磁流量計(或磁計)通過法拉第定律、電磁場效應(yīng)的應(yīng)用來測量流量。磁流量計通過將激勵電流傳送通過場繞組在電絕緣的導(dǎo)電過程流體流兩端產(chǎn)生磁場來為一個或更多個線圈供能。通過穿過磁場的流動過程流體來產(chǎn)生電動勢(EMF)。通過與流動過程流體接觸的一個或更多個導(dǎo)電電極可以容易地測量流體兩端和相對于剩余過程流體的該感應(yīng)電壓(電勢)。體積流量正比于流速和流管的橫截面積。流速直接正比于電極電壓電勢(EV)，該電極電壓電勢(EV)直接正比于感應(yīng)磁場強(qiáng)度(B)。假設(shè)感應(yīng)磁場強(qiáng)度正比于施加的磁場(H)，磁場(H)與激勵電流的幅值直接相關(guān)。因此，在測量的電極電壓電勢和指示的體積流量之間提供直接互相關(guān)。

磁流量計在各種導(dǎo)體和半導(dǎo)體流體流量測量環(huán)境中是有用的。具體地，水基流體、離子溶液及其他導(dǎo)電流體的流量均可以使用磁流量計測量。因此，可以在水處理設(shè)施、飲料和衛(wèi)生食品生產(chǎn)、化學(xué)處理、高純制藥以及危險和強(qiáng)制性處理設(shè)施中找到磁流量計。

為了有效地操作，在磁流量計的電極之間擴(kuò)展的路徑的電導(dǎo)率必須相對較高。通過流體本身與跨流體和電極表面的界面電阻串聯(lián)的電阻來確定該路徑的總電阻。當(dāng)磁流量計測量相對較臟的流體(例如包含油或漿料的流體時)，污物可能偶爾覆蓋并附著至電極的活動表面。該覆蓋可能改變電極的電特性，并且隨著覆蓋累積產(chǎn)生導(dǎo)致測量誤差的界面電阻。

已知在磁流量計電極上使用超聲清潔，特別是在磁流量計用于計量有覆蓋電極趨勢的緩慢流動的液體時。超聲清潔可以例如由壓電片形式的超聲換能器組成，該壓電片位于電極本體中或上，并且通過超聲頻率發(fā)生器周期性地供能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種磁流量計包括流量計電子器件和流管，所述流管被配置為容納過程流體流。所述流管具有鄰近內(nèi)徑布置以接觸過程流體的多個電極。至少一個超聲換能器布置在所述流管內(nèi)，并被配置為將超聲能量與鄰近至少一個電極的過程流體耦接。流量計電子器件與所述多個電極和所述至少一個超聲換能器耦接，并被配置為：檢測至少部分電極覆蓋或累積，并作為響應(yīng)使用所述至少一個超聲換能器產(chǎn)生流管內(nèi)的清潔周期。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁流量計有用的環(huán)境的示意視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁流量計的框圖。

圖3A是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。

圖3B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。

圖3C是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。

圖3D是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的檢測電極覆蓋并產(chǎn)生原位電極清潔過程的方法的流程圖。

具體實施方式

圖1示出了磁流量計102的典型環(huán)境100。磁流量計102與過程管線耦接，過程管線以線104示意示出，還與控制閥112耦接。磁流量計102被配置為提供在過程中通過管線104的關(guān)于過程流體流的流速輸出。這些流體的示例包括化工、紙漿、制藥和其他流體加工廠中的漿料和液體。

磁流量計102包括與流管108連接的電子器件外殼120。磁流量計102輸出被配置用于經(jīng)由過程通信連接106向控制器或指示器經(jīng)過相對長距離的傳輸。在典型加工廠中，通信連接106可以是數(shù)字通信協(xié)議或模擬通信信號?？梢越?jīng)由無線通信、脈沖寬度或頻率輸出或離散輸入/輸出(DI/DO)來使相同或附加過程信息可用。系統(tǒng)控制器110可以為人類操作員顯示流信息并在過程通信連接106上提供控制信號，以使用控制閥(例如閥112)控制該過程。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁流量計的框圖。磁流量計102測量通過流管組件108的導(dǎo)電過程流體的流量。線圈122被配置為響應(yīng)于從線圈驅(qū)動器130施加的激勵電流來在流體流量中施加外磁場。EMF傳感器(電極)124與流體流量電耦接，并向放大器132提供與由于施加的磁場、流體速率和噪聲而在流體流量中產(chǎn)生的EMF相關(guān)的EMF信號輸出134。模數(shù)轉(zhuǎn)換器142向流量計電子器件143的微處理器系統(tǒng)148提供數(shù)字化的EMF信號。可以通過硬件、軟件或其組合來配置微處理器148，以提供關(guān)于EMF輸出134的數(shù)字信號處理功能，從而提供與流體速率相關(guān)的輸出152。

