專利名稱：用于直線型行程測(cè)量設(shè)備中的自對(duì)中磁體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一直線型行程測(cè)量設(shè)備。
背景技術(shù)：
在諸如油和氣體管道系統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程、化工生產(chǎn)過程等的流體控制中，常常有必要減小和控制流體的壓力。為實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)通常使用調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)器提供可調(diào)節(jié)的流量限制。在一給定的應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器的目的可以是控制流量或其它的過程變量，但作為其流量控制功能的隨帶結(jié)果，這種限制固有地包括壓力的降低。
舉例來說，一使用調(diào)節(jié)器的具體應(yīng)用是用來分配和傳輸天然氣。天然氣分配系統(tǒng)一般包括一從一天然氣田延伸至一個(gè)或多個(gè)用戶的管道系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。為了傳輸大量的氣體，氣體被加壓至一高壓。當(dāng)氣體鄰近分配管道網(wǎng)和最終用戶時(shí)，氣體壓力在減壓站進(jìn)行減壓。減壓站一般使用調(diào)節(jié)器來減小氣體壓力。
天然氣分配系統(tǒng)能提供足夠的氣體量至用戶是非常重要的。系統(tǒng)的這種能力一般由系統(tǒng)壓力、管道大小以及調(diào)節(jié)器決定，且通常使用一模擬模型來估計(jì)系統(tǒng)能力。系統(tǒng)模型的精確度利用在各種輸入點(diǎn)、降壓點(diǎn)和輸出點(diǎn)的流量數(shù)據(jù)來確定。降壓點(diǎn)十分影響氣體分配系統(tǒng)的能力，因此對(duì)系統(tǒng)模型來說，精確地模擬降壓點(diǎn)是非常重要的。然而，降壓點(diǎn)在分配系統(tǒng)內(nèi)，且因此不考慮密閉輸送點(diǎn)(即，在該點(diǎn)控制的氣體流從分配系統(tǒng)切換至用戶)。結(jié)果，一般在降壓點(diǎn)不提供流量測(cè)量。此外，因?yàn)榻祲狐c(diǎn)不是密閉輸送點(diǎn)，因此，不需要高精確度的額外成本。類似于上述那些關(guān)于天然氣分配的流量測(cè)量問題也存在于其它的調(diào)節(jié)器應(yīng)用中(即，工業(yè)生產(chǎn)過程、化工生產(chǎn)過程等)。
此外，由于在操作過程中的磨損，調(diào)節(jié)器遭受故障，因而降低沿管道控制壓力的能力。一損壞的調(diào)節(jié)器會(huì)允許流體泄漏，因而增加流體浪費(fèi)和可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的情形。盡管損壞的調(diào)節(jié)器可以修理或替換，但是通常難于檢測(cè)調(diào)節(jié)器何時(shí)已發(fā)生故障和確定哪個(gè)調(diào)節(jié)器損壞。在一鋪設(shè)幾英里長的典型的天然氣輸送系統(tǒng)中，檢測(cè)故障和測(cè)定哪個(gè)調(diào)節(jié)器已經(jīng)損壞尤其困難。因此，十分需要有檢測(cè)設(shè)備故障和鑒別故障位置的裝置。
直線型行程測(cè)量裝置通常設(shè)置有帶有諸如一帶有截流元件的調(diào)節(jié)器的移動(dòng)件的裝置來提供關(guān)于操作參數(shù)的反饋。具體來說，場(chǎng)效應(yīng)傳感器通常用來提供關(guān)于截流元件位置的信息。場(chǎng)效應(yīng)傳感器一般包括按照截流元件的位置彼此相對(duì)移動(dòng)的一磁體和一磁場(chǎng)傳感器。磁體產(chǎn)生一由磁場(chǎng)傳感器探測(cè)的磁通量圖。其結(jié)果，由傳感器探測(cè)到的磁通量變化可用來推斷磁體和由此的截流元件的位置。磁體相對(duì)于傳感器必須保持在相同的縱向距離和位置，否則由磁體產(chǎn)生的磁通量圖將改變，并且直線型行程反饋將發(fā)生畸變和不精確。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的幾個(gè)方面，一提供的壓力調(diào)節(jié)器包括一具有一入口和一出口的主外殼，一在入口和出口之間限定的流體流動(dòng)通道，一在流體流動(dòng)通道內(nèi)可移動(dòng)的截流元件，以及一截流元件位置傳感器。截流元件位置傳感器包括一相對(duì)于主外殼固定并限定一內(nèi)表面、被支承的磁體殼。一磁體提供的尺寸便于插入磁體殼內(nèi)并適于隨截流元件移動(dòng)，磁體具有一北極和一南極，其中，磁體產(chǎn)生一磁通量。一對(duì)中環(huán)定位在磁體和磁體殼之間，對(duì)中環(huán)包括一使磁體在磁體殼內(nèi)定中心的偏壓壁。定位一磁場(chǎng)傳感器來探測(cè)磁通量。
按照本發(fā)明另外的諸方面，一連同磁通量傳感器使用的磁體組件，提供一適于探測(cè)可移動(dòng)元件位置的位置傳感器。磁體組件包括一限定內(nèi)表面的磁體殼，且磁體的尺寸用來插入磁體殼內(nèi)并適于隨截流元件移動(dòng)，磁體具有一北極和一南極，其中磁體產(chǎn)生一磁通量。一對(duì)中環(huán)定位在磁體和磁體殼之間，對(duì)中環(huán)包括一使磁體在磁體殼內(nèi)對(duì)中的偏壓壁。
