CN101925802B - 具有一体的保持环、阀座和衬里保护件的无法兰磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁流量计(10)，包括：管段(14)、绝缘衬里(26)、无法兰保持环(32、33)、衬里保护件(31)、线圈(15)、电动势传感器(16)。绝缘衬里(26)衬设在管段(14)上以形成过程流通道；无法兰保持环(32、33)位于管段(14)的一端，用于形成至所述过程流通道的端对端连接；衬里保护件(31)形成在保持环(32、33)上，以为绝缘衬里(26)提供端密封；线圈(15)在所述过程流通道内产生磁场；电动势传感器(16)感测在通过所述过程流通道的流体流中产生的电动势。

Description

具有一体的保持环、阀座和衬里保护件的无法兰磁流量计

技术领域

本发明一般涉及用于过程测量和控制的现场装置。特别是，本发明涉及一种磁流量计，该磁流量计具有无法兰连接件和一体的衬里保护件。 

背景技术

现场装置包括很广范围内的设计为用于测量和控制如压力、温度和流率等过程参数的过程管理装置。这些装置在多个领域内有着广泛的效用，包括制造、烃加工、水压致裂以及液烃抽提技术、大块流体处理(bulk fluid handling)、食品及饮料准备、布水和配气、环境控制、以及胶粘剂、树脂、薄膜和热塑性塑料的精密制造应用等。 

现场装置包括构造为用于测量和感应过程参数的变送器、构造为用于修改或控制此类参数以达到目标值的控制器。传感器模块也包括温度传感器、压力换能器、PH传感器、液位传感器，以及反映其他附加的过程变量和过程流体参数的特征的各种其他装置。更一般的现场装置包括多传感器变送器，如压力/温度变送器、以及具有传感器和控制功能的一体控制器。这些一般性的装置包括一体的流量控制器和静压罐计量系统，其测量并调节多个相关的过程压力、温度、液位和流率。 

在流体处理中，流量计和相关的变送器担负着非常重要的任务，它们利用了很多种不同的技术。流量计包括但不限于：涡轮流量计，其反映作为机械转动函数的流量的特征；压差传感器，其反映作为压力函数的流量的特征；质量流量计，其反映作为热导率函数的流量的特征；涡流或科里奥利流量计，其反映作为振动效应函数的流量的特征。 

磁流量计与其他流量测量技术的不同在于：其利用法拉第定律来反映流量，其依据电磁感应，而不是机械或热力学效应。具体的，磁流量计依赖于诸如含有离子的水等过程流体的导电性，以及当流体通过磁场 时横跨流体感应出的电动势。 

对于“脏污”(侵蚀性和腐蚀性)流体应用，或者其中机械和限制流量技术导致无法接受的压力下降的流动环境，磁流量计提供了很大好处。但因为磁流量计利用电磁感应，其也对工程设计提出了很多挑战。这些挑战包括需要电绝缘保护衬里、以及专门的法兰连接硬件，这些增加成本并降低使用寿命。因而对于改进磁流量计的设计存在一种持久的需求。尤其是，需要一种能减少安装时间并降低维修要求的改进过程连接结构，以及能提高使用寿命的更耐久的衬里设计。 

发明内容

本发明涉及一种无法兰磁流量计的主体。磁流量计的主体包括管段、衬里、保持环、衬里保护件。所述管段延伸通过所述流量计主体，所述衬里衬设着所述管段，以形成绝缘过程流通道。所述保持环位于所述管段的一端上，以形成至过程流通道的端对端流体连接。所述衬里保护件形成在所述保持环上，为绝缘衬里提供端密封。 

附图说明

图1是具有一体的变送器和无法兰过程连接结构的磁流量计的侧视示意图； 

图2是图1所示磁流量计的端视示意图； 

图3是示出图1所示磁流量计的无法兰过程连接件和一体的衬里保护件的剖视示意图； 

图4是图3中无法兰过程连接件的剖视示意图，示出了至过程流管道的端对端连接。 

图5是图3中无法兰过程连接件的剖视示意图，示出了作为替换至过程流管道的端对端连接。 

具体实施方式

图1是具有一体的变送器11和无法兰过程连接件12的磁流量计10的侧视示意图。磁流量计10包括流量计主体13和管段14，其通过无法 兰连接件12连接至过程流。变送器11包括具有终端块22和电子/LOI(本地操作界面)组件23(均以虚线表示)的壳体组件21。 

流量计主体(或计主体)13由具有机械强度的耐用的材料制成，诸如钢铁、铝或者适宜的金属合金、或者诸如PVC(聚氯乙烯)或ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)塑料等耐用的聚合物。流量计主体13沿轴向中心线C_L围绕管段14同轴定向，形成包围线圈15和探针16的大致圆柱形外壳。 

流量计主体13还提供用于变送器11的变送器安装部17和覆盖探针16的探针盖18。请注意图1中仅示出了一个探针盖18，一般的，探针16包括两个探针电极，各处于管段14的每一侧，各自具有其自己的如图2所示的盖子，如下所述。 

管段14由诸如钢、不锈钢、铜、铝或金属合金等耐久的、可加工的材料制成。在替换实施例中，管段14采用采用诸如ABS、PVC或耐用塑料等耐用聚合物材料制成。 

管段14(如虚线所示)为通过磁流量计10的过程流F提供过程流通道或过程流管道。在一实施例中，管段14包括内径约为8英寸(8″，或者约20cm)的圆环形管段。在另一实施例中，管段14的直径改变。可作为替换的，管段14具有卵形、矩形或其他非圆形的横截面。如将在下面参照图2和图3所做的说明，管段14还可具有衬里。 