微處理器系統(tǒng)148根據(jù)如法拉第定律應(yīng)用中描述的EMF輸出134與流速之間的關(guān)系來計算通過流管108的流體流速：

其中E可以是與EMF輸出134相關(guān)的信號輸出152，V是流體速率，D是流管108的直徑，B是過程流體中的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度，并且k是比例常數(shù)。微處理器148根據(jù)已知技術(shù)使用速率和所測量的磁場或線圈電流來計算過程流體的流量。數(shù)模轉(zhuǎn)換器158與流量計電子器件143的微處理器148耦接，并生成模擬變送器輸出160以耦接至通信總線106。數(shù)字通信電路162可以產(chǎn)生數(shù)字變送器輸出164。根據(jù)需要，模擬輸出160和/或數(shù)字輸出164可以與過程控制器或監(jiān)視器耦接。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，磁流量計102的流量計電子器件143包括診斷組件166和超聲驅(qū)動器168。診斷組件166可以與微處理器148分離或在微處理器148內(nèi)具體化?？梢越?jīng)由硬件、軟件或其組合來配置診斷組件166，以提供關(guān)于污垢或其他的材料向一個或更多個電極124的附著的診斷指示。診斷組件166可以采用用于測量電極124或與電極124交互的任何診斷技術(shù)，以提供指示電極覆蓋的診斷輸出。在一個示例中，診斷技術(shù)可以與US專利5,370,000采用的技術(shù)相同，US專利5,370,000教導(dǎo)了磁流量計中電極覆蓋的檢測。然而，可以使用能夠提供關(guān)于電極覆蓋指示的任意其他合適技術(shù)。當(dāng)診斷組件166確定電極124的一個或更多個已經(jīng)經(jīng)受了特定水平的材料累積或至少部分的覆蓋時，流量計電子器件143被配置為：作為響應(yīng)，采用超聲驅(qū)動器組件168以使一個或更多個超聲換能器170在流動的過程流體內(nèi)產(chǎn)生超聲能量。在一個示例中，超聲換能器170可以是壓電或磁致伸縮組件。這種結(jié)構(gòu)的合適示例是在千赫范圍中工作的陶瓷鋯鈦酸鉛。

在U.S.專利3,479,873和4,287,774中提供了在磁流量計中使用電極的超聲清潔技術(shù)。然而，不贊成現(xiàn)代磁流量計具有這種精度和將超聲換能器與電極直接耦接的機(jī)械集成度。作為替代，本發(fā)明的實施例一般在磁流量計的流管內(nèi)被選擇用于鄰近電極產(chǎn)生超聲能量的一個或更多個位置處提供一個或更多個超聲換能器，而無需實際允許超聲換能器接觸電極。附加地，超聲換能器本身也可以由合適的診斷組件(例如，診斷電路166和/或超聲驅(qū)動器168)用于推斷地確定電極124何時可能變臟。例如，如果換能器170接觸過程流體，則可以推斷出：當(dāng)換能器變臟或污濁時，電極也將污濁。由于固體或其他污物向換能器的附著將改變換能器的質(zhì)量，這種換能器的諧振頻率將顯著改變。因此，通過向換能器170應(yīng)用不同驅(qū)動頻率并測量或用其他方式獲得換能器的響應(yīng)，可以測量諧振頻率的改變。諧振頻率的這些改變可以用于推斷電極覆蓋診斷。此外，基于換能器的診斷可以與傳統(tǒng)的基于電極覆蓋的診斷組合，以提供對于何時適合超聲清潔的更魯棒的指示。

在一個實施例中，當(dāng)流量計102要開始電極的超聲清潔時，停止正常流量計操作和過程流信息的提供。因此，中斷經(jīng)由線圈122的磁場的產(chǎn)生，并且超聲驅(qū)動器168使換能器170參與(engage)。該自清潔操作可以持續(xù)預(yù)定的時間量，或可以中斷該過程并可以產(chǎn)生電極覆蓋診斷，以確定是否發(fā)生了充分清潔。如果需要附加的清潔，則可以再次使超聲換能器170參與并且可以繼續(xù)清潔操作。該重復(fù)的診斷/清潔周期可以繼續(xù)，直至經(jīng)過了預(yù)定量的時間為止。如果在已經(jīng)經(jīng)過了這種預(yù)定量的時間之后診斷仍指示電極覆蓋，則微處理器148可以在通信總線106上提供對清潔操作尚未成功并且需要技術(shù)人員干預(yù)的指示。如以上所闡述的，本發(fā)明的實施例一般提供可相對鄰近磁流量計的一個或更多個電極、但與磁流量計的一個或更多個電極分離的超聲換能器。

圖3A是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。如圖所示，在流管108內(nèi)彼此相反地布置電極124。每個電極124穿過電絕緣襯里172并因此接觸流經(jīng)流管108的過程流體。在相應(yīng)的超聲換能器170附近放置電極124的每一個。然而，如圖3A中所示，超聲換能器170與它們的相應(yīng)電極物理地分離。當(dāng)流量計102執(zhí)行原位清潔時，每個超聲換能器170以超聲頻率在過程流體內(nèi)產(chǎn)生運動。該引入過程流體內(nèi)的超聲能量導(dǎo)致超聲激勵的過程流體清潔電極124的附近表面。