附圖的簡(jiǎn)要說明被認(rèn)為是新穎的本發(fā)明的特征在附后的權(quán)利要求書中詳細(xì)闡述。結(jié)合附圖參閱以下的描述可最充分地理解本發(fā)明，其中，在諸圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件，其中

圖1是一示意圖，示出一帶有流量測(cè)量裝置的調(diào)節(jié)器。
圖2是帶有流量測(cè)量裝置的調(diào)節(jié)器的另一實(shí)施例的一示意圖。
圖3是調(diào)節(jié)器流量測(cè)量裝置的立體圖。
圖4是調(diào)節(jié)器流量測(cè)量裝置橫截面的側(cè)視圖。
圖5是一流程圖，示意性地示出一警報(bào)程序的一用戶規(guī)定限制部分。
圖6是一流程圖，示意性地示出一邏輯警報(bào)子程序。
圖7A-7E是諸流程圖，示意性地示出邏輯警報(bào)子程序的規(guī)定部分。
圖8是按照本發(fā)明傳授的一用于直線型行程測(cè)量設(shè)備內(nèi)的磁體組件的橫截面的放大的側(cè)視圖。
圖9是一圖表，示出圖8所示的磁體組件和相關(guān)的磁通量圖。
圖10是磁體組件的另一實(shí)施例的橫截面的放大側(cè)視圖。
圖11是磁體組件的還有一實(shí)施例的橫截面的放大側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出諸如一氣體壓力調(diào)節(jié)器10的流體壓力調(diào)節(jié)器的一優(yōu)選的實(shí)施例。示出的氣體壓力調(diào)節(jié)器10包括將在下文中描述的氣體流量測(cè)量設(shè)備，其中，上游壓力、下游壓力和孔板開口測(cè)量用來計(jì)算流量和其它信息?？梢岳斫獾氖牵簤赫{(diào)節(jié)器也可按照本發(fā)明的原理來設(shè)置，因?yàn)槭境龅臍怏w壓力調(diào)節(jié)器僅僅是按照本發(fā)明的一流體壓力調(diào)節(jié)器的一實(shí)例。
圖1所示的調(diào)節(jié)器包括一調(diào)節(jié)器體12，一隔膜外殼14和一上外殼16。在調(diào)節(jié)器體12內(nèi)，設(shè)置有一用來連接至一上游管道的入口18和一用來連接至一下游管道的出口20。在調(diào)節(jié)器12內(nèi)的孔板22建立入口18和出口20之間的連通。
一隔膜26安裝在隔膜外殼14內(nèi)，并將外殼14隔成上和下部分14a，14b。一壓力彈簧28附連至隔膜26的中心，并設(shè)置在隔膜外殼14的下部以將隔膜26沿向上方向偏壓。
一桿30附連至隔膜26并隨之移動(dòng)。一諸如閥盤32的截流元件附連至桿30的底端，并設(shè)置在孔板22下方。使閥盤32的尺寸適合完全阻塞孔板22，由此，切斷從入口18至出口20的連通。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，壓力彈簧28沿一向上方向偏壓閥盤32以關(guān)閉孔板22。閥盤32由變化的橫截面形成，這樣，當(dāng)閥盤32向下移動(dòng)時(shí)，孔板22的未阻礙(或打開)區(qū)域逐漸地增加。其結(jié)果，孔板22的打開區(qū)域正比于閥盤32的位置。
控制隔膜的上腔室14a內(nèi)的氣體壓力，以在關(guān)閉和打開位置之間移動(dòng)閥盤32。外殼的上部14a內(nèi)的壓力可以多種不同的方式提供。在本實(shí)施例中，上部14a內(nèi)的壓力由一加載導(dǎo)閥(未示出)控制。然而，在不離開本發(fā)明范圍的前提下，調(diào)節(jié)器10可是使用諸如一卸載導(dǎo)閥的一不同類型操作器的類型，或者調(diào)節(jié)器10可以是自操作或壓力加載。
另一種用來控制在隔膜外殼的上部14a內(nèi)的壓力方法包括一從上游管道延伸至隔膜外殼的上部14a的第一管，其具有一控制通過其間的氣體流量的第一螺線管。還設(shè)置一第二管，其從隔膜外殼的上部14a延伸至下游管道，并具有一設(shè)置在其中的第二螺線管以控制通過其間的流量。一PC連接至第一和第二螺線管以控制它們的操作。為了在隔膜外殼的上部14a內(nèi)增加壓力，第一螺線管打開以允許上游壓力至上部，由此驅(qū)動(dòng)隔膜26向下以打開孔板22。氣體可通過第二螺線管排出，因而減少上游部分14a內(nèi)的壓力并提升隔膜26，由此關(guān)閉孔板22。不管提供和控制壓力的方式，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，增加的壓力移動(dòng)隔膜26，且附連的閥盤32向下以打開孔板22，而降低的壓力關(guān)閉孔板22。給出這種結(jié)構(gòu)僅僅是為了示例，并不限制本發(fā)明的范圍，也可使用在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的其它已知的結(jié)構(gòu)。
壓力傳感器設(shè)置在截流元件的上游和下游以測(cè)量上游和下游壓力水平P1，P2。如圖1所示，第一和第二壓力傳感器34，35安裝至上外殼16。管道36從第一壓力傳感器34延伸至接入至位于調(diào)節(jié)器入口18的上游的管道內(nèi)的龍頭。另外的管道37從第二壓力傳感器35延伸至接入至位于調(diào)節(jié)器出口20的下游的管道內(nèi)的龍頭。因此，雖然第一和第二壓力傳感器34，35安裝在上外殼16上，但是管道36，37各自地連通上游和下游壓力至第一和第二壓力傳感器34，35?；蛘?，第一和第二壓力傳感器34，35可直接位于上游和下游管道內(nèi)，并配線從壓力傳感器延伸至上外殼16。為了提供溫度收集，(如有需要)一過程流體溫度傳輸器48定位在測(cè)量過程溫度的上游管道內(nèi)。
