CN101680817B

CN101680817B - 具有泄漏和温度检测的非金属流过式无电极电导率传感器

Info

Publication number: CN101680817B
Application number: CN2007800519632A
Authority: CN
Inventors: J·K·夸肯布什; M·M·鲍尔; S·B·塔卢蒂斯; D·S·麦金莱; D·G·托尔三世
Original assignee: Invensys Systems Inc
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: WO2008085683A1; JP2010515881A; CN101680817A; US20070194792A1; US7279903B2

Abstract

一种非金属流过式无电极电导率传感器设有导管，该导管具有初级过程流体流动通路和次级过程流体流动通路，以形成流体回路。至少一个激励环形体和一个传感环形体包绕流体回路上的导管。提供给激励环形体的电压通过流体回路在传感环形体中感应出电流，以消除对与过程流体相接触的金属电极的任何需求。至少一个附加的激励环形体和/或传感环形体设置在流体回路上，以增强感应。可选的是，一个或多个传感线圈设置成在流体回路外围绕导管，以抵消杂散的电噪声。沿导管设置的可选的导体通过其阻抗的变化来检测任何流体泄漏。温度检测器在伸入流体流动通路中的非导电的保持器内得到支承，以便使检测器不与流体进行物理接触。可选的外壳设有端口，以使使用者能够清除穿透导管壁的任何气体。

Description

具有泄漏和温度检测的非金属流过式无电极电导率传感器

相关申请

本申请为于2006年2月9日提交的名称为NON-METALLICFLOW-THROUGH ELECTRODELESS CONDUCTIVITY SENSORAND LEAK DETECTOR的美国专利申请No.11/351,856的部分继续申请；该申请要求于2005年5月2日提交的名称为NON-METALLICFLOW THROUGH ELECTRODELESS CONDUCTIVITY SENSOR的美国临时专利申请No.60/676,765的优先权。

1.技术领域

本发明涉及电导率传感器，并且更具体地涉及构造成用以检测流过导管的过程流体的电导率的无电极电导率传感器。

2.背景信息

在本申请中，通过引证引入了各种出版物、专利和公开的专利申请。在此通过引用而将本申请所参考的出版物、专利和公开的专利申请的公开内容并入本文中。

通过在一对电极上施加电压并且将其浸入溶液中，可进行对化学溶液的电导率测量。经过该系统的电流与溶液的电导率成比例。然而，如果待测溶液与金属电极在化学上不相容，例如，造成化学侵蚀或溶液和/或电极的污染，则该项技术就不适宜。

另一种方法涉及无电极的环形电导率测量。在该方法中，通过使用激励器环形线圈和传感器环形线圈包绕至少部分地由受测溶液所形成的‘磁芯(core)’，有效地产生变压器。该环形体通常设置在电绝缘、磁透过的壳体内，该壳体具有轴向穿过其间的流体流动通路。激励器供给有电压，该电压在经过流动通路的溶液中感应出电磁场，因而在传感线圈中感应出电流。该感应电流与受测溶液的电导率成比例。

Reese的美国专利No.5,157,332公开了一种此类环形电导率传感器的实例。公知的类似传感器的商业实例是可从Invensys Systems，Inc.(Foxboro，Massachusetts)得到的871EC^TM侵入式电导率传感器。如图1所示，这种无电极电导率传感器20的截面包括装入壳体21中的环形线圈11，12，13，其可浸入待测流体中。壳体21限定中心孔19，该中心孔19容许流体沿轴向穿过环形体11，12，13而不与它们接触。‘磁芯’的感应回路通过传感器浸入其内的过程溶液形成。

在待测流体流过导管的情况下，将传感器浸入该流体中也许不可行或不希望。在这种情况下，激励器环形线圈和传感器环形线圈可环绕运送该液体的管。公知的这种传感器的商业实例是871FT^TM(Invensys Systems，Inc.)。然而，为了产生感应，则必须在线圈外侧形成电回路，通常是通过在该环形体的上游和下游将金属带夹在管的金属部分上。然而，这种方法的缺点在于，当过程流体侵蚀或以其它方式与金属不相容时，就不可使用金属管部分。

作为备选，通过提供绕过一个或多个环形体的次级流动通路，可由流体自身形成感应回路。在授予给Fidlden的美国专利No.2,709,785中公开了这种流体回路的实例。这种方法的缺点在于，有限的截面、相对较长的长度以及流体自身的高阻抗会将纯阻抗添加到感应电流中，这趋于对电导率测量的灵敏度产生不利影响。旨在提高电导率传感器的灵敏度的方法包括Ogawa在美国专利No.4,740,755中所公开的。Ogawa公开了具有一定尺寸的流体回路上的环形体，将该尺寸计算成“为流体流动回路长度与流动通路截区域的比提供较低的值，这继而又会提供良好的灵敏度”(Ogawa第2栏第42至47行)。这种方法的缺点在于，所揭示的Ogawa的环形体是共面的且物理地分开的，以便减少变压器之间的泄漏耦合。(Ogawa第1栏第34至38行，第2栏第47至52行，第4栏第49至55行)。