圖3B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。如以上參照圖1和2描述的，磁流量計包括電子器件外殼120。附加地，磁流量計的流管108包括一對正好相對布置的電極124。與參照圖3A示出的實施例類似，圖3B具有位于大約0和180度處的電極124。然而，相反，單個超聲換能器170位于大約270度。盡管超聲換能器170與電極124徑向間隔開，仍考慮它由于在流管內(nèi)的軸向位置而鄰近電極124布置。當(dāng)需要原位超聲清潔時，使換能器170產(chǎn)生具有超聲頻率的移動。該移動激勵流管108內(nèi)的過程流體，并使超聲激勵的過程流體清潔電極124。

圖3C是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。如圖3C中所示，每個電極124附近具有一對超聲換能器170。在示出的實施例中，每對超聲換能器包括在第一徑向上與相應(yīng)電極間隔開的第一超聲換能器，和在與第一徑向相反的第二徑向上間隔開的第二超聲換能器。在一個實施例中，第一和第二超聲換能器可以與相應(yīng)電極等距間隔開。因此，針對兩個電極，示出了總共四個超聲換能器170。附加超聲換能器170的使用可以允許磁流量計將更多超聲能量耦接到過程流中，并為更困難的介質(zhì)提供更有力的超聲清潔。附加地，在每個電極124下方和上方的超聲換能器的使用可以允許基于超聲換能器的診斷方法單獨或與電極覆蓋診斷技術(shù)組合來更有效地使用，以確定產(chǎn)生原位清潔循環(huán)的合適次數(shù)。

圖3D是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的磁流量計的示意橫截面視圖。除了換能器相對于圖3A關(guān)于橫軸翻轉(zhuǎn)之外，圖3D與圖3A類似。因此，在直徑相對側(cè)布置每個電極。在所示示例中，直徑從0度位置擴(kuò)展至180度位置。在圖3A和3D中所示的實施例中，在直徑的相對側(cè)上布置超聲換能器。例如，在圖3D中，超聲換能器布置在大約20度處，因此在從0-180度擴(kuò)展的直徑之上。另一超聲換能器位于在大約200度處，因此在從0-180度擴(kuò)展的直徑以下。

因此，圖3A-3C指示了針對根據(jù)本發(fā)明實施例的一個或更多個超聲換能器在磁流量計的流管中的放置可以提供各種配置選項。附加地，盡管至此已經(jīng)一般地示出與電極徑向間隔開的超聲換能器，還預(yù)想超聲換能器可以在流體流量(即，上流)的方向上間隔開。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的檢測電極覆蓋并產(chǎn)生原位電極清潔過程的方法的流程圖。方法200在塊202開始，在塊202處執(zhí)行覆蓋檢測。該覆蓋檢測可以是現(xiàn)在已知或稍后開發(fā)的任意合適的電極覆蓋診斷。附加地或備選地，與一個或更多個超聲換能器相關(guān)的覆蓋檢測可以用于推斷地確定流管內(nèi)的電極覆蓋。

一旦已經(jīng)完成了塊202的覆蓋檢測，塊204確定檢測到的覆蓋的量是否高于所選閾值。如果不高于所選閾值，則在所選時間量之后控制返回塊202。用這種方式，磁流量計將直接或間接周期地執(zhí)行電極覆蓋檢測，并且如果檢測到的覆蓋厚度低于所選閾值，則繼續(xù)正常操作。然而，如果檢測到的覆蓋厚度高于所選閾值，則控制轉(zhuǎn)至塊206，在塊206處執(zhí)行原位電極清潔操作。

為執(zhí)行塊206的原位電極清潔操作，流量計電子器件(例如處理器148)被配置為使超聲驅(qū)動器在磁流量計的流管內(nèi)為一個或更多個超聲換能器(例如超聲換能器170)供能。超聲換能器的該供能將超聲能量耦合到過程流體中。然后，過程流體本身用作與超聲供能的過程流體直接接觸的電極(例如電極124)上的超聲清潔介質(zhì)。

一旦完成了塊206的清潔操作，則塊208確定在預(yù)定時間量(例如1小時)內(nèi)是否已經(jīng)完成了多次清潔操作。如果沒有，則控制返回塊202，在塊202中再次執(zhí)行電極覆蓋的檢測。因此，如果塊206的超聲清潔操作成功，則塊202的檢測將指示電極上的覆蓋低于所選閾值，并且操作將正常繼續(xù)。然而，在原位清潔過程未成功移除或去掉電極上的材料的情況下，方法將重復(fù)直至特定時間量內(nèi)的清潔周期次數(shù)達(dá)到閾值。這時，控制將轉(zhuǎn)至塊210，在塊210中磁流量計將本地地、遠(yuǎn)程地或本地地和遠(yuǎn)程地指示由于電極覆蓋而導(dǎo)致的報警條件存在。因此，過程操作者將被警告該條件，并且將不再依賴磁流量計提供精確的過程流體流量測量。此外，可以向磁流量計派遣技術(shù)人員，以視情況人工清理流管和/或替換有缺陷的組件。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以實現(xiàn)形式和細(xì)節(jié)上的修改。