上外殼16還包括一用來確定閥盤位置的傳感器。按照所示的實(shí)施例，桿30附連至閥盤32，并連接至隔膜26。較佳的是桿30的延長部的一行程指示器40從隔膜延伸至上外殼16內(nèi)，這樣，閥盤32的位置對(duì)應(yīng)于閥盤32的位置。因此，傳感器包括一指示器行程傳感機(jī)構(gòu)，較佳的是一霍耳效應(yīng)傳感器?；舳?yīng)傳感器包括一附連至行程指示器40的一上端的霍耳效應(yīng)磁體42。一磁體傳感器44設(shè)置在上外殼16的內(nèi)側(cè)以傳感霍耳效應(yīng)磁體42的位置。通過探測(cè)磁體42的位置、閥盤32的位置，因而可確定孔板22的打開區(qū)域。一第二行程指示器(未示出)可連接至行程指示器40，以提供閥盤行程的可見指示。第二行程指示器從行程指示器40向上延伸并通過上外殼16，以在上外殼16的頂表面上延伸。
在圖2所示的另一實(shí)施例中，測(cè)量隔膜外殼上部14a內(nèi)的加載壓力以推斷閥盤32位置。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，閥盤32的位置隨著隔膜外殼的上部14a內(nèi)呈現(xiàn)的壓力而變化。在該實(shí)施例中，在上外殼16內(nèi)設(shè)置一加載壓力傳感器46來測(cè)量隔膜外殼的上部14a內(nèi)的壓力。然后，測(cè)得的加載壓力用來確定閥盤位置。
回到圖1的實(shí)施例，第一和第二壓力傳感器34，35和行程傳感器44提供饋送到一電子流量模塊50內(nèi)的輸出。電子流量模塊50可與調(diào)節(jié)器、諸如圖1所示的在上外殼16內(nèi)一體形成，或者可偏遠(yuǎn)地定位。入口壓力、出口壓力和閥盤位置用來確定通過調(diào)節(jié)器10的可變節(jié)流孔板的流量。為了求出亞臨界值氣體流量，流率使用以下算法計(jì)算F=K1G*T*K2*Y*P1*sinK3P1-P2P1,]]>其中
F＝流率；K1＝絕對(duì)溫度常數(shù)；G＝流動(dòng)介質(zhì)的比重；T＝流動(dòng)介質(zhì)的絕對(duì)溫度；K2＝桿位置常數(shù)；Y＝桿位置P1＝絕對(duì)上游壓力；K3＝整形常數(shù)；以及P2＝絕對(duì)下游壓力。
桿位置常數(shù)K2和整形常數(shù)K3，是根據(jù)調(diào)節(jié)器的具體尺寸和類型而特定的，并主要取決于特定的修整尺寸和形狀。那些本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人士應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，K2和Y的乘積可等于傳統(tǒng)的流量尺寸系數(shù)。以上的算法適合于計(jì)算通過直線型、金屬修整閥型調(diào)節(jié)器的亞臨界(即，P1-P2＜0.5P1)的氣體流率。
對(duì)于臨界值氣體流量，通過除去正弦函數(shù)改變計(jì)算。對(duì)于其它類型的調(diào)節(jié)器，諸如非直線型金屬修整和彈性體類型調(diào)節(jié)器，可使用一類似的算法，然而桿位置常數(shù)K2變?yōu)橐幌鄬?duì)于壓力下降△P(即，上游和下游壓力P1，P2的差)和/或閥桿位置的函數(shù)，這在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知。對(duì)于液體流量，方程式變?yōu)镕=K1G*T*K2*Y*P1-P2,]]>其中F＝流率；K1＝絕對(duì)溫度常數(shù)；G＝流動(dòng)介質(zhì)的比重；T＝流動(dòng)介質(zhì)的絕對(duì)溫度；K2＝桿位置常數(shù)；Y＝桿位置P1＝絕對(duì)上游壓力；以及P2＝絕對(duì)下游壓力。
在圖2的實(shí)施例中使用一類似的計(jì)算，其測(cè)量隔膜外殼的上部14a內(nèi)的加載壓力來推斷閥盤的行程，除了加載壓力常數(shù)K4和標(biāo)準(zhǔn)加載壓力PL之外，替換桿位置常數(shù)K2和桿位置Y值。加載壓力常數(shù)也應(yīng)用特殊，并必須針對(duì)每一類型的調(diào)節(jié)器10而確定。對(duì)于非直線型彈性體截流元件，加載壓力常數(shù)K4是ΔP和PL的函數(shù)。
在一較佳的實(shí)施例中，一局部流量查看模塊52也設(shè)置在上外殼16內(nèi)側(cè)。局部流量查看模塊52包括一提供總流量信息的彈性體流量積算器。局部流量查看模塊52還具有一允許一手持通訊設(shè)備進(jìn)入的輸出端口以獲取合計(jì)流量，并復(fù)位局部流量積算器以待將來使用。在目前的優(yōu)選的實(shí)施例中，局部流量查看模塊52包括一裝入上外殼16內(nèi)的LCD讀出器。一附連至上外殼16頂部的頂蓋17具有一透明的塑料窗口以能觀察LCD讀出器。
通訊模塊54傳送流量數(shù)據(jù)至一輔助通訊設(shè)備55，例如一偏遠(yuǎn)的終端單元(RTU)，一PC或任何能詢問調(diào)節(jié)器控制的其它設(shè)備。通訊模塊54可包括一天線53來傳輸流量信息至偏遠(yuǎn)的儀表讀取系統(tǒng)(未示出)。還設(shè)置一功率模塊56以給流量測(cè)量機(jī)構(gòu)動(dòng)力。功率模塊56有提供整個(gè)裝置可調(diào)節(jié)電壓的能力，并且可由任何眾所周知的電源供給，例如太陽能、電池和DC或AC電源。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，電子流量模塊50、局部流量查看模塊52、通訊模塊54和功率模塊56可如圖1所示獨(dú)立地設(shè)置，或者可由在一位于上外殼16內(nèi)的單一的主電路板上提供。