上述侵蚀和污染问题对于涉及金属性不相容的过程流体的应用还使得温度检测有问题。这种不相容性会对在流体流动通路内的金属温度检测器的常规安置产生影响。旨在避免该问题的一种方法在于，将温度检测器安置在流体流动导管的外壁上，且因此依靠穿过导管壁的热传导来获取温度数据。然而，包含腐蚀性流体的导管通常由聚合物制成，例如PFA(全氟烷氧基聚合树脂)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚氯乙烯(PVC)或它们的不同组合，如全氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物。这些材料相对较弱的导热性趋于不利地影响由此类外部温度检测方法所提供的准确度和响应时间。

因此，需要一种系统，其测量流过导管的过程流体的温度，解决上述缺点中的一个或多个。

发明概述

根据本发明的一个方面，一种无电极电导率传感器包括非导电的导管，该导管在入口的下游分成第一分支和第二分支，并且在出口的上游重新汇合，以在入口与出口之间形成流体流动回路。构造为激励线圈或传感线圈的第一环形体和第二环形体均设置成围绕第一分支和第二分支中的一者。非导电的长形保持器延伸到导管中，以在其内支承温度检测器，使得沿下游方向流动的过程流体经过温度检测器的对置侧，同时保持不与温度检测器进行物理接触。

一种用于以无电极电导率传感器测量过程流体的温度的方法，包括提供非金属导管用于过程流体沿下游方向从入口流至出口。该导管在入口的下游分成第一分支和第二分支，且在出口的上游重新汇合，以在入口与出口之间形成流体流动回路。至少一个第一类环形体设置成围绕第一分支和第二分支中的一者，而至少一个第二类环形体设置成围绕第一分支和第二分支中的一者，第一类线圈和第二类线圈选自由激励线圈和传感线圈所组成的组。非导电的保持器延伸进导管中，该保持器在其内支承温度检测器，使得沿下游方向流动的过程流体经过温度检测器的对置侧，同时保持不与温度检测器进行物理接触。

附图简述

结合附图阅读本发明不同方面的如下详细说明，本发明的以上及其它特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1为现有技术的EC传感器的一部分的截面正视图；

图2为要求得到专利保护的本发明的实施例的正视图，其中的可选特征以虚线表示；

图3为具有虚线示出部分的图2实施例的分解图；

图4为请求得到专利保护的本发明的备选实施例的局部截面正视图，其中，其可选部分以虚线表示；

图5为图4中的实施例的平面图；

图6为本发明实施例的示例性布线图；

图7为本发明的备选实施例的示例性布线图；

图8为本发明的备选实施例的局部断面正视图，其中，可选部分以虚线表示；

图9为沿图8的9-9所截取的比例放大的截面图；

图10为沿图9的10-10所截取的备选实施例的一部分的比例缩小的截面图；

图11为沿图10的11-11所截取的截面图；

图12为沿图8的9-9所截取的本发明的备选实施例的截面图；

图13为沿图12的13-13所截取的图12中的实施例的一部分的比例缩小的截面图；

图14为沿图13的14-14所截取的图12中的实施例的截面图；

图15为要求得到专利保护的本发明的又一实施例的局部断面正视图，其中，可选部分以虚线表示；

图16为沿图15的16-16所截取的比例放大的截面图；

图17为图15中的实施例的一部分的比例放大的正视图；

图18A和图18B为本发明的示例性方法的流程图；

图19为如参照图12的图示和描述来制造的示例性装置的温度响应测试的示图；以及

图20为如参照图8的图示和描述来制造的示例性装置的温度响应测试的示图。

发明详述

在如下详细描述中，将参考构成其一部分的附图，且其中通过图示的方式示出了可实施本发明的特定实施例。这些实施例描述得足够详细，使得本领域的技术人员能够实施本发明，并且应当理解也可利用其它实施例。还应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行结构、程序以及系统上的改变。因此，如下详细描述并非具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求及其等同方案来限定。为清楚说明起见，附图中所示的相似特征由相似的参考标号表示，并且附图中的备选实施例中所示的类似特征也由类似的参考标号表示。其中，本文所使用的用语“轴向”，在其结合本文所述的元件使用时，应当是指平行于流动通路和/或穿过其间的过程溶液的顺流的方向。用语“横向”是指与轴向大致垂直的方向。

在本发明的典型实施例中，待测流体流动穿过由非导电材料制成的导管，非导电材料为例如PFA(全氟烷氧基聚合树脂)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚氯乙烯(PVC)或它们的不同组合，如全氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物。环形线圈包绕导管而不与流体物理接触。对激励器线圈提供电压，这在导管内流动的流体中感应出磁场。该磁场类似地在传感器线圈中感应出电流。

磁场经由其传播的完整回路经由次级流动通路由流体自身形成，该次级流动通路在测量环形线圈的上游从导管的初级流动通路分出，并且在测量线圈的下游与导管的初级流动通路重新汇合。环形线圈可设置在初级流动通路、次级流动通路或两者上。

本发明人已经认识到，磁场必须穿过流体回路行进的距离趋于不利地影响电导率测量的灵敏度。为了对此进行补偿，本发明的实施例设有一个或多个冗余环形线圈，其并联地布线以加强感应。

