專利名稱：磁流量計的輸出校驗的制作方法
磁流量計的輸出校驗
背景技術(shù)：
磁流量計用于流體處理裝置內(nèi)的液體流量測量，如化工廠、食品加工 廠和制漿和造紙工廠。磁流量計包括一個安裝在管道系統(tǒng)內(nèi)的流量管組 件。磁流量計還包括一個變送器，所述變送器通過電纜與流量管組件相連， 或者變送器可被集成地安裝于流量管組件內(nèi)。
類似于其它基于微處理器或數(shù)字信號處理器(DSP)的變送器，磁流 量計包括測量電路和輸出電路，所述測量電路用于測量流體的與流量相關(guān) 的參數(shù)(流速、體積等)，所述輸出電路用于將與流量相關(guān)的輸出傳送至 儀器儀表和控制設(shè)備。通常，該傳送利用模擬電路，例如4-20mA電流環(huán)， 所述電流環(huán)要求模擬輸出電路。此外，流量計通常利用脈沖輸出電路傳送 與流量相關(guān)的信息，以將脈沖傳送至計數(shù)器，所述計數(shù)器對脈沖進(jìn)行計數(shù) 以恢復(fù)與流量相關(guān)的信息。
由于極端溫度、振動、化學(xué)腐蝕等原因，磁流量計易出現(xiàn)故障。當(dāng)故 障發(fā)生時，需要對故障進(jìn)行快速診斷，并對系統(tǒng)受損壞的部分進(jìn)行替換。 確定磁流量計哪部分出現(xiàn)了故障可能非常困難，特別是，當(dāng)流量管組件安 裝在難于接近的地方時。當(dāng)流量計自身的模擬或脈沖輸出被考査時，這種 確定磁流量計的不同部分是否正遇到麻煩的困難是非常具有挑戰(zhàn)性的。自 動故障診斷是期望的，這樣服務(wù)人員能夠快速地確定變送器是否需要更換 或者流量管組件和電纜是否需要更換。
上述的討論僅被提供用于普通背景信息，并不是用于幫助確定所要求 的主題的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
磁流量計變送器包括流量管和測量電路，所述測量電路提供與通過流 量管的流量相關(guān)的輸出。輸出電路，例如模擬和脈沖輸出電路，提供與通 過流量管的流量相關(guān)的變送器輸出。變送器的輸出校驗電路與輸出電路耦合，并通過分析輸出信號對輸出電路的正常操作提供校驗。


圖l為磁流量計的部分剖切視圖，各實施例特別用于所述流量計中； 圖2為磁流量計的簡圖，各實施例特別用于所述流量計中； 圖3為磁流量計的簡圖，各實施例特別用于所述流量計中； 圖4為部分磁流量計的簡圖，所述部分磁流量計在一個實施例中示出
了模擬輸出電路和輸出校驗電路。；
圖5為圖4中輸出校驗電路的一個實施例的一部分的簡圖6為圖4中輸出校驗電路的另一個實施例的一部分的簡圖7為部分電磁流量計的簡圖，所述部分磁流量計在一個實施例中示
出了脈沖輸出電路和輸出校驗電路；
圖8為圖7中輸出校驗電路的一個實施例的一部分的簡圖9為圖7中輸出校驗電路的另一個實施例的一部分的簡圖10為部分磁流量計的簡圖，所述磁流量計部分示出了一些實施例
的可調(diào)脈沖觸發(fā)器特征。
以及圖11示出了相對于圖IO所描述的脈沖波形的圖。
具體實施例方式
被公開的磁流量計提供輸出電路校驗或診斷。特別是，實施例包括 輸出校驗電路或功能以校驗磁流量計的模擬或脈沖輸出。
圖l為磁流量計的部分剖視圖，在所述磁流量計中，本發(fā)明的實施例 是非常有用的。磁流量計20包括流量管22，所述流量管由低導(dǎo)磁率材料構(gòu) 成，且具有電絕緣套筒23，電磁鐵26由線圈、鐵磁芯或屏蔽28和電極30、 32構(gòu)成。電磁鐵26和電極30、 32通過導(dǎo)線連到變送器電路34，如同接地電 極35。在工作屮，變送器電路通過電流驅(qū)動電磁鐵26，并且電磁鐵26在流 量管22內(nèi)部產(chǎn)生箭頭所示的磁場36。過程液體21流過流量管22內(nèi)的磁場， 并且該流動在液體21內(nèi)引起電動勢(EMF，電壓)。絕緣套筒23防止EMF 從液體21內(nèi)泄漏到金屬流量管22。電極30、 32與液體21相接觸，并且拾取 或檢測EMF，根據(jù)法拉第定律，所述EMF與流量管22內(nèi)的液體21的流速成比例。