計(jì)算得到的通過調(diào)節(jié)器10的流率可快速且容易地使用一分開的流量?jī)x表58來標(biāo)定?？梢詼u輪或其它儀表類型的流量?jī)x表58臨時(shí)插入下游管道系統(tǒng)內(nèi)以測(cè)量實(shí)際流體流量。流量?jī)x表58提供反饋至一輔助通訊設(shè)備55(RTU，PC等)或者直接至主電路板。反饋可用來產(chǎn)生一基于觀察的流量狀況的誤差函數(shù)，然后，納入到由調(diào)節(jié)器10執(zhí)行的流量計(jì)算中，由此提供更精確的流量數(shù)據(jù)。
圖3示出一調(diào)節(jié)器流量測(cè)量和診斷裝置的目前優(yōu)選的實(shí)施例，并總體上以標(biāo)號(hào)100表示。如圖3所示，裝置100包括一具有一適于連接到調(diào)節(jié)器的隔膜外殼14的第一端102的磁體殼101。磁體殼101形成一內(nèi)表面250，并包封一適于連接到調(diào)節(jié)器內(nèi)的隔膜26(圖1)的行程指示器103(圖4)。
一磁體組件252設(shè)置在磁體殼101內(nèi)，以提供一磁通圖形。如圖8和9所示，磁體組件252包括一單一的條形磁體254，最好具有一圓柱形狀，具有一北極256和一南極258。磁體254最好是由阿爾尼可鋁鎳鈷合金制成的永久磁體，它可起到一恒定的磁體源的作用。磁體252較佳地包裝在一滑梭260內(nèi)，滑梭260具有一大小能接納磁體254的中心孔261?；?60由非磁性材料制成，最好是鋁或瓷，其外表面263的尺寸適于可滑動(dòng)地接納到磁體殼101的內(nèi)表面250?；?60可是通過一合適的緊固件方便地連接的一兩件的或蛤殼形的外殼。
在圖8所示的實(shí)施例中，磁通形成極塊262，264螺紋連接地固定在滑梭260的相對(duì)的端部凹陷265中，以形成由磁體254產(chǎn)生的磁通。各個(gè)極塊262，264包括一相對(duì)布置的面266，并鄰接磁體254的相對(duì)的端極面268(如圖9所示)。由合適的磁性材料(諸如G10100冷軋鋼)制成的極塊262，264較佳地呈大致的圓柱形并具有相對(duì)平行的圓形表面266，272，以及布置成面對(duì)包含一磁場(chǎng)傳感器276的縱向空間的圓柱形表面274。一截錐表面278形成介于圓形表面266和圓柱形表面274之間的過渡部分，并且也面向縱向空間。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中，磁體254具有約為0.375英寸的直徑和約為2.5英寸的長度。在極塊262，264上的圓形面266的直徑約為0.375英寸，而圓柱形表面274具有約為0.8125英寸的直徑和沿軸線280的約為0.125英寸的長度。截錐表面278相對(duì)于表面266布置成約20°的夾角。磁場(chǎng)傳感器276安裝在閥殼或其它固定的物體上，且沿平行于軸線280的軸線282定向。滑梭260布置成沿軸線280移動(dòng)。對(duì)于所描述的傳感器的布置，軸線282離開軸線280為0.625英寸。
對(duì)于本發(fā)明來說，重要的是，圓柱形表面274平行于并同軸于軸線280和磁體254的表面286。這種關(guān)系是由下列因素實(shí)現(xiàn)極塊上的圓形面266面對(duì)磁體的圓形極面268，以及表面266和274的同軸關(guān)系。由于這種狀況，磁場(chǎng)通量構(gòu)造成關(guān)于磁體軸線280對(duì)稱。如圖9所示，磁體254沿軸線280方向的長度和圓柱形表面274的構(gòu)造，以及截錐表面278，在鄰近磁體254的區(qū)域內(nèi)構(gòu)成邊緣散射的磁通圖形，這樣，磁通沿平行于軸線280的軸線282線性地變化。因此，磁位移傳感器276檢測(cè)沿傳感器行程長度作線性變化的通量密度。因?yàn)榇磐P(guān)于磁體的周緣系均勻的，所以，傳感器對(duì)于元件關(guān)于軸線280的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不敏感。于是，傳感器不敏感于磁體254關(guān)于其軸線280的轉(zhuǎn)動(dòng)。
磁通密度沿平行于磁體的縱向線282，從組件的中點(diǎn)288朝向兩極均勻地增加到直接相對(duì)于極面274的最大通量密度。因?yàn)闃O256、258相對(duì)地定向，所以，通過傳感器276的磁通方向，在沿線282的區(qū)域，在中點(diǎn)288的各側(cè)成相對(duì)的方向。因此，通量密度沿線282進(jìn)行變化，從靠近鄰近一個(gè)極256的極面274的方向的最大值，到中點(diǎn)288的零值，到靠近鄰近另一個(gè)極258的極面274的方向的最大值。在介于兩個(gè)極塊之間的中點(diǎn)288，磁通密度為0(零)。傳感器這樣進(jìn)行標(biāo)定將傳感器276放在磁場(chǎng)強(qiáng)度為零的中點(diǎn)288處，并進(jìn)行傳感器的標(biāo)定。
在使用中，滑梭260沿線280往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成磁體254的線性變化的磁通圖形，磁通沿傳感器276通過而產(chǎn)生正比于磁體254相對(duì)于磁體組件252的相對(duì)位置的電壓。通過構(gòu)造成的邊緣散射的磁通，極塊262、264在磁體的長度上對(duì)磁通進(jìn)行線性化。因此，極塊262、264顯著地增加由磁場(chǎng)傳感器276產(chǎn)生的電壓讀數(shù)的有效范圍和精確度。
