一體模制的磁流量計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于測(cè)量過程流體的流量的磁流量計(jì)，包括被布置成施加磁場(chǎng)到過程流體的磁性線圈。一對(duì)電極電連接到過程流體并且被布置為檢測(cè)在過程流體中感應(yīng)的電壓，該電壓與所施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量相關(guān)。非導(dǎo)電材料制成的模制流管被布置成接收過程流體的流動(dòng)。流管被模制成圍繞磁性線圈和該對(duì)電極成型，并且被配置為支撐磁性線圈和該對(duì)電極。流量計(jì)電路被配置為施加電流到磁性線圈和接收由該對(duì)電極檢測(cè)的所述電壓。
【專利說明】一體模制的磁流量計(jì)
[0001]共同未決專利申請(qǐng)的交叉引用
[0002]在一種具體配置中，采用四個(gè)線圈，如在史蒂文B.羅杰斯在2012年9月26日提交并且與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓的、名稱為MAGNETIC FLOWMETER WITH MULTIPLE C0ILS(具有多個(gè)線圈磁流量計(jì))的共同未決申請(qǐng)13/627，404中所示的那些。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于檢測(cè)和測(cè)量工業(yè)過程工廠中的過程流體的流量的類型的流量計(jì)。更具體地，本發(fā)明涉及使用磁流量計(jì)對(duì)流量的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0004]磁流量計(jì)通常用于測(cè)量通過電絕緣流管的導(dǎo)電性過程流體的流量。按照法拉第電磁感應(yīng)定律，在導(dǎo)電性過程流體在垂直方向上運(yùn)動(dòng)通過磁場(chǎng)時(shí)，在流體中感應(yīng)與過程流體的速度和所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例的電壓。可以通過將電流施加到線圈來形成磁場(chǎng)，該線圈由已被彎曲成多個(gè)緊密間隔回路的導(dǎo)線制成。然后，一對(duì)電極用于測(cè)量由過程流體的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)的電壓。
[0005]許多流量計(jì)需要?jiǎng)傂粤鞴?如金屬)以提供在高壓應(yīng)用中所需要的強(qiáng)度。在許多情況下，電極和磁性線圈的放置和布置在制造過程中是困難和費(fèi)時(shí)的。諸如金屬流管之類的其它金屬部件可能會(huì)在磁性線圈和過程流體之間導(dǎo)致磁渦流損耗。另外，線圈和電極的定位和位置可能需要包括焊接的多種結(jié)合步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種用于測(cè)量過程流體的流量的磁流量計(jì)，包括被布置成施加磁場(chǎng)到過程流體的磁性線圈。一對(duì)電極電連接到過程流體并且被布置為檢測(cè)在過程流體中感應(yīng)的電壓，該電壓與所施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量相關(guān)。非導(dǎo)電材料制成的模制流管被布置成接收過程流體的流動(dòng)。流管被模制成圍繞磁性線圈和該對(duì)電極成型，并且被配置為支撐磁性線圈和該對(duì)電極。流量計(jì)電路被配置為施加電流到磁性線圈和接收由該對(duì)電極檢測(cè)的所述電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是示出包括磁流量計(jì)的過程控制系統(tǒng)的示意圖。
[0008]圖2是圖1的磁流量計(jì)的側(cè)面局部剖開透視圖。
[0009]圖3是圖1的磁流量計(jì)的平面局部剖視圖。
[0010]圖4A是用于制造圖1的磁流量計(jì)的流管的模具的分解透視圖，和圖4B是用于制造圖1的磁流量計(jì)的流管的模具的透視圖。
[0011]圖5是圖1的磁流量計(jì)的簡化示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0012]本發(fā)明提供一種磁流量計(jì)，用于測(cè)量在工業(yè)過程中的導(dǎo)電性的過程流體的流動(dòng)。在一個(gè)方面，本發(fā)明允許流量計(jì)中的線圈和電極根據(jù)需要布置，并且提供使用模制流管(flow tube)配置的壓力容器。在具體的實(shí)施例中，這被設(shè)置在稱為“晶片”類型流管中，其中流管在兩個(gè)過程管道的相對(duì)的端部處固定在兩個(gè)法蘭之間。