圖2為磁流量計變送器的簡圖，在所述簡圖中，本發(fā)明的實施例是非
常有用的。磁流量計120包括流量管124，所述流量管具有適于傳送流動液 體128的絕緣套筒126，所述流動液體128與流量管124電耦合，并且通常與 接地電極UU相連。當(dāng)過程管道與過程流體電耦合時，管道與流量管之間 的電連接為過程流體128和流量管提供所需的電耦合。線圈134被定位以響 應(yīng)來自驅(qū)動電路152的驅(qū)動信號對過程流體施加磁場。電極138和140分別 通過放大器150、 148與測量電路154進(jìn)行耦合。根據(jù)已知的技術(shù)，測量電 路154提供與流量相關(guān)的輸出。例如，測量電路154可包括適當(dāng)編程的或配 置的微處理器或數(shù)字信號處理器(DSP)電路。
測量電路154的輸出被提供至輸出電路158，用于傳送至遠(yuǎn)離磁流量 計120的控制或監(jiān)測電路。在不同實施例中，輸出電路158包括單一的模擬 輸出電路或脈沖輸出電路，或上述兩種電路。輸出電路158的輸出總體用 160顯示。例如，如圖3所示，輸出160可為與4-20mA電流環(huán)304相耦合的 兩端子輸出，模擬和/或脈沖輸出通過所述電流環(huán)被傳送至控制或監(jiān)測電 路302，所述控制或監(jiān)測電路通常遠(yuǎn)離流量計120。
輸出校驗電路156接收輸出160,并且對模擬和/或脈沖輸出進(jìn)行診斷 分析以校驗輸出電路158正常工作。根據(jù)診斷分析的結(jié)果，輸出校驗電路 156產(chǎn)生診斷輸出157,所述診斷輸出157可表示出模擬或脈沖輸出是否正 常工作。在一些實施例中，輸出校驗電路156被包含在作為測量電路154 的相同的DSP內(nèi)，盡管并不需要如此。為表示在相同的DSP內(nèi)實現(xiàn)測量電 路和輸出校驗電路的可選擇性實施方式，虛線162被使用以表示DSP。變 送器120的其它功能也可在DSP電路162內(nèi)實現(xiàn)，即使未顯示在所示的虛線 內(nèi)。
圖4為在一個特別實施例中一部分磁流量計120的簡圖。在本實施例 中，輸出電路158包括模擬輸出電路158-1，所述模擬輸出電路用于控制電 流環(huán)304上的電流，以將與流量相關(guān)的信息傳送至控制/監(jiān)測電路302。在 本實施例中，輸出校驗電路156與模擬輸出160耦合，以校驗?zāi)M輸出電路 158-1正常工作。利用不同的校驗技術(shù)，輸出校驗電路提供診斷輸出157-1。
圖5為一個輸出校驗電路156的實施例的特征的簡圖，所述輸出校驗電路156用于提供診斷輸出157-1。在本實施例中，輸出校驗電路156包括 壓頻(電壓-頻率)孤立電路502，所述壓頻孤立電路接收模擬輸出160作 為輸入。壓頻電路502將檢測的電壓轉(zhuǎn)換為表示頻率504。表示頻率504然 后被送入頻率比較電路508的頻率輸入端，在所述頻率比較電路內(nèi)表示頻 率與參考頻率5l)6進(jìn)行比較。參考頻率506表不出對于于貞計模擬輸出所期望 的表示頻率。根據(jù)所述比較，頻率比較電路508提供診斷輸出157-1，所述 診斷輸出表示出模擬輸出電路158-1是否正常工作。
圖6為另一個輸出校驗電路156的實施例的特征的簡圖，所述輸出校 驗電路用于提供診斷輸出157-1。在本實施例中，輸出校驗電路156包括模 數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 602，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器602接收模擬輸出160作為輸入。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器602將來自模擬信號的檢測電壓轉(zhuǎn)換為表示數(shù)字電壓值604。數(shù) 字電壓值604然后被送入比較電路608，在所述比較電路中所述數(shù)字電壓值 與參考數(shù)字值606相比較。參考數(shù)字值606表示出對于預(yù)期的模擬輸出所期 望的表示數(shù)字電壓值604。根據(jù)該比較，電路608提供診斷輸出157-1，所 述診斷輸出表示出模擬輸出電路158-1是否正常工作。