為了進(jìn)一步提高傳感器電壓讀數(shù)的精度，設(shè)置一對(duì)對(duì)中環(huán)290，以確保磁體組件252對(duì)中在磁體殼101中。如圖8所示，一對(duì)槽292形成在滑梭外表面263上。對(duì)中環(huán)290插入到槽292中，各具有一向外偏壓的外壁294。外壁294嚙合磁體殼101的內(nèi)表面250，由此，將磁體組件252對(duì)中在磁體殼101內(nèi)。在圖8所示的實(shí)施例中，各對(duì)中環(huán)290包括一由相當(dāng)彈性的材料(例如，橡膠)組成的內(nèi)O形環(huán)296，以及一由具有相當(dāng)?shù)偷哪Σ料禂?shù)的相當(dāng)剛性的材料(例如，塑料)組成的外環(huán)298，以便允許外環(huán)298沿磁體殼的內(nèi)表面250滑動(dòng)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，也可使用其它的材料來向外偏壓外壁294。例如，在圖10所示的實(shí)施例中，各對(duì)中環(huán)290具有一包括一環(huán)形彈簧299的內(nèi)件，以及一包括一塑料外環(huán)298的外件。環(huán)形彈簧299可由金屬(例如，鋼)制成。
在如圖11所示的另一實(shí)施例中，設(shè)置一對(duì)對(duì)中環(huán)300，它們產(chǎn)生一向內(nèi)的力，以便將磁體302對(duì)中在磁體殼101中。極塊304、306定位在磁體302的相對(duì)端上，以形成磁通。設(shè)置一滑梭308以將磁體302和極塊304、306包裝成一體的磁體組件310。槽312形成在磁體殼101的內(nèi)表面250上，其尺寸適于接納對(duì)中環(huán)300的外部。各對(duì)中環(huán)300包括向內(nèi)偏壓的內(nèi)壁314，以便嚙合滑梭308的外表面316。在圖11的實(shí)施例中，各個(gè)對(duì)中環(huán)300包括一內(nèi)剛性件，例如，內(nèi)塑料環(huán)318，其形成內(nèi)壁314。各對(duì)中環(huán)300還包括一外彈性件，例如，外環(huán)形彈簧320，其向內(nèi)推壓內(nèi)塑料環(huán)318而偏壓內(nèi)壁314。其結(jié)果，磁體302對(duì)中在磁體殼101內(nèi)。
盡管各個(gè)圖示的實(shí)施例示出使用兩個(gè)對(duì)中環(huán)，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，也可使用單一的對(duì)中環(huán)，根據(jù)偏壓的壁和磁體的相對(duì)長度而定。此外，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可設(shè)置兩個(gè)以上的對(duì)中環(huán)。
一電氣外殼106附連在磁體殼101上，并具有一第一壓力端口107，一第二壓力端口108，一輔助壓力端口109，以及一輔助端口110(圖3)。一第一壓力傳感器組件111插入到第一壓力端口107，以及一管(未示出)將組件111連接到流道的上游部分。一第二壓力傳感器組件114插入到第二壓力端口108，以及一管(未示出)將第二組件114連接到流道的下游部分。一第三壓力傳感器組件115可插入到輔助壓力端口109，以便測(cè)量第三壓力點(diǎn)。第三壓力傳感器115可用來在不同的位置測(cè)量壓力，其中包括在流道中或在調(diào)節(jié)器中，以便推斷阻塞的行程(如在關(guān)于上述的實(shí)施例中的較為詳細(xì)的描述)。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，設(shè)置第四壓力端口117用來測(cè)量大氣壓力。設(shè)置輔助端口110用來從另外的裝置(例如，如圖1所示的溫度傳送器48)接納離散的或模擬的輸入。此外，設(shè)置一I/O端口112用來連接外部的裝置(將在下文中詳細(xì)介紹)。多個(gè)線路板120a-e設(shè)置在外殼內(nèi)，用來控制裝置100(圖5)的各種操作。在所示的實(shí)施例中，一第一(或主)線路板120a可包括一用于第一、第二、第三壓力傳感器及大氣壓力傳感器的接口，以及用于磁場(chǎng)傳感器276的連接器。一第二(或通訊)線路板120b提供用于與其它裝置通訊的接口。第二線路板120b可包括用于配線傳輸?shù)倪B接，例如，調(diào)制解調(diào)器板、RF232通訊驅(qū)動(dòng)器，以及一CDPD調(diào)制解調(diào)器。此外，或者，可設(shè)置一收發(fā)機(jī)用于無線通訊。一第三(或主)線路板120c較佳地包括一處理器、一存儲(chǔ)器、一實(shí)時(shí)鐘，以及用于兩個(gè)通訊信道的通訊驅(qū)動(dòng)器。處理器可包括尤其是用于流量計(jì)算的、如上所述的一個(gè)或多個(gè)算法，而存儲(chǔ)器可儲(chǔ)存選定的參數(shù)，例如，每天的高壓和低壓。一可供選擇的第四線路板120d提供用于輔助通訊裝置55的一接口。還設(shè)置一第五(或終端)線路板120e，其具有一電源控制器、場(chǎng)終端(用于I/O裝置的連接)、備用電源，以及其它的諸板120a-d可插入其中的連接器。盡管在所示的實(shí)施例中示出五個(gè)線路板120a-e，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可使用單一的線路板，少于五個(gè)的線路板，或多于五個(gè)的線路板。
因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，介于裝置100和外部裝置之間的通訊可以是RF modem(調(diào)制解調(diào)器)、以太網(wǎng)或其它已知的類似的通訊。處理器允許外部的裝置送入諸如所要求的壓力設(shè)置點(diǎn)和報(bào)警條件到裝置100中，并取出儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)。取出的數(shù)據(jù)可包括報(bào)警記錄和儲(chǔ)存的操作參數(shù)。例如，取出的數(shù)據(jù)可包括定期儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器內(nèi)的上游和下游壓力的歷程，這樣，裝置100提供一壓力記錄儀的功能。