[0013]在一個(gè)示例中，線圈、電極、及其相關(guān)的布線都被模制或鑄造成以“環(huán)形”形狀布置的固體聚合物模制管或“環(huán)”，其然后可以安裝在管道的兩個(gè)過程法蘭之間。根據(jù)過程流體的壓力、孔的大小、模制的簡易性等，可以根據(jù)需要選擇特定的聚合物。在某些配置中，可以使用額外的材料以提供結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。例如，金屬或其他材料的“備份環(huán)”可以圍繞聚合物管的外圓周延伸。這可以有助于壓力封閉并且給聚合物管提供額外的穩(wěn)定性?？梢允褂玫氖纠饘侔ú讳P鋼或碳鋼。碳鋼以及其他材料具有提供用于磁場(chǎng)的磁通量回路(magneticreturn path)的優(yōu)點(diǎn)。聚合物環(huán)自身可以包括，例如，聚氨酯、PFA、非導(dǎo)電性聚苯硫醚和潛在地可以包括導(dǎo)電性聚苯硫醚電極。在商業(yè)上，商品名為丨彳y ? on?和Tec HI ron?的聚苯硫醚是已知的。在一般情況下，包括導(dǎo)電性聚合物電極的電極以及非導(dǎo)電性聚合物的任意組合可以用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0014]這些配置提供各種優(yōu)點(diǎn)，包括部分或完全消除用于壓力容器的不銹鋼管，潛在消除線圈之外的焊接或其他方式加工的殼體，減少線圈和過程流體之間的磁渦流損耗，并且一般地簡化制造過程，其中電極、線圈和相關(guān)布線被簡單地組裝到模具中并且然后聚合物被注入或倒入模具中。在一個(gè)具體的配置中，采用四個(gè)線圈，如在史蒂文B.羅杰斯在2012年9月26日提交并且與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓的、名稱為MAGNETIC FLOWMETER WITH MULTIPLECOILS(具有多個(gè)線圈磁流量計(jì))的共同未決申請(qǐng)13/627，404中說明的那些。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，磁流量計(jì)包括布置成接收過程流體流的流管。另外，流量計(jì)優(yōu)選地包括鄰近流管布置的多個(gè)線圈?？刂破鞅慌渲贸墒褂盟龆鄠€(gè)線圈施加磁場(chǎng)到過程流體。第一和第二電極被布置成檢測(cè)過程流體的與所施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量相關(guān)的電勢(shì)。傳感器被配置成檢測(cè)第一和第二電極之間的電壓。控制器被配置為根據(jù)第一和第二電極之間的由傳感器檢測(cè)的電壓計(jì)算過程流體的流量。
[0016]在圖1中，用于磁流量計(jì)102的典型的環(huán)境在100處示出。更具體地說，圖1顯示連接到過程管道104的磁流量計(jì)102，過程管道104還連接到控制閥112。如在圖1中顯示，流量計(jì)108的流管108是“晶片”類型流管，其中流管固定在法蘭120和過程管道104的相對(duì)法蘭130之間，但是自身不包括法蘭。法蘭120和130包括相應(yīng)的螺栓孔122和132。螺栓140被布置為由孔122和132接收，因而將流管108固定在其間。流管還可以包括套管141，套管141用于接 收螺栓，螺栓穿過套管141因而進(jìn)入法蘭120和130之間的流管108。
[0017]在磁流量計(jì)中，被監(jiān)測(cè)的過程變量涉及過程流體流過流管108的速度。磁流量計(jì)102可以被配置為提供輸出，該輸出用于經(jīng)由通信總線106在長距離上傳輸?shù)娇刂破骰蛑甘酒?。在典型的加工廠中，通信總線106可以是4-20mA電流回路、現(xiàn)場(chǎng)總線連接、脈沖輸出/頻率輸出、HART?協(xié)議通信、無線通信連接(如根據(jù)IEC 62591標(biāo)準(zhǔn)的W^relessHART?通信協(xié)議)，以太網(wǎng)或光纖連接/或到諸如系統(tǒng)控制器/監(jiān)測(cè)器110或其他設(shè)備之類的控制器的其他通信信道。系統(tǒng)控制器110可以被編程為過程監(jiān)測(cè)器，以為人類操作員顯示流量信息，或作為過程控制器以在通信總線106上使用控制閥112控制過程。