圖7為在另一個特定實施例中一部分磁流量計120的簡圖。在本實施 例中，輸出電路158包括模擬輸出電路158-2，所述模擬輸出電路158-2用 于產(chǎn)生適于通過傳輸線進(jìn)行通訊的脈沖輸出，例如，通過電流環(huán)304，以 將與流量相關(guān)的信息傳送至控制/監(jiān)測電路302。典型地，在這些實施例中， 控制/監(jiān)測電路302包括用于對傳輸脈沖進(jìn)行計數(shù)的脈沖計數(shù)器，從而確定 流量信息。在本實施例中，輸出校驗電路156與脈沖輸出I60耦合，以校驗 脈沖輸出電路158-2正常工作。利用不同的校驗技術(shù)，輸出校驗電路提供 診斷輸出157-2。
圖8為在脈沖輸出實施例的示例中輸出校驗電路156的一些特征的簡 圖。通過對脈沖輸出采樣和將此信息反饋輸入至DSP或其它檢測或處理電 路，可確認(rèn)脈沖輸出正常工作，以提供變送器性能的校驗。通過經(jīng)過設(shè)定 時間間隔連接脈沖輸出端子和數(shù)字輸入與計數(shù)脈沖，可校驗脈沖輸出。通 過直接監(jiān)測脈沖輸出和將其反饋至DSP或微處理器電路以提供連續(xù)的輸 出校驗，也可實現(xiàn)校驗。
在圖8所示的實施例中，輸出校驗電路156包括脈沖計數(shù)器802，所述脈沖計數(shù)器802接收脈沖輸出，或作為脈沖輸出的函數(shù)產(chǎn)生的脈沖信號， 以及產(chǎn)生脈沖計數(shù)804。脈沖計數(shù)804可為在經(jīng)過特定的預(yù)定時間期間的計 數(shù)、自某一初始化時間起的總計數(shù)或其它類型的脈沖計數(shù)。在本例子中， 輸出校驗電路156還包括脈沖計數(shù)比較電路808，所述脈沖計數(shù)比較電路 808將脈沖計數(shù)804與參考脈沖計數(shù)806相比較，參考脈沖計數(shù)806被選擇以 表示如果輸出電路158-2正常工作時期望的脈沖計數(shù)。根據(jù)比較，比較電 路808產(chǎn)生診斷輸出157-2。例如，如果脈沖計數(shù)與參考脈沖計數(shù)相差大于 某一個設(shè)定范圍，診斷輸出157-2可表示脈沖輸出電路158-2工作不正常。 另一方面，如果脈沖計數(shù)在參考脈沖計數(shù)的設(shè)定范圍內(nèi)，則診斷輸出157-2
可表示脈沖輸出電路正常工作。
圖9為在脈沖輸出實施例的另一示例中輸出校驗電路156的一些特征 的簡圖。如圖9所示，但也適用于其它所述實施例，脈沖輸出可通過耦合 設(shè)備850，如光耦合器或變壓器，與校驗電路的數(shù)字輸入相連。這樣可對 脈沖輸出進(jìn)行分析，且不影響脈沖輸出自身。
輸出校驗電路156的另一個可選擇的特征是分頻電路(frequency divide-down circuit) 852，所述分頻電路可用于對分析的脈沖輸出的頻率 進(jìn)行劃分(divide down)(也就是，降低)，以減小對其它檢測電路的要求。 然后，最終的分頻脈沖輸出854可通過其它檢測電路被分析。但是，分頻 功能并不需要在所有的實施例中實行。
采樣電路856可被包括以對脈沖輸出(或者分頻脈沖輸出)進(jìn)行采樣 以產(chǎn)生采樣的頻率信號858。然后，頻壓轉(zhuǎn)換器860產(chǎn)生電壓862，所述電 壓表示采樣頻率。模數(shù)轉(zhuǎn)換器864接收該表示電壓作為輸入，并作為輸出 產(chǎn)生對應(yīng)于電壓862的數(shù)字值866，從而表示釆樣頻率。比較電路868對數(shù) 字電壓值866與參考數(shù)字值870進(jìn)行比較，參考數(shù)字值870被選擇以表示如 果輸出電路158-2正常工作時期望的脈沖計數(shù)頻率。根據(jù)比較，比較電路 868產(chǎn)生診斷輸出157-2以表示故障或正常的性能。