特定实施例还可包括设置在流体回路的上游和/或下游的附加传感器线圈。这些附加的传感器线圈相对于激励器线圈可进行反相布线，以抵消系统中杂散的电噪声。此外，泄漏检测器导体可任选地设置在导管附近。该导体可由对过程流体敏感的材料制成，并且可围绕导管螺旋缠绕，或只是与其平行地受到支承。然后，可将导体连接到欧姆表上，因此，来自于已知基准阻抗的任何变化(如由于过程流体的化学侵蚀而出现)都将指示导管泄漏。

现转到附图，本发明的实施例包括如图2中所示的电导率传感器200。过程流体经由导管202沿下游方向从入口204流至出口206。导管在点208处分开，并且形成两条流动通路，即初级流动通路210和次级流动通路212。然后，导管在点209处重新汇合。初级流动通路210和次级流动通路212形成流体流动回路214。

在该实施例中，环形体220，222和224位于初级流动通路210上。如上文所述，这些环形体220，222和224包绕导管210，并且与流过导管210的过程流体物理上隔离且电绝缘。在一个实施例中，中间的环形体222为传感环形体，而外部的环形体220，224为激励环形体。在另一个实施例中，中间的环形体222为激励环形体，而外部的环形体220，224为传感环形体。

为了简化说明，将外部的环形体220和224指定为激励环形体，而将中间的环形体222指定为传感环形体，且应当理解，如下论述还可适用于相反的构造，在其中激励环形体和传感环形体是颠倒的。提供给冗余激励器环形体220，224的电流产生磁场，该磁场感应出EM场或流过流体回路(磁芯)214的电流。这种感应同样在传感环形体222中感应出电流，该电流与过程流体的电导率成比例。

使用初级流动通路210和次级流动通路212使得能够通过流体自身形成感应回路，而不是通过通常在现有技术中使用的金属带来形成感应回路。这使传感器200能够测量趋于侵蚀或以其它方式与金属配件或导体不相容的流体的电导率。此外，使用如图所示的冗余环形体(或作为激励环形体或传感环形体)会提供增强的灵敏度，其补偿对灵敏度造成的不利影响，另外该灵敏度还与较高阻抗的流体回路感应磁芯相关联。

可选的是，本发明的实施例可包括沿流体回路214定位的一个或多个附加的环形体230，232和234(以虚线表示)。为方便起见，这些附加的环形体示为设置在次级流动通路212上，但实质上可在沿回路214的任何位置上。尽管名义上可使用激励环形体和传感环形体的任何组合，但在典型实施例中，环形体230和234可作为激励环形体，而环形体232作为传感环形体。这些附加的环形体可结合使用，例如通过将它们与相应的环形体220，222和/或224电性并联地布线，以借助于流体回路214进一步增强感应。

在本发明的另一变型中，一个或多个附加的传感器环形体240，242可设置在流体回路214的上游和/或下游。这些传感器线圈240，242可与其它(回路上的)传感线圈222，232等反相布线，以有效地抵消流体回路214外的导管210中存在的电噪声。

现转到图3，在分解图中示出了一组三个环形体，例如环形体220，222和224。如图所示，环形体220和224可经由线缆360，364并联地连接到电流源上，以起到激励环形体的作用。环形体222通过线缆362连接到常规的分析设备上，如875EC系列分析器或870ITEC系列变送器(Invensys Systems Inc.，Foxboro，MA)，该设备还可联接到常规的工厂自动化系统上。

同样如图所示，屏蔽件350，352可置于环形体之间，以帮助阻止由激励环形体所产生的场彼此干扰和/或与传感环形体相干扰。在期望的实施例中，这些磁屏蔽件350，352围绕导管302周向地延伸，同时保持与流过其间的过程流体物理上隔离且电绝缘。例如，在特定实施例中，磁屏蔽件350，352为铜垫圈形式的中心开孔的盘体。地线351将屏蔽件350，352彼此连接且接地。

现参看图4和图5，任何上述实施例都可设置在壳体469内，以形成以400示出的电导率测量装置。在该实施例中，激励器环形体420，424和传感环形体422联接到模块连接器部分470上，以便可拆卸地连接到变送器或其它数据采集/计算装置或系统上。连接器部分470名义上可为本领域技术人员所公知的任何连接器类型。还示出了测试端口476，其可联接到具有已知阻抗的校准导体471的对置端上，这形成穿过如图所示的环形体的回路。校准导体471可通过短接其末端(例如，使用插入测试端口476的校准器)来用于校准装置400，然后在流体回路214中没有过程流体的情况下操作该装置。然后，可校准该传感器环形体的输出，以与导体471的已知阻抗相匹配，这将在下文中进行更为详细地论述。本领域技术人员应当认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可将参照特定实施例所示和所述的该校准端口/导体以及任何其它方面应用于本文所述的任何其它实施例。

同样如图所示，可提供可选的泄漏检测导体477(以虚线表示)。该导体477可大致设置在任何可能接触从导管402泄漏的过程流体的位置上。在所示的实施例中，导体477可设置在壳体469内任何方便的位置上，如其最下面的安装位置，即收集任何泄漏的过程流体的地点。此外，或作为备选，导体477可以与导管402并排延伸，或者在该导管402周围螺旋地缠绕，如虚线所示。该后一方法可能对于不具有壳体469的实施例特别有用。