[0018]圖2是磁流量計(jì)102的局部剖開透視圖，和圖3是磁流量計(jì)102的局部剖正視圖。如圖2和3所示，磁流量計(jì)102包括連接到電子元件殼體240的流管108。流管108由其中支撐磁性線圈222A和222B的環(huán)或管200形成。線圈222A和222B布置為引導(dǎo)磁場(chǎng)進(jìn)入管200的內(nèi)部，從而磁場(chǎng)加在過程流體上。電極224A和224B布置在管200中。電極224A和224B的端部至少延伸到管200的邊緣，從而電極224A和224B與過程流體電接觸。圖2還示出了鄰近包括螺栓孔122的法蘭120定位的磁流管108。如結(jié)合圖1討論，法蘭120和法蘭130用來將磁流管108固定在管道104的部分之間。圖2和3圖示線圈222A和222B為具有鞍形或“C”形。然而，本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明并不限于具有兩個(gè)線圈和兩個(gè)電極的結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)需要采用任何數(shù)量的線圈和電極。此外，如上所述，可以使用任選的外部支承環(huán)202以提供額外的強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)支撐環(huán)202包括金屬。然而，支撐環(huán)202可以由其他材料形成，并且可以部分地或完全地圍繞環(huán)200延伸。
[0019]圖4A和圖4B示出了模制過程，在該過程中使用模具204形成管200。模具204被布置為允許液態(tài)聚合物流動(dòng)進(jìn)入形成在模具204和環(huán)202內(nèi)的空間。在使用聚合物填充空間之前，線圈222A、222B、電極224A、224B和其相關(guān)的布線可以根據(jù)需要放置在模具204的空間208內(nèi)。也可以提供用于形成由導(dǎo)電性聚合物體形成的模制電極的模制。一旦模制材料凝固，則形成最終管200，并且根據(jù)需要將模具204從模制產(chǎn)品上取下。附加處理可能是需要的，例如，在模制過程之間進(jìn)行環(huán)200的額外的機(jī)械加工或砂磨。注意，在圖4A和4B中，元件240表示用于電連接到變送器的接頭殼體。
[0020]在圖5中，方框圖顯示磁流量計(jì)102的用于測(cè)量通過流管108的導(dǎo)電性過程流體184的流量的一個(gè)實(shí)施例。線圈222A、222B被配置為響應(yīng)于來自線圈驅(qū)動(dòng)器230的施加的驅(qū)動(dòng)電流在流體流中施加外部磁場(chǎng)。線圈222可以由交流(AC)或直流(DC)供電。電極(EMF傳感器)224A、224B電連接至流體流并且提供EMF信號(hào)輸出234到放大器232，EMF信號(hào)輸出234與由所施加的磁場(chǎng)和流體速度在流體流產(chǎn)生中的EMF相關(guān)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器242提供數(shù)字化EMF信號(hào)到控制器系統(tǒng)248，控制器系統(tǒng)248可以是微處理器等。信號(hào)處理器250被實(shí)現(xiàn)在流量計(jì)電子元件240的微處理器系統(tǒng)248中，信號(hào)處理器250連接到EMF輸出234，以提供與流體流速相關(guān)的輸出252`。存儲(chǔ)器278可以用于存儲(chǔ)程序指令或其他信息。
[0021]如在法拉第定律中提出，微處理器系統(tǒng)248按照EMF輸出234和流速之間的關(guān)系計(jì)算通過流管108的速度,法拉第定律規(guī)定:
[0022]V = E/ (kBD)等式 I
[0023]其中E是EMF輸出234，V是流體的速度，D是流管108的直徑，B是在流體中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并且k是比例常數(shù)。微處理器系統(tǒng)248按照已知技術(shù)計(jì)算過程流體的流量。連接到微處理器系統(tǒng)248的數(shù)模轉(zhuǎn)換器258產(chǎn)生模擬變送器輸出260，用于連接到通信總線106。數(shù)字通信電路262產(chǎn)生數(shù)字變送器輸出264。數(shù)模轉(zhuǎn)換器258產(chǎn)生模擬輸出，而數(shù)字通信電路262產(chǎn)生數(shù)字輸出。
[0024]在一個(gè)配置中，本發(fā)明的磁流量計(jì)配置為調(diào)整它被固定在其間的法蘭120和130(參見圖1)的特性。作為本發(fā)明的流管108不完全包含磁場(chǎng)，相鄰的法蘭可以基于法蘭的磁導(dǎo)率改變磁場(chǎng)。這可能影響流量計(jì)的校準(zhǔn)。例如，如果法蘭是碳鋼，則將需要以與法蘭是不銹鋼時(shí)不同方式校準(zhǔn)流量計(jì)。