圖10為在另一個實施例中一部分磁流量計變送器120的簡圖，所述實 施例可與其它已公開的實施例組合實現(xiàn)或獨立于其它已公開的實施例。使 用流量計變送器的用戶通常有可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)，所述可編 程邏輯控制器系統(tǒng)可實現(xiàn)脈沖計數(shù)器904對變送器120的脈沖輸出中的脈沖進(jìn)行計數(shù)。用戶PLC系統(tǒng)具有觸發(fā)電平，在所述觸發(fā)電平上變送器的脈
沖輸出被評估。觸發(fā)電平可隨用戶設(shè)置而改變。在圖io所示的實施例中， 通過在脈沖反饋電路中提供可調(diào)整的觸發(fā)電平，變送器120在用戶所用的
相同觸發(fā)電平上校驗脈沖輸出信號。
如圖10所示，在一些磁流量計變送器120的實施例中，晶體管902用 作輸出電路158的一部分以產(chǎn)生脈沖輸出信號，如圖10中參考號903所示。 例如，圖11的波形930示出了對于環(huán)線(例如，過程環(huán)304、其它電力線路 等)上的特定組的寄生電容效應(yīng)，可能的脈沖輸出信號的波形。如上所述， 用戶的脈沖計數(shù)器904典型地具有可調(diào)整的觸發(fā)電平932，在所述觸發(fā)電平 處脈沖將被識別。結(jié)果是脈沖寬度936，可被計數(shù)器904所見，如波形934 中所示。如果觸發(fā)電平932被調(diào)整，脈沖寬度936典型地會發(fā)生改變。
為提供設(shè)置輸出校驗電路觸發(fā)電平的能力以使其與用戶的脈沖計數(shù) 器904所用的觸發(fā)電平相匹配，可調(diào)整觸發(fā)電平機(jī)構(gòu)被使用。在圖10中， 脈沖輸出被提供至比較器卯8的輸入906端。例如，提供在輸入906處的脈 沖信號可能具有類似于圖11中所示波形938的波形。由比較器908提供的圖 10中的反饋脈沖輸出916在圖11中由波形942表示。利用觸發(fā)電平調(diào)整輸入 914以將數(shù)字信號輸入910提供至DAC912，用于比較器908的可調(diào)整觸發(fā)電 平940能夠被實現(xiàn)。因此，如果脈沖輸出電路正常工作，觸發(fā)電平940能夠 被控制使其與觸發(fā)電平932相同，以確保由比較器908所檢測的脈沖寬度 944與脈沖寬度936相匹配。然后，反饋脈沖916可被變送器120內(nèi)的脈沖計 數(shù)器918計數(shù)以產(chǎn)生脈沖計數(shù)920。之后，例如，脈沖計數(shù)920用于提供診 斷輸出157-2，如上所述。
在一些實施例中，觸發(fā)電平調(diào)整輸入可自動調(diào)整至不同的觸發(fā)電平， 以評估電力線路上的寄生電容，脈沖輸出通過所述電力線路被傳送(例如， 環(huán)304)，或確定電力線路是否處于期望的狀況D因此，在本實施例或其它 實施例中，觸發(fā)電平調(diào)整輸入914不必位于變送器的外部，相反可通過變 送器內(nèi)的處理電路從內(nèi)部控制。
包含在一些磁流量計變送器的實施例中的另一個可選擇的特征是脈 沖波形分析電路925。在包含脈沖波形分析電路的實施例中，脈沖信號被 反饋輸入電路925用于波形分析。電路925對脈沖信號數(shù)字化，然后分析波形以得到特性或特點，如上升時間、占空比和幅值。