导体477可由在实验中对特定的过程流体敏感的材料制成。例如，由于本文所述的一些实施例都旨在测量过程流体的电导率，该过程流体例如是化学地侵蚀各种类型的金属(例如铝)的腐蚀性酸(例如，HF，HCl)，故导体477可由这样的金属制成。然后，可以监测导体477的阻抗，例如通过测试端口476的接线端C和D(图6)，以测量任何阻抗变化，这种变化可表示流体已从导管402泄漏且接触到导体477。例如，由于化学侵蚀以及相关的导体477横截面面积的减小，故可能会引起测得的阻抗增加。

作为另外的选择，导体477还可根据需要包括分离的电阻器478(以虚线表示)，以定制基准阻抗。可选择电阻器478，以使基准阻抗增大超过过程流体的预期阻抗。与任何低阻抗的泄漏过程流体相接触将会趋于降低测量端口476处测得的阻抗，以表示存在泄漏。当测量不会化学地侵蚀导体477但例如由于污染/纯度关系仍然与金属不相容的过程流体时，这种构造可能特别有用。

尽管泄漏检测导体477和可选的电阻器478示出且描述为并入到本发明的各种电导率传感器内，但是本领域的技术人员应当认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，其可以独立地和/或在名义上与任何类型的流体传感器相结合地使用。例如，可以将泄漏检测导体477和/或电阻器478与各种温度检测器、压力检测器、电导率传感器、pH传感器、ORP传感器、流量计及它们的组合相结合。这些装置的商业实例包括83系列涡流流量计、I/A系列压力变送器、134系列智能位移变送器、I/A系列温度变送器、873系列电化学分析器，以及871系列电导率、pH和ORP传感器，所有这些都可从Foxboro，Massachusetts的Invensys Systems Inc.购得。

同样如图所示，温度传感器480如常规的电阻温度检测器(RTD)，可物理地联接到导管上以检测过程流体的温度，并且电性地联接到连接器470上。

现在转到图6，传感器200(图2)或400(图4)可通过将激励环形体(以620，624示出)连接到连接器470的引线(leg)A和B上来布线。传感环形体(以622示出)可连接到连接器470的引线D和E上。可选的磁屏蔽件350，352可连接到连接器的引线C上。温度传感器或热敏元件480可连接到连接器470的引线F，G和H上。

校准导体471从测试端口476的接线端A延伸，穿过环形体620，622，624，且返回至其接线端B。带有或不带有电阻器478的可选的泄漏检测导体477(以虚线表示)从端口476的引线C延伸，接近导管进行泄漏接触，且与环形体为间隔关系，并返回到校准器的引线D。

图7示出了与上文中参照图2和图4示出和描述的那些大致相似的实施例的布线图，其中，主流动通路210和可选的次级流动通路212分别包括一个激励环形体和两个传感环形体。如图所示，激励环形体720，734连接到连接器470的接线端A和B上。传感环形体722，724，730，732连接到连接器470的引线D，E上。铜垫圈350，352，354，356在环形体之间用作磁屏蔽件，并且在连接器470的接线端C处接地。RTD 480用作热敏装置，并且连接到连接器470的接线端F，G，H上。可包括电阻器478的可选的泄漏检测导体477(以虚线表示)，可如图所示连接到测试端口476的接线端C和D上。

已经描述了本发明的实施例，将参照下表1来论述其操作。

表1

802	将导管末端204和206紧固在过程流动管线中
		804	将连接器470联接到数据采集装置/处理器上
806	通过短接测试端口的接线端A和B进行校准
		810	触发激励线圈
812	捕获传感线圈的电流
		814	计算测得的电导率值
815	使算出的电导率值与校准回路的已知电导率相对应
		816	中止校准回路
818	开始过程流动
		819	重复步骤810，812和814，以产生对于过程流体的电导率值
820	可选地监测系统的泄漏

如图所示，导管末端204和206利用过程流动管线串联地紧固802，而连接器470联接840到数据采集装置/处理器上，如可从InvensysSystems Inc.购得的如上所述的分析器类型。然后，该传感器可进行校准806，例如使用联接到测试端口476上的常规校准器，其短接其接线端A和B，以提供如上文所述的已知阻抗的闭合感应回路。此后，电流可馈送810至连接器470的接线端A和B，以触发彼此并联的激励线圈，以在校准回路中感应出EM场，且继而又在传感线圈中感应出电流。由于传感线圈同样是彼此并联地布线，故可在连接器470的接线端D和E处捕获812到单个电流值。然后，可以以常规方式使用该捕获到的电流值，用以计算814测得的电导率值。然后，将该计算出的电导率值调整至校准回路的已知电导率或使其与校准回路的已知电导率相对应815。一旦校准完，测试端口476的接线端A和B就彼此断开816，以中止校准回路，并且容许过程流体流过818该装置。然后重复819步骤810，812和814，以产生该过程流体的电导率值。可选的是，通过定期地检查泄漏检测导体477和/或电阻器478自基准阻抗的任何偏离，可监测820流动导管的泄漏。如上文所述，使用并行的流体流动通路提供了完整的流体感应回路，其消除了对任何金属导体接触过程流体的需要。这继而又允许与金属不相容的过程流体的电导率测量。此外，激励线圈和/或传感线圈的冗余用于增强流体回路内的感应，以便提高测量的灵敏度和/或准确度。