[0025]在一個(gè)方面，微處理器248被配置為檢測(cè)相鄰法蘭是碳鋼還是不銹鋼。更具體地，使用線圈222k和222B制成的磁路的感應(yīng)系數(shù)將改變。在使用碳鋼法蘭時(shí)這個(gè)感應(yīng)系數(shù)將比使用不銹鋼法蘭時(shí)大。通過在電流極性反轉(zhuǎn)時(shí)監(jiān)測(cè)線圈電流的變化率，可以檢測(cè)出增加的感應(yīng)系數(shù)。較高的感應(yīng)系數(shù)值將與較慢的變化率相關(guān)。可以在制造過程中測(cè)量磁路的感應(yīng)系數(shù)，并且不同的校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在微處理器248的存儲(chǔ)器中。在流管處于操作中時(shí)，在流管的啟動(dòng)過程中，被實(shí)現(xiàn)在微處理器248中的軟件可以用于測(cè)量磁路的感應(yīng)系數(shù)，并且選擇合適的校準(zhǔn)值?？梢栽趩?dòng)期間自動(dòng)進(jìn)行這種調(diào)整，或根據(jù)其他技術(shù)，例如定期測(cè)試或根據(jù)在數(shù)據(jù)總線106上接收的命令測(cè)試進(jìn)行這種調(diào)整。
[0026]在用于檢測(cè)法蘭的成分的一種替代方法中，在磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)期間，磁路的磁滯(hysteresis)可以被測(cè)量。如果法蘭是由碳素鋼而不是由不銹鋼制成的，則磁滯變化，并且微處理器248可以分析不同的磁滯信號(hào)，并且選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償值。在一個(gè)示例中，使用特殊的信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈222A和222B，用于更容易檢測(cè)磁滯。例如，在裝置的啟動(dòng)期間，為了使磁滯的變化更容易檢測(cè)，可以應(yīng)用較高的頻率信號(hào)。
[0027]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)做出修改。更具體地，盡管本發(fā)明的實(shí)施例已被描述為包括兩個(gè)線圈和兩個(gè)電極，可用于本發(fā)明的線圈和電極的數(shù)目并不限于這些。流量計(jì)的線圈可以按需要配置。線圈可以是圓錐形就座式、倒錐形座、曲徑配置等等。雖然上面的描述介紹了用于選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)值的兩種技術(shù)，但可以采用其他技術(shù)，包括手動(dòng)選擇。在另一個(gè)例子中，根據(jù)相鄰的法蘭的磁性計(jì)算校準(zhǔn)值。例如，流量計(jì)的校準(zhǔn)值可能與基于諸如多項(xiàng)式特征方程之類的方程所檢測(cè)到的磁特性相關(guān)。同樣地，如果使用金屬環(huán)以加強(qiáng)模制的流管，可以調(diào)整補(bǔ)償。如在此所使用的，晶片式流量計(jì)涉及具有流管的流量計(jì)，該流管在其端部處不具有法蘭。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量過程流體的流量的磁流量計(jì)，包括: 磁性線圈，該磁性線圈被布置成施加磁場(chǎng)到過程流體； 一對(duì)電極，該對(duì)電極電連接到過程流體并且被布置為檢測(cè)在過程流體中感應(yīng)的電壓，該電壓與所施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量相關(guān)； 非導(dǎo)電材料制成的模制流管，該模制流管被布置成接收穿過其中的過程流體流，該模制流管被模制成圍繞磁性線圈和該對(duì)電極，并且被配置為支撐磁性線圈和該對(duì)電極；和流量計(jì)電路，該流量計(jì)電路被配置為施加電流到磁性線圈和接收由該對(duì)電極檢測(cè)的所述電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流量計(jì)，包括圍繞模制流管延伸的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流量計(jì)，其中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流量計(jì)，其中加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁流量計(jì)，其中，所述金屬包括碳鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁流量計(jì)，其中，所述金屬包括不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流量計(jì)，其中，磁性線圈包括包含在模制流管內(nèi)并鄰近過程流體定位的兩個(gè)磁性線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流量計(jì)，其中，模制流管包括聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流量計(jì)，其中，該對(duì)電極包括導(dǎo)電性聚合物電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的磁流量計(jì)，其中，模制流管以被構(gòu)造為安裝在位于相鄰管道的端部處的兩個(gè)法蘭之間的“晶片”類型布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流量計(jì)，其中，流量計(jì)電路進(jìn)一步被配置為檢測(cè)接近模制流管的磁性材料的存在。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，其中，流量計(jì)電路基于磁感應(yīng)系數(shù)檢測(cè)磁性材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，其中，流量計(jì)電路基于檢測(cè)到的磁滯檢測(cè)磁性材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，其中，流量計(jì)電路基于所述磁性材料選擇校準(zhǔn)值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁流量計(jì)，其中，流量計(jì)電路基于檢測(cè)到的磁滯選擇校準(zhǔn)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁流量計(jì)，其中，使用高頻信號(hào)測(cè)量所述磁滯。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁流量計(jì)，其中，在啟動(dòng)階段期間施加高頻信號(hào)。
18.一種制造用于測(cè)量工業(yè)過程中的過程流體的流量的磁流量計(jì)的方法，包括下述步驟: 將磁性線圈布置在具有中心開口的模具中，磁性線圈被配置為施加磁場(chǎng)到過程流體；將一對(duì)電極布置在模具中，該對(duì)電極被配置成檢測(cè)在過程流體中感應(yīng)的電壓，該電壓與所施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量相關(guān)； 將非導(dǎo)電性液體澆注到模具中，并且允許該液體凝固，從而形成模制流管；以及將流量計(jì)電路連接到磁性線圈和該對(duì)電極，用于根據(jù)由該對(duì)電極檢測(cè)的電壓測(cè)量過程流體的流量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括提供圍繞模制流管延伸的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中磁性線圈是鄰近過程流體定位的兩個(gè)磁性線圈中的一個(gè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中非導(dǎo)電液體包括聚合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該對(duì)電極包括導(dǎo)電性聚合物電極。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中模制流管以被構(gòu)造為安裝在位于相鄰管道的端部處的兩個(gè)法蘭之間的“晶片”類型布置。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括使用流量計(jì)電路檢測(cè)鄰近模制流管的磁性材料的存在。
25.根據(jù)權(quán)利 要求24所述的方法，包括根據(jù)所述磁性材料選擇流量校準(zhǔn)值。
【文檔編號(hào)】G01F1/58GK103674133SQ201210536356
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】史蒂文·布魯斯·羅杰斯, 約瑟夫·艾倫·史密斯 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司