盡管本發(fā)明參考示例實施例被描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠認(rèn)識 到可在不偏離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行改變。例如，模擬 和脈沖輸出電路能夠，以及經(jīng)常在同一變送器內(nèi)實現(xiàn)，即使為清楚起見， 在一些實施例中這些模擬和脈沖輸出電路被分別顯示。同樣地，不同實施 例的不同特征可被組合用于特定的實施方式。盡管已采用結(jié)構(gòu)特征和/或 方法動作的特定語言描述了主題，但應(yīng)當(dāng)理解在權(quán)利要求中限定的主題不 必限制于所述的特定特征或動作。相反，上述特定的特征和動作作為實現(xiàn) 權(quán)利要求的示例形式被公開。
權(quán)利要求
1.一種磁流量計變送器，包括流量管；測量電路，所述測量電路被配置以提供與通過流量管的流量相關(guān)的輸出；輸出電路，所述輸出電路與測量電路耦合，并被配置以提供與通過流量管的流量相關(guān)的變送器輸出；以及輸出校驗電路，所述輸出校驗電路與輸出電路耦合，并被配置以校驗輸出電路的正常工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述磁流量計變送器，其中，輸出電路包括模擬輸 出電路，所述模擬輸出電路被配置以通過控制模擬電流環(huán)提供模擬輸出， 以便經(jīng)模擬電流環(huán)傳送流量信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被配置 以測量與模擬輸出相關(guān)的參數(shù)，并將測量的參數(shù)與已知值進(jìn)行比較以用于 校驗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被配置 以將模擬輸出轉(zhuǎn)換為孤立的頻率，并利用所述孤立的頻率校驗?zāi)M輸出電 路的正常工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述磁流量計變送器，其中，輸出電路包括脈沖輸 出電路，所述脈沖輸出電路被配置以在電力線路上提供脈沖輸出，以便傳 送流量信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被配 置以校驗脈沖輸出頻率，從而對脈沖輸出電路的正常工作進(jìn)行校驗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路包括 脈沖計數(shù)電路，所述脈沖計數(shù)電路被配置以計數(shù)來自脈沖輸出的脈沖，并 校驗脈沖輸出頻率，所述脈沖輸出頻率為來自脈沖輸出的計數(shù)的脈沖的函 數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路包括 脈沖計數(shù)比較電路，所述脈沖計數(shù)比較電路被配置以對來自脈沖輸出的計數(shù)脈沖與參考脈沖計數(shù)進(jìn)行比較，以及根據(jù)所述比較，校驗脈沖輸出電路 的正常工作。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路包括 采樣電路，所述采樣電路被配置以提供采樣頻率信號； 頻壓轉(zhuǎn)換電路，所述頻壓轉(zhuǎn)換電路被配置以將采樣頻率信號的頻率轉(zhuǎn)換為表示電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置以將表示電壓轉(zhuǎn)換為表示數(shù)字電 壓值；以及其中，脈沖輸出校驗電路被配置以校驗脈沖輸出頻率，所述脈沖輸出 頻率為所述數(shù)字電壓值的函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述磁流量計，其中，輸出校驗電路還包括可 調(diào)整的脈沖反饋觸發(fā)電平電路，所述可調(diào)整的脈沖反饋觸發(fā)電平電路被配 置以調(diào)整觸發(fā)電平，在所述觸發(fā)電平以上，脈沖輸出內(nèi)的脈沖將會被檢測。