此外，尽管本文示出且描述了连接器470的使用，但人们应当依据本文而认识到实施例可为硬接线的，例如用以排除对连接器470的任何需要，这并未脱离本发明的精神和范围。

本发明的另一可选方面包括温度检测装置，其可结合本文所述的任何无电极电导率传感器(例如包括传感器200，400)使用，且包括具有少至两个环形体的实施例。如下文所述，在特定的实施例中，该温度检测装置包括非导电的保持器，其构造成用于延伸到流体流动导管202中。该保持器支承位于其中的温度检测器，使得过程流体可在检测器的对置侧上流动，同时检测器自身保持不与流体进行物理接触。该方面使这些实施例能够用于过程流体与可制造温度检测器的金属材料不相容的应用场合中。

如上文所述，发明人发现，对于有些应用，将温度检测器设置在聚合物导管壁上或嵌入其内会使温度测量很慢和/或不准确。即使在将聚合物封装的RTD安置在导管内表面上的情况下，也可能如此。

本发明人发现，尽管一些常规聚合物的热绝缘值较高，但通过将RTD安置在壁相对较厚的聚合物保持器内，且将该保持器以允许过程流体在其任一侧上穿过的方式安置在导管内，可获得令人吃惊的快速和准确的温度响应。即使在保持器壁名义上如聚合物导管壁一样厚时，也可提供这些期望的准确度和响应时间水平。

假定由聚合物保持器的相对较大的厚度所阻塞的流动通路截面区域占相对较大的百分比，该方法的有效性也令人惊讶。实际上，已发现，在不堵塞流动通路的情况下，即使是在保持器有效地阻塞流动通路截面区域直至约50％至60％时，也提供了所期望的快速和准确的结果。

现转到图8至图11，结合无电极电导率传感器900示出和描述了本发明的温度检测装置的实例。传感器900类似于上述传感器200，400，但包括构造为驱动线圈和传感线圈的少至两个的环形体220，222。传感器900可选为包括如以虚线表示且如上文所述的任意数目的附加环形体224，230，232，234。环形体240，242(图2)还可如上文所述设置在流体回路214的外部。

如图所示，示例性温度检测装置包括在保持器902内得到支承的检测器906，保持器902例如沿大致横向于流动的下游方向延伸到过程流中。保持器902以不透流体的方式密封到导管202上，并且另外地包绕且因此使检测器906与过程流体物理地隔离或封装，以防止过程流体的化学侵蚀和金属污染。

保持器可由任何适合的材料制成。例如，诸如PFA(全氟烷氧基聚合树脂)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚氯乙烯(PVC)或它们的组合如全氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物的聚合物可适于结合一些过程流体使用，该过程流体通常与金属不相容，例如为氢氟酸、盐酸、过氧化氢、硝酸、硫酸、TMAH(氢氧化四甲铵)、氢氧化铵等。此外，还可使用许多常规的温度检测器，如可从RdF Corporation，Hudson，NH获得的型号为29348-T01-12或型号为29348-T10-12的RTD。

保持器902可选为可从导管202上拆下，例如，以便于安置在导管202内的多个位置上，如用于监测远离回路214的温度，或用以提供冗余的温度监测。还可期望拆卸方便，以便于进行定期维护，包括清洁或更换。出于这方面的考虑，保持器902可以导管截面的尺寸和形状形成为在管路202内名义上的任何位置处嵌入式(in-line)地相匹配的形式而设置在模块适配器901内。因此，简单地通过使用常规管法兰或螺纹(未示出)或其它管连结技术，包括使用粘合剂进行粘合，可将适配器901插在任何两段导管202的接合处之间。以这种方式，保持器和RTD可方便地安置在流体回路214内或没有流体回路214的情况下的名义上任意数目的期望位置上。此外，多个适配器901与保持器/检测器的组合可在沿导管202的多个位置上用于提供冗余温度监测。在特定的实施例中，保持器902可与适配器901一体地制造，例如通过胶粘、焊接或以其它方式彼此结合，或通过制作为整体式模制装置，以有助于防止过程流体在保持器与适配器之间泄漏。

如图9中最佳地观察到，保持器902可构造成用以将检测器906安置在通道904的横截面区域的至少中间的50％(以924所示)内的名义上的任何位置上。然而，在特定实施例中，可能期望将检测器906伸入截面区域的中间的25％中，而在特别期望的实施例中，可能有利的是确保检测器906如图所示横穿通道904截面区域的中心C。

已经发现，在一些应用场合中期望将温度检测器906至少伸入中间区域924，这是因为过程流体的流速在流动通路中心附近趋于最高，而该较高的流速趋于增强从过程流体至温度检测器906的热传递。这种中心位置还趋于最大限度地减小作用在导管壁上的外部环境温度的任何影响。

保持器902的壁厚度w₂应当大到足以确保对特定过程流体的压力有足够结构阻力。该壁厚度还应当大到足以充分地限制进入保持器902中的过程流体的渗透性。保持器902壁的渗透性通常随壁厚度w₂的平方的增大而减小。