根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)方面，處理器包括一用來產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的程序。該程序的第一部分將測(cè)得的參數(shù)(即，上游壓力、下游壓力及行程位置)與用戶規(guī)定的某些限值進(jìn)行比較(如圖5示意性地所示)。此外，可運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)邏輯子程序，它比較至少兩個(gè)測(cè)得的參數(shù)，并產(chǎn)生基于特定的邏輯操作的報(bào)警信號(hào)，它的實(shí)例示意地示于圖6和7A-7D中。
首先轉(zhuǎn)向液位報(bào)警，在150處開始一核對(duì)，以便確定用戶是否已經(jīng)送入液位限值。首先將壓力、行程、流量及電池值與用戶送入的高一高限值151比較。如果有任何一個(gè)值超過高一高限值，則在152處讀出數(shù)據(jù)和時(shí)間，并在153記錄對(duì)應(yīng)的高一高報(bào)警。接下來，將測(cè)得的值與用戶送入的高限值154作比較。如果有任何一個(gè)值超過高限值，則在155處讀出數(shù)據(jù)和時(shí)間，并在156記錄對(duì)應(yīng)的高報(bào)警。然后，諸值與用戶送入的低限值157進(jìn)行比較。如果有任何一個(gè)值低于用戶送入的低限值，則在158處讀出數(shù)據(jù)和時(shí)間，并在159記錄對(duì)應(yīng)的低報(bào)警。最后，諸值與用戶送入的低一低限值160進(jìn)行比較。如果有任何一個(gè)值低于低一低限值，則在161處讀出數(shù)據(jù)和時(shí)間，并在162記錄對(duì)應(yīng)的低一低報(bào)警。
可根據(jù)計(jì)算的流量F設(shè)置另外的限值報(bào)警。例如，用戶可送入用于瞬時(shí)的和累積的流量的限值。當(dāng)計(jì)算的流量F超過任何一個(gè)限值時(shí)，報(bào)警則被激發(fā)。根據(jù)桿的行程可設(shè)置另外的報(bào)警。用戶可送入用于累積桿行程距離的一限值，并當(dāng)桿累積的行程超過限值時(shí)，激發(fā)一維護(hù)報(bào)警。
在核實(shí)用戶送入的限值警報(bào)之后，可運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)邏輯子程序，以確定是否存在任何邏輯的報(bào)警條件。在優(yōu)選的實(shí)施例中，各個(gè)邏輯子程序組合成一單一的、如圖6所示的集成的邏輯子程序。如圖6所示，子程序通過收集所有的壓力和行程數(shù)據(jù)而開始，通過壓力調(diào)節(jié)器計(jì)算流量165。然后，各測(cè)得的參數(shù)與其它測(cè)得的參數(shù)和任何用戶規(guī)定的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較。對(duì)上游壓力166、下游壓力167、輔助壓力168、桿行程169以及流量170，監(jiān)視邏輯報(bào)警。還可設(shè)置其它的邏輯報(bào)警，以便從連接在I/O連接器112的第三壓力傳感器組件和輔助裝置中得到反饋。在獲得各參數(shù)的相對(duì)值之后，然后，核實(shí)邏輯報(bào)警(將在下文中詳細(xì)介紹)。
根據(jù)上游壓力(步驟166)而確定邏輯報(bào)警的較佳的操作順序示意地示于圖7A中。首先，子程序核實(shí)相對(duì)于上游壓力172的送入值。如果送入相對(duì)于上游壓力的值，則子程序確定測(cè)得的上游壓力是否大于173，小于174，或等于175用戶送入的值。對(duì)于每個(gè)相對(duì)的比較(即，步驟173、174和175)，如圖7B-7D所示，執(zhí)行一系列的子步驟。
如果一報(bào)警要求上游壓力大于某一值，則子程序首先核實(shí)由用戶176(圖7B)送入的特定的上游壓力值。如果用戶已送入用于上游壓力的一值，則測(cè)得的上游壓力與送入的值177進(jìn)行比較。如果測(cè)得的值大于送入的值，則大于標(biāo)記的上游壓力設(shè)定在178。如果使用特定的用戶送入值，則子程序核實(shí)并判斷下游壓力是否與上游壓力179比較。如果是的話，則子程序確定上游壓力是否大于下游壓力180。如果是的話，則大于下游壓力標(biāo)記的上游壓力設(shè)定在181。如果下游壓力不用作一邏輯報(bào)警，則子程序接下來核實(shí)基于輔助壓力182的邏輯報(bào)警值。如果輔助壓力用作一邏輯報(bào)警，則子程序核實(shí)上游壓力是否大于下游壓力183。如果是的話，則大于輔助壓力標(biāo)記的上游壓力設(shè)定在184。
如圖7C和7D所示，子程序執(zhí)行類似的步驟，以確定上游壓力是否小于或等于邏輯報(bào)警值185-202。此外，對(duì)下游壓力和輔助壓力執(zhí)行等同于圖7B-7D所示的操作，以確定它們是否大于、小于或等于特定的邏輯報(bào)警值。由于這些操作是相同的，所以不再提供表示這些步驟的單獨(dú)的流程圖。
