与图12中的是一样的，并且平衡杆相角φbalaoce bar也与图12中一样。
然而，流量管的幅度已经减小，而平衡杆的幅度已经增大，从而导致
矢量和1305的标准化相角φnet减小。标准化净相角随材料密度的这种
变化导致仪表的流动灵敏度随材料密度的增大而减小。
对图16和17的描述
实施平衡杆共振器的本发明解决了由于改变材料密度而导致流动
灵敏度改变的问题。它通过利用随着驱动频率与平衡杆共振器共振频
率之间的频率分离的变化而导致的平衡杆共振器的幅度变化，消除了
密度对流动灵敏度的作用效果。图16是典型的频率响应曲线。它示出
了作为驱动频率与平衡杆共振器工作方式的共振频率之比的函数的平
衡杆共振器的振荡幅度。可以看到，当频率比非常接近于1.0时，平衡
杆共振器幅度就变得非常大。图17示出平衡杆的科氏样变形与其工作
方式中的平衡杆共振器变形之间的相位关系。它表示，对于驱动频率
高于平衡杆共振器工作方式的共振频率的情形，相角是180度。
驱动频率对于低密度材料来说是增大的，而对于高密度材料来说
是减小的，而同时平衡杆共振器的共振频率固定在高密度材料的驱动
频率之下的一个频率处。这意味着，用于高密度材料的频率分离要比
用于低密度材料的小，其结果是，用于给定质量流率的平衡杆共振器
的振荡幅度要比用于高密度材料的高。该较高的平衡杆共振器幅度导
致较低的科氏样平衡杆变形和平衡杆传感矢量，而该矢量比低度材料
的传感矢量负性少
对图14和15的描述
图14和15示出了如何消除密度效应。图14是用于第密度材料的
传感输出信号的标准化矢量图。流量管的振荡幅度高，从而导致较高
的流量管速度和较长的速度矢量1403。由于低密度材料还导致驱动频
率高。这个较高的驱动频率导致驱动频率与平衡杆共振器的较低固定
共振频率之间的频率分离较大。这个较大的频率分离意味着，平衡杆
共振器的幅度较小并且流量管的科氏变形通过若干撑杆而导致平衡杆
变形。其结果是，平衡杆速度矢量1406具有比较大的负相角。
图15是与图14相同仪表和相同质量流率的标准化矢量图；只是
它用于高密度材料。当平衡杆的幅度与图14的矢量1406比较是增大
了时，流量管的幅度是减小的。这导致在图15中流量管矢量1403在
长度上减小而平衡杆矢量1406在长度上增加。而且高密度材料还减小
了驱动频率，而后者导致驱动频率与平衡杆共振器的共振频率之间的
相分离较小。这个减小的频率分离导致较大的平衡杆共振器幅度(如
图16所示)和减小的平衡杆科氏样变形。这意味着，平衡杆矢量1406
具有较小的负相角。该平衡杆负相角的减小使得图15的净矢量1405
具有与图14的净矢量1405相同的相角和幅度。由于净矢量1405具有
相同的相角和幅度，因此仪表的流动灵敏度对于两种不同密度的材料
来说是相同的。这样就解决了已有技术仪表的密度灵敏度问题。
图9、10和11的平衡杆共振器除了增加流量计的灵敏度以及使仪
表的灵敏度不依赖于材料密度以外，还具有其它的优点。在图3中可
以看到，科氏力将未平衡的转矩施加到流量管上。如果不限制，图3
的流量管以管循环中所标出的瞬间顺时针方向转动。当管的振动方向
改变时，转矩方向和振动方向也改变。图7的已有技术的平衡杆不采
取任何措施来抗衡未平衡的转矩，而该转矩通过外壳连线和流量管的
非活动部分被传给外壳和凸缘。这导致整个流量计以驱动频率振动，
而流量计的端部以驱动频率和与流率成比例的幅度彼此异相振动。
整个流量计的振动是不需要的，这是因为它加入到材料的科氏加
速中或从中减去。该额外的加速虽然与流率成比例，但是由于它取决
于仪表安装的刚性，因此一般是未知的。仪表的刚性安装减小了伪加
速(振动)，而软性安装使其增大。这个未知的伪加速因此而导致仪
表误差。
本发明减小了由于借助于平衡杆共振器的未平衡科氏力而减小了
仪表振动问题的严重程度。该平衡其共振器象动力平衡杆一样起作
用，其中它增大了振动的幅度，直到将足够的转矩施加到平衡杆上从
而将激发位移减小到接近于零为止。平衡杆共振器的这种激发是由于
两个原因。它可以是由于平衡杆的科氏样变形，也可以是由于整个仪
表的科氏诱发的振动。这两个原因的任一个都激发了平衡杆共振器并
增大了其转动方式的幅度。图10示出了平衡杆共振器908的弯曲。短
截线将一个转矩施加到平衡杆上，而平衡杆又将一个转矩施加到流量
管上，后一个转矩与由材料的科氏变形施加到流量管上的转矩相反。
该转矩既可减小平衡杆的变形，又可借助于外壳连线和非活动管区域
来间接减小外壳的振动。
平衡杆共振器使平衡杆的科氏样变形及科氏力诱发的整个仪表振
动减小的程度是驱动频率与平衡杆共振器转动方式的共振频率之间的
函数。这可由图16的典型频率响应曲线明显示出。如果两个频率是相
等的，则平衡杆共振器几乎完全消除了平衡杆科氏样变形和科氏诱发
的仪表振动。当频率分离增大时，平衡杆共振器的效果减小了。而且，
重要的是，平衡杆共振器的共振频率在驱动频率之下。图17表示，如
果平衡杆共振器的共振频率在驱动频率之上，则平衡杆共振器与平衡
杆的变形同相偏移，并且增大了变形幅度和仪表振动。因为驱动频率
与材料密度成反比，所以最好使平衡杆共振器的共振频率充分位于驱
动频率之下，以便所允许的最高材料密度不会导致驱动频率在平衡杆
共振器的共振频率之下。
在显示变形模式形状的这些图中，已经采用了在流量管边上具有
平衡杆的仪表。该几何形状由于其更有利于理解得清楚而业已用于这
些图中。与本发明有关的原理同样也可用于图9、10和11的并列几何
形状和同心管几何形状中。同样，所有图都使用了单直管，而该原理
同样也可用于单弯管仪表中。
应该明白地理解，有请求权项的发明并不局限于对优选实施例的
描述，而是将其它变型和改变都包括在本发明概念的范围和精髓内。
例如，虽然本发明已经作为单直管科氏流量计的一部分而被公开，但
是应该理解，本发明并不局限于此，它还可用于包括不规则和曲线结
构的单直管流量计的其它类型的科氏流量计以及具有多个流量管的科
氏流量计。应该理解，术语“材料”包括泥浆、果汁、任何密度的液
体、气体以及血浆。