根据本发明，很显然特定壁厚度w₂的确定可取决于特定的应用，例如取决于特定的过程流体、流体速度、流体压力，以及制造保持器的材料。然而，已经发现，保持器的壁厚度w₂可与常规导管202(例如如在下文的实例3中)的典型壁厚(由相同材料制成)一样大，同时仍保持期望水平的温度测量准确度和响应时间。适配器901的壁厚度w₁可具有相似的尺寸。使用这种常见的材料和壁厚度趋于简化构造，例如通过名义上确保保持器具有充分的结构完整性和不透过性来保证一些应用场合中的可靠工作。成功使用这种相对较大的壁厚度w₂有些违反直觉，因为热传导率随壁厚度的增大而减小，以及因为较厚的壁会阻塞通路904较高百分比的横截面区域，人们也可能会认为其不利地影响响应时间。

现转到图12，以912示出的保持器的备选实施例，其与保持器902大致相似，但完全延伸穿过通道904，例如穿过适配器901′的整个内径，适配器901′另外也与适配器901大致相似。可能期望该实施例用于直径相对较小的导管，因为其趋于最大限度地增大通道904的截面面积，温度检测器906可延伸进入该通道904中，以便增大与过程流体的接触面积。如同保持器902，该保持器912使温度检测器906能够延伸到通道904横截面区域的至少中间50％924内的名义上的任何位置。然而，在各个实施例中，可能期望将检测器906伸入截面区域的中间25％中，而在特别期望的实施例中，可能有利的是使检测器906如图所示延伸经过通道904的截面区域的中心C。

现参看图15至图17，作为备选，温度检测器可在并非横向于下游方向的方向上延伸到通道中。例如，保持器922如图所示名义上平行于导管202的一部分进行延伸。在该实施例中，传感器920包括设置在适配器901″中的保持器922。适配器901″设置成导管弯头形式或“T”形215，构造成用于安置在流体回路214的角部。以此方式，保持器922延伸进入流动回路214的一部分且与之平行，例如，大致与如由中心线C所示的下游方向平行。如同上文所述的保持器902，912，保持器922还支承温度检测器906，使得过程流体可沿其对置侧流动。此外，该保持器922还容许使用相对较长的检测器和/或直径较小的流动导管。例如，可能特别期望该构造用于涉及导管截面尺寸小于如图所示的温度检测器906有效长度的应用场合。

如图16中最佳地观察到，温度检测器906可大体上设置在流动通路904的中心内，例如，至少在通道904的横截面区域的中间50％内，如由虚线圆圈924所示。如本文参照图9所述，将温度检测器906设置在该中间区域924内趋于提高温度测量的速度和准确度，这是由于流动通路中心附近的流速通常较高和相关的较高热传递效应，以及由于最大限度地减小了经由导管壁所传导的外部环境温度的影响。在特定实施例中，可能期望通过确保将检测器906安置在截面区域的中间25％内和/或通过使检测器906延伸经过如图所示的通道904的截面区域的几何中心C来提高这些方面。

如上文关于壁厚度w₂所述，保持器922的壁厚度w₃大到足以为保持器922提供充分的结构完整性，以抵抗特定的受测过程流体的压力和穿透性。此外，可结合RTD 906的尺寸(例如，直径d)来选择该厚度，以提供具有面积直至通道904(以C₂示出)的大约50％至60％的横截面积。例如，如图所示，在使用圆形截面的保持器922的情况下，保持器的截面面积C₁随横向尺寸D₁变化，横向尺寸D₁继而又随壁厚度w₃以及温度检测器906的横向尺寸d(包括其间的任何间隙)而变化。如同上文所述的实施例，已经发现，保持器922可由相同的材料制成，其中，壁具有如那些常规聚合物导管202相同的厚度w₃，同时仍保持期望水平的温度测量准确度和响应时间。适配器901，901′和901″的壁厚度也可类似于导管202和/或保持器902，912，922的壁厚度。

表2示出了利用具有变化的壁厚度w₃的保持器所产生的阻塞百分比，且直径d为0.070英寸的温度检测器设置在内径D₂为0.354英寸的通道内。

表2

w₃(英寸)	D(英寸)	C₁(英寸²)	D₂(英寸)	C₂(英寸²)	阻塞(％)
						0.065	0.070	0.0314	0.354	0.0984	31.91
0.075	0.070	0.0380	0.354	0.0984	38.62
						0.085	0.070	0.0452	0.354	0.0984	45.93

表2示出了保持器具有小于流体流动通道的截面面积的50％的截面面积，其中，d＝0.070in，而C₂＝0.0984in²，w₃的尺寸为0.085in。

回到图15，在本文所公开的任何实施例中，可能期望将感应构件如环形体220，222等安置在可选的防护外壳内，如在929处以虚线所示。然而，如上所述，这些实施例中的一些可结合过程流体一起使用，该过程流体能够随时间的推移而渗透或扩散到用于导管202等的各种材料的聚合物结构中。在它们到达导管的外表面之前，扩散的材料通常处于足够低的浓度，以沿导管的长度无害地散开。然而，气体可能并非如所期望地趋于聚集在有限的空间中。因此，外壳929可设有通风口或端口，如以930，932所示，通风口或端口可用于提供自然通风或强制性(例如用风扇供送)通风。应当注意到，取决于流体，外壳929可通向大气，例如在扩散的气体为非污染物的情况下，或者作为备选，可由常规的气体重新捕获系统和/或过滤系统所捕获。