轉(zhuǎn)向基于行程169(圖7A)的邏輯報(bào)警，一邏輯順序的流程圖示于圖7E。因此，子程序首先核實(shí)行程位置邏輯值是否未進(jìn)入203。如果一行程位置邏輯值已經(jīng)進(jìn)入，則子程序確定測(cè)量值是否必須大于邏輯值204。如果邏輯算子大于限值，則子程序確定測(cè)得的行程位置是否大于送入的值205。如果是的話，大于標(biāo)記的行程設(shè)定在206。如果對(duì)于行程采用不“大于”的限值，則子程序確定測(cè)得的行程是否小于送入的值208。如果是的話，小于標(biāo)記的行程設(shè)定在209。如果不采用一“小于”值，則子程序核實(shí)一“等于”的算子限值210。如果采用一“等于”限值，則子程序確定測(cè)得的行程是否等于送入的值211。如果是的話，等于標(biāo)記的行程設(shè)定在212?？刹捎妙愃祈樞虻牟襟E來確定計(jì)算流量是否大于、小于或等于邏輯流量報(bào)警值(如圖6的步驟170所要求)。
根據(jù)可被設(shè)定的邏輯標(biāo)記，某些邏輯報(bào)警可根據(jù)比較兩個(gè)測(cè)量參數(shù)而被激發(fā)。例如，當(dāng)行程位置等于零且下游壓力在增加(現(xiàn)下游壓力大于就在先前測(cè)得的下游壓力)時(shí)，可設(shè)定一關(guān)閉的問題報(bào)警而激發(fā)。當(dāng)存在合適的操作條件來設(shè)定對(duì)應(yīng)的邏輯標(biāo)記時(shí)，激發(fā)關(guān)閉問題報(bào)警，其可指明可能由于截流元件的損壞流體通過壓力調(diào)節(jié)器發(fā)生泄漏。當(dāng)行程值大于零且下游壓力信號(hào)在減小時(shí)，可產(chǎn)生另一邏輯報(bào)警，其可指明一斷裂的桿。當(dāng)行程值大于零且上游壓力信號(hào)在增加時(shí)，可產(chǎn)生又另一邏輯報(bào)警，其也可指明一斷裂的桿或與調(diào)節(jié)器相關(guān)的其它問題。當(dāng)行程信號(hào)大于零且下游壓力信號(hào)大于用戶送入的下游壓力限值時(shí)，可激發(fā)另一邏輯報(bào)警，其可指明與控制調(diào)節(jié)器的導(dǎo)閥相關(guān)的問題?？伤腿肟紤]到各種測(cè)得的和計(jì)算的值的其它的邏輯的報(bào)警，這樣，可立即指出與調(diào)節(jié)器相關(guān)的潛在的各種問題。
與處理器相關(guān)的存儲(chǔ)器較佳地包括一跟蹤數(shù)據(jù)、時(shí)間和報(bào)警類型的報(bào)警記錄。通過外界的通訊裝置可進(jìn)入到報(bào)警記錄，以允許獲得報(bào)警的歷程。此外，處理器較佳地包括一例外報(bào)告(RBX)線路，它自動(dòng)地將任何報(bào)警情況通訊給位于遠(yuǎn)處的主機(jī)。因此，在管線中的可能的問題被立即報(bào)告，并識(shí)別出特定的部件或損壞區(qū)域。
盡管已經(jīng)圖示和描述了組合的調(diào)節(jié)器流量測(cè)量和診斷裝置，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明可設(shè)置獨(dú)立的調(diào)節(jié)器流量測(cè)量裝置或獨(dú)立的調(diào)節(jié)器診斷裝置。
上面給出的詳細(xì)的描述只是為了便于理解，從中不應(yīng)理解有任何不必要的限制，因?yàn)閷?duì)于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，顯然，可作出諸多的改型。
權(quán)利要求
1.一壓力調(diào)節(jié)器，其包括一具有一入口和一出口的主外殼，一在入口和出口之間限定的流體流動(dòng)通道；一在流體流動(dòng)通道內(nèi)可移動(dòng)的截流元件；以及一截流元件位置傳感器，它包括一相對(duì)主外殼固定地支承并限定一內(nèi)表面的磁體殼；一磁體，其尺寸用來插入磁體殼內(nèi)并適于與截流元件移動(dòng)，磁體具有一北極和一南極，其中，磁體產(chǎn)生一磁通量；一對(duì)中環(huán)，它定位在磁體和磁體殼之間，對(duì)中環(huán)包括一用來使磁體在磁體殼內(nèi)對(duì)中的偏壓壁；以及一磁場(chǎng)傳感器，它被定位成探測(cè)磁通量。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，對(duì)中環(huán)包括一彈性件和一剛性件，剛性件限定偏壓壁。
3.如權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，彈性件包括一橡膠O形環(huán)。
4.如權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，彈性元件包括一環(huán)形彈簧。
5.如權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，剛性件包括一塑料環(huán)。
6.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括在磁體的南極和北極上的通量成形極塊。
7.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，對(duì)中環(huán)被支承，以便連同磁體移動(dòng)，且其中，彈性件包括一內(nèi)環(huán)，以及剛性件包括一外環(huán)，外環(huán)具有一限定偏壓壁的外壁，外壁被向外地偏壓以與磁體殼的內(nèi)表面嚙合。
8.如權(quán)利要求7所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括一滑梭，其具有一尺寸能接納磁體的中心孔以及一尺寸能插入磁體殼的外表面，外表面限定一尺寸能接收對(duì)中環(huán)的內(nèi)部的凹槽。
9.如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括在磁體的南極和北極上的通量成形極塊，其中，滑梭包括兩個(gè)尺寸能接納通量成形極塊的端部凹口。