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10中所述磁流量計，其中，所述可調(diào)整的脈沖反饋 觸發(fā)電平電路被配置以調(diào)整觸發(fā)電平，所述觸發(fā)電平為觸發(fā)電平調(diào)整輸入 的函數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10中所述磁流量計，其中，所述可調(diào)整的脈沖反饋 電路被配置以自動調(diào)整至不同的觸發(fā)電平，以評估電力線路上的寄生電容 或者確定電力線路是否處于期望的狀況。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述磁流量計變送器，還包括脈沖波形分析電 路，所述脈沖波形分析電路被配置以對脈沖輸出數(shù)字化，并分析脈沖輸出 波形的上升時間、占空比和幅度中的至少之一。
14. 一種磁流量計變送器，用于監(jiān)測通過流量管的流量，所述磁流量 計變送器包括測量電路，所述測量電路被配置以檢測通過流量管的流量，并提供與 通過流量管的流量相關(guān)的輸出；輸出電路，所述輸出電路與測量電路耦合，并被配置以提供與通過流 量管的流量相關(guān)的變送器輸出；以及輸出校驗電路，所述輸出校驗電路與輸出電路耦合，并被配置以校驗 輸出電路的正常工作。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14中所述磁流量計變送器，其中，所述變送器被配 置以與模擬電流環(huán)耦合，并且，其中輸出電路被配置以在模擬電流環(huán)上提 供模擬輸出，從而通過模擬電流環(huán)傳送流量信息。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路位于變送器的內(nèi)部，并被配置以測量與所述模擬輸出相關(guān)的參數(shù)，且將測量 的參數(shù)與己知值進(jìn)行比較用于校驗。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被 配置以將所述模擬輸出轉(zhuǎn)換為孤立的頻率，并利用所述孤立的頻率校驗輸 出電路的正常工作。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15中所述磁流量計變送器，其中，所述變送器被配 置以與通信線路耦合，并且，其中所述輸出電路被配置以在通信線路上提 供脈沖輸出以傳送流量信息。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18中所述磁流量計變送器，其中，所述通信線路為 模擬電流環(huán)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被 配置以校驗脈沖輸出頻率，從而校驗輸出電路的正常工作。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18中所述磁流量計，其中，輸出校驗電路還包括可 調(diào)整的脈沖反饋觸發(fā)電平電路，所述可調(diào)整的脈沖反饋觸發(fā)電平電路被配 置以調(diào)整觸發(fā)電平，在所述觸發(fā)電平以上，脈沖輸出內(nèi)的脈沖將會被輸出 校驗電路所檢測。
全文摘要
磁流量計變送器(120)包括流量管(124)和測量電路(154)，所述測量電路提供與通過流量管(124)的流量相關(guān)的輸出。輸出電路(158)，例如模擬和脈沖輸出電路，提供與通過流量管(124)的流量相關(guān)的變送器輸出。變送器(120)的輸出校驗電路(156)與輸出電路(158)耦合，并通過分析輸出信號，提供輸出電路(158)正常工作的校驗。
文檔編號G01F15/06GK101688798SQ200880012710
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者K·A·亨特, R·K·舒爾茲, S·R·弗斯, W·G·托騰哈根 申請人:羅斯蒙德公司