现转到图18A和图18B，示出且描述了根据本发明实施例的示例性方法，其用于以无电极电导率传感器中测量过程流体的温度。非金属导管提供成930用于过程流体沿下游方向从入口流至出口。该导管在入口的下游分成932第一分支和第二分支，且在出口的上游重新汇合934，以在入口与出口之间形成流体流动回路。至少一个第一类环形体设置936成围绕第一分支和第二分支中的一者，且至少一个第二类环形体设置938成围绕第一分支和第二分支中一者，第一类线圈和第二类线圈选自由激励线圈和传感线圈所组成的组。非导电的保持器延伸940进导管中，该保持器942支承位于其中的温度检测器，使得沿下游方向流动的过程流体经过温度检测器的对置侧，同时保持不与温度检测器进行物理接触。

可选的是，温度检测器可分别延伸944，946，948经过通道的横截面区域的中间的50％、25％和/或中心。至少一个附加的环形体可设置成：950围绕第一分支和第二分支中的一者；952在入口的上游；以及/或者954在出口的下游。第一类线圈可设置956在位于所述第一分支和第二分支中的各个分支上的两个第二类线圈之间。

导电体477可以泄漏接触关系设置958到导管上，该导体具有预定的电阻并联接到端口上，该端口可与阻抗测量装置相接合，以便测量导体的阻抗来确定泄漏。

用于保护各种系统构件的可选外壳可设有960通风口。

实例

如下示范性实例旨在用来证实本发明的一些方面。应当理解这些实例不应视作为进行限制。这些实例证实本发明的实施例对于及时测量过程流体的温度是有效的。在这些实例中，由RTD测量的温度在大约1.5分钟或更少的时间内成功地达到最终温度T的至少90％(或温度变化ΔT的90％)。

实例1

如上文参照图12所示和所述的RTD和保持器组件安装在由PFA制成的常规的3/4英寸(外径)的导管202中，且经测试来确定温度响应。导管具有0.062in(0.16cm)的标称壁厚，而保持器具有0.062in(0.16cm)的最小标称壁厚。保持器912由与具有同样壁厚的导管202相同的材料(PFA)制成。保持器912支承具有1000ohm阻抗的三线RTD。保持器和导管的组合安置在处于94℃的温度下的流体槽中。温度检测器联接到分析器上，而记录的温度绘制成随时间变化的曲线图，如图20中所示。

所记录的温度范围从22℃的初始温度至92.6℃的最终温度T。所记录的温度在46秒内达到84.8℃，即整个温度变化ΔT的大约90％；而ΔT的大约98％在第55秒达到，这时的记录温度为90.8℃。

实例2

如上文参照图9所示和所述的RTD和保持器组件安装在由PFA制成的常规的1英寸O.D.，0.840I.D.x2英寸的导管202中，且经测试来确定温度响应。导管具有0.120in(0.30cm)的标称壁厚，而保持器具有0.065in(0.17cm)的最小标称壁厚。保持器902支承具有1000ohm阻抗的三线温度检测器。原型安置在温度处于93℃的流体槽中。温度检测器联接到分析器上，而记录的温度作为时间的函数进行绘制，如图19中所示。

在78秒处记录到ΔT的百分之九十(85.54℃)；而ΔT的大约98％在83秒处获得，为90.5℃。

实例3

如上文参照图15至图17所示和所述的RTD和保持器组件安装在由PFA制成的常规的1/2英寸O.D.的导管202中，且经测试来确定温度响应。导管具有0.093in(0.24cm)的标称壁厚，而保持器具有0.062in(0.16cm)的最小标称壁厚。保持器922由PFA制成，具有如图17中所示的如下尺寸。尺寸t2为0.070in(0.178cm)，t1为0.195in(0.495cm)，而t3的尺寸和形状确定为形成与内径(ID)为0.390in(0.991cm)的通道904不透流体地接合。温度检测器的尺寸a2为0.920in(2.337cm)，而保持器的a1，a3和a4分别为0.990in(2.515cm)、0.245in(0.622cm)和0.090in(0.229cm)。该示例性组件提供在一分钟内ΔT的至少大约90％的温度响应。

在先前的说明中，已经结合了本发明的特定示例性实施例描述了本发明。很明显，可在不脱离权利要求中所述的本发明的宽泛精神和范围的情况下，对其进行各种修改和改变。因此，应将本说明书和附图视作示范性的，而非有限制意义。

尽管保持器902，912，922和温度检测器906示出和描述为并入在本发明的各种电导率传感器内，但是本领域的技术人员应当认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，它们可以独立地和/或在名义上与任何类型的流体传感器相结合地使用。例如，保持器902，912，922和温度检测器906可结合各种温度检测器、压力检测器、电导率传感器、pH传感器、ORP传感器、流量计及它们的组合使用。这种装置的商业实例包括83系列涡流流量计、I/A系列压力变送器、134系列智能位移变送器、I/A系列温度传感器、873系列电化学分析器，以及871系列电导率、pH和ORP传感器，所有这些都可从Foxboro，Massachusetts的Invensys Systems Inc.购得。