10.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，對(duì)中環(huán)相對(duì)磁體殼固定，其中，彈性件包括一外環(huán)，剛性件包括一內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)具有一限定偏壓壁的內(nèi)壁，外環(huán)向內(nèi)地偏壓內(nèi)壁。
11.如權(quán)利要求10所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括一滑梭，其具有一尺寸能接納磁體的中心孔以及一尺寸能插入磁體殼的外表面，磁體殼內(nèi)表面限定一尺寸能接納對(duì)中環(huán)外部的凹槽，其中內(nèi)壁嚙合滑梭外表面。
12.如權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括在磁體的南極和北極上的通量成形極塊，其中，滑梭包括兩個(gè)尺寸能接納通量成形極塊的端部凹口。
13.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括一在磁體和磁體殼之間定位的第二對(duì)中環(huán)，第二對(duì)中環(huán)包括一用來使磁體在磁體殼內(nèi)對(duì)中的偏壓壁。
14.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括一端連接至截流元件而相對(duì)端連至磁體的行程指示器。
15.一磁體組件，其帶有磁通量傳感器以提供一適于探測(cè)可移動(dòng)元件位置的位置傳感器，磁體組件包括一限定內(nèi)表面的磁體殼；一磁體，其尺寸可插入磁體殼內(nèi)并適于隨可移動(dòng)元件移動(dòng)，磁體具有一北極和一南極，其中，磁體產(chǎn)生一磁通量；以及一對(duì)中環(huán)，它定位在磁體和磁體殼之間，對(duì)中環(huán)包括一用來使磁體在磁體殼內(nèi)對(duì)中的偏壓壁。
16.如權(quán)利要求15所述的磁體組件，其特征在于，對(duì)中環(huán)包括一彈性件和一剛性件，剛性件限定偏壓壁。
17.如權(quán)利要求16所述的磁體組件，其特征在于，彈性件包括一橡膠O形環(huán)。
18.如權(quán)利要求16所述的磁體組件，其特征在于，彈性件包括一環(huán)形彈簧。
19.如權(quán)利要求16所述的磁體組件，其特征在于，剛性件包括一塑料環(huán)。
20.如權(quán)利要求15所述的磁體組件，其特征在于，還包括在磁體的南極和北極上的通量成形極塊。
21.如權(quán)利要求15所述的磁體組件，其特征在于，對(duì)中環(huán)被支承以連同磁體移動(dòng)，且其中，彈性件包括一內(nèi)環(huán)，以及剛性件包括一外環(huán)，外環(huán)具有一限定偏壓壁的外壁，外壁被向外地偏壓以與磁體殼的內(nèi)表面嚙合。
22.如權(quán)利要求21所述的磁體組件，其特征在于，還包括一滑梭，其具有一尺寸能接收磁體的中心孔以及一尺寸能插入磁體殼的外表面，外表面限定一尺寸能接納對(duì)中環(huán)的內(nèi)部的凹槽。
23.如權(quán)利要求22所述的磁體組件，其特征在于，還包括在磁體的南極和北極上的通量成形極塊，其中，滑梭包括兩個(gè)尺寸能接納通量成形極塊的端部凹口。
24.如權(quán)利要求15所述的磁體組件，其特征在于，對(duì)中環(huán)相對(duì)磁體殼固定，其中，彈性件包括一外環(huán)，且剛性件包括一內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)具有一限定偏壓壁的內(nèi)壁，其中，外環(huán)向內(nèi)地偏壓內(nèi)壁。
25.如權(quán)利要求24所述的磁體組件，其特征在于，還包括一滑梭，其具有一尺寸能接納磁體的中心孔以及一尺寸能插入磁體殼的外表面，磁體殼內(nèi)表面限定一尺寸能接納對(duì)中環(huán)外部的凹槽，其中，內(nèi)環(huán)的內(nèi)壁嚙合滑梭外表面。
26.如權(quán)利要求25所述的磁體組件，其特征在于，還包括在磁體的南極和北極上的通量成形極塊，其中，滑梭包括兩個(gè)尺寸能接納通量成形極塊的端部凹口。
27.如權(quán)利要求15所述的磁體組件，其特征在于，還包括一在磁體和磁體殼之間定位的第二對(duì)中環(huán)，第二對(duì)中環(huán)包括一用來使磁體在磁體殼內(nèi)對(duì)中的偏壓壁。
28.如權(quán)利要求15所述的磁體組件，其特征在于，可移動(dòng)件包括調(diào)節(jié)器的一截流件，其中，行程指示器一端連接至截流元件而相對(duì)端連接至磁體。
全文摘要
公開一種帶有磁通量傳感器的磁體組件，以提供一適于探測(cè)可移動(dòng)元件位置的位置傳感器。磁體組件包括一限定內(nèi)表面的磁體殼。提供一磁體，其尺寸用來插入磁體殼內(nèi)并適于隨可移動(dòng)元件移動(dòng)，磁體具有一北極和一南極，其中，磁體產(chǎn)生一磁通量。一對(duì)中環(huán)定位在磁體和磁體殼之間，對(duì)中環(huán)包括一用來使磁體在磁體殼內(nèi)對(duì)中的偏壓壁。
文檔編號(hào)G01F1/38GK1491376SQ01822742
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月16日
發(fā)明者J·P·迪爾格, D·P·佩柏林, N·K·迪施奈德, J·C·霍金斯, D·E·伍魯杜斯, J P 迪爾格, 伍魯杜斯, 佩柏林, 迪施奈德, 霍金斯 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國際有限公司