Claims

1.一种无电极电导率传感器，包括：

非导电的导管，其限定用于过程流体沿下游方向流动的通道，所述导管具有入口和出口；

所述导管在所述入口的下游分成第一分支和第二分支，所述分支在所述出口的上游重新汇合，以在所述入口与所述出口之间形成流体流动回路；

构造为第一类线圈的至少一个第一环形体，其设置成围绕所述第一分支和所述第二分支中的一者；

构造为第二类线圈的至少一个第二环形体，其设置成围绕所述第一分支和所述第二分支中的一者；

所述第一类线圈和所述第二类线圈选自由激励线圈和传感线圈所组成的组；

延伸进入所述通道中的非导电的长形保持器；以及

设置在所述保持器内的温度检测器，其中，沿所述下游方向流动的过程流体经过所述温度检测器的对置侧，同时保持不与所述温度检测器物理接触，

其中，所述温度检测器经过所述通道的横截面区域的中间50％。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述温度检测器经过所述通道的横截面区域的中间25％。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述温度检测器经过所述通道的横截面区域的中心。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保持器和所述温度检测器大致与所述下游方向横向地延伸进入所述通路中。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述保持器完全地延伸穿过所述通路。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保持器和所述温度检测器大致平行于所述下游方向延伸进入所述通路中。

7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述温度检测器设置在所述流体流动回路的角部部分。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保持器由聚合材料制成。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述导管由聚合材料制成。

10.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保持器设置在模块适配器内，所述模块适配器构造成用于在沿所述导管的多个间隔开的位置中的任何一个上可拆卸地接合。

11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述保持器与所述适配器形成为一体。

12.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括构造成用以将所述第一环形体和所述第二环形体联接到分析器上的连接器。

13.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括设置在所述第一分支和所述第二分支中的同一分支上的多个第一类线圈。

14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述至少一个第二类线圈设置在所述第一分支和所述第二分支中的另一分支上。

15.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括第三环形体，其中，所述第一环形体、所述第二环形体和所述第三环形体全都设置在所述第一分支和所述第二分支中的同一分支上。

16.根据权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括设置在两个第二类线圈之间的第一类线圈。

17.根据权利要求16所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括设置在位于所述第一分支和所述第二分支中的各个分支上的两个第二类线圈之间的第一类线圈。

18.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，相同类型的线圈设置在彼此相对的分支上。

19.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，相同类型的线圈彼此并联地电性连接。

20.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括位于所述流体回路外的设置成围绕所述导管的至少一个其它的环形体。

21.根据权利要求20所述的传感器，其特征在于，所述至少一个其它的环形体不同相地与设置在所述第一分支和所述第二分支上的传感线圈电性地连接。

22.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括流体泄漏检测器，所述流体泄漏检测器包括以泄漏接触关系设置在所述导管上的电导体，以及具有联接到所述导体的对置端上的接线端的端口，所述导体具有预定的电阻抗，所述端口可联接到阻抗测量装置上以用于测量所述导体的阻抗。

23.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述导管的一部分设置在限定内部的外壳内，所述外壳具有设置成用于使所述内部通风的多个端口。

24.一种用于制造以无电极电导率传感器来测量过程流体温度的设备的方法，包括：

(a)提供限定用于过程流体流动的通路的非金属导管，所述导管具有入口和出口；

(b)将所述导管在所述入口的下游分成第一分支和第二分支；

(c)使所述分支在所述出口的上游重新汇合，以在所述入口与所述出口之间形成流体流动回路；

(d)将至少一个第一类环形体设置成围绕所述第一分支和第二分支中的一者；

(e)将至少一个第二类环形体设置成围绕所述第一分支和第二分支中的一者，其中，所述第一类线圈和所述第二线圈选自由激励线圈和传感线圈所组成的组；

(f)使非导电的保持器延伸进入所述通路中；以及

(g)将温度检测器设置在所述保持器内，以便使沿所述下游方向流动的过程流体经过所述温度检测器的对置侧，同时保持不与所述温度检测器物理接触，

其中，使所述温度检测器延伸经过所述通路的横截面区域的中间50％。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述温度检测器延伸经过所述通路的横截面区域的中间25％。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述温度检测器延伸经过所述通路的横截面区域的中心。

27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将至少一个附加的环形体设置成围绕所述第一分支和所述第二分支中的一个分支。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将至少一个附加的环形体设置成围绕所述导管位于所述入口上游。

29.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将至少一个附加的环形体设置成围绕所述导管位于所述出口下游。

30.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括将第一类线圈设置在位于所述第一分支和所述第二分支中的各个分支上的两个第二类线圈之间。

31.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括将电导体以泄漏接触关系设置在所述导管上，以及将端口联接到所述导体的对置端上，所述导体具有预定的电阻抗，所述端口可由阻抗测量装置接合，用于测量所述导体的阻抗来确定泄漏。

32.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述导管的一部分设置在限定内部的外壳内，向所述外壳提供多个端口，以及经由所述端口使所述内部通风。