在典型实施例中，无法兰过程连接件12由与管段14相同的材料(即具有基本相同成分的材料)制成。在替换实施例中，无法兰过程连接件12使用由其他材料制成的附加元件，所述其他材料包括但不限于，其他金属、其他金属合金以及其他耐用聚合物材料。 

过程连接件12是由机加工处理、焊接处理和其他机械处理的结合而形成在管段14上的无法兰结构，因而连接结构12处于过程流通道的一端，以提供无法兰安装以及保持元件，以在磁流量计10和流体过程系统之间形成端对端或“直管”连接。 

无法兰过程连接件12、流量计主体13和管段14通常采用非磁性材料制成，这防止了线圈15所产生的磁场扭曲，并允许磁场相对不受干扰地横穿管段14。在一些实施例中，流量计主体13还包括管段14外部的 软磁磁力线返回元件，以增强磁场强度，提高一致性并减少流量计10外侧的边缘场。 

在磁流量计10的操作中，诸如离子水溶液等导电过程流体经由过程流通道流过管段14，磁性线圈15在管段14内部产生磁场，其感应出横跨导电流(即横跨探测电极16和过程流通道)的电动势(EMF，或电压)。该感应电压是流率和磁场强度的函数。变送器11提供线圈15所需要的电流，并处理来自电极16的电压信号，以测量或以其他方式确定过程流的流率。 

变送器11的壳体组件21采用诸如金属、耐用塑料，或所述材料的组合制成。壳体21包括内部过程连接件，以固定包括终端块22和电子/LOI组件23的内部变送器元件。壳体组件21将内部变送器元件隔离，并将其相对于诸如潮湿、腐蚀、或爆炸介质等不利的环境状况屏蔽，保护其不与过程机械、工具、掉落物体、以及其他潜在危险接触。 

在某些实施例中，壳体组件21包括可拆除的壳体盖(终端块盖)24以密封壳体组件21，并提供对终端块22的访问(access)，以及多个管道连接件25。在这些实施例中，壳体组件21通常还包括在变送器11远侧上的可拆除的电子/LOI(本地操作界面)盖，以密封壳体组件21，并提供电子/LOI(本地操作界面)组件23的视觉或机械访问。 

在图1的一体变送器的实施例中，变送器11通过变送器安装部17直接安装在磁流量计10上。在作为替换的遥控变送器的实施例中，变送器11远远地位于离流量计主体一千英尺(1000’，或者约300米)处，并且经常连接导另一结构，例如流管、结构支撑件或仪器架尚。在这些实施例中，到变送器的电连接提供为经由电缆、电线、控制总线或其他电连接方式，连接在变送器安装部17或磁流量计10的其他位置。 

终端块22通常包括耐用塑料或其他绝缘材料制成的终端块主体，以及多个导电的终端连接件。具体的，终端块16提供变送器11的电源连接，以及与环线、控制母线、或过程控制系统通讯的其他方式的I/O连接。 

电子/LOI组件23包括多个不同的电路元件中的至少一个，所述电路元件包括但不限于：用于控制变送器11和磁流量计10的控制器或微处 理器，用于处理来自探针16的电压信号的信号处理器，用于给线圈15加电的电流或电压源；用于在变送器11和过程控制系统之间通讯的I/O(输入/输出)界面，以及与本地操作者进行通讯的本地操作界面(LOI)。通常的，电子组件23的控制、信号处理以及I/O元件布置成两三块或更多块电路板的电子装置堆叠，而由单独的LOI组件实现LOI的功能。 

现场装置10和过程控制系统之间的通讯提供表示传感器信号的输出和表示其他过程监控和控制功能的输入。过程通讯利用各种协议，包括但不限于，标准模拟(4-20mA)协议，诸如 

等混合数字模拟协议，以及诸如Fieldbus Foundation ^TM和 

BUS/ 

NET等数字测量和控制协议。 

过程通讯在标准模拟环线、数据总线、以及其他数据通讯的组合上进行。在一些实施例中，通讯采用红外、光学、PF(射频)以及其他无线通讯方式，包括例如1420无线网关等基于 的系统，或诸如3051S无线压力变送器等无线装置，其可从明苏尼达州查哈森市罗斯蒙德公司，艾默生过程管理公司获得。LOI组件通常包括视觉显示器，音频警报器或提供与I/O界面相同功能但适于本地而不是远程访问的其他元件。 

请注意图1中的构造为仅是代表性的，磁流量计10和变送器11的个别元件因实施例与实施例德不同而变化。如图1所示，例如，磁流量计10包括罗斯蒙德公司的特定8700系列的磁流量计，其带有一体或直接安装结构的变送器11。在另一个实施例中，变送器11如上所述远程安装。在再一个实施例中，磁流量计10表现为一个不同的罗斯蒙德8700系列的磁流量计、或不同系列、或不同商家的磁流量计。或者，磁流量计10表现为用户定制的磁流量计。 

图2是磁流量计10的端视示意图。磁流量计10包括流量计主体13和管段14。流量计主体13容纳线圈15和具有电极盖18的探针电极16。管段14(以斜线示出)衬有保护衬里26，以形成贯穿磁流量计10的过程流通道(或管道) 

在本视图中，管段14和过程流通道(过程流管道)示出为一端向 前，过程流体流指入纸面并通过由线圈15提供的磁场B。图2中未示出无法兰过程连接件。 

线圈15为电磁体，构造为由加电电流产生磁场。在典型实施例中，线圈15包括多个向管段14内部提供可反转德AC或DC磁场的导电绕组。在一些实施例中，线圈15还包括软铁芯，以增强或改变磁通量。具体的，线圈15构造为承载充足的电流以产生磁场，该磁场在数量级上远大于典型的背景场，其处于约5高斯(5G或0.5mT)或更小的量级。 

磁场B通常定向为横穿管段14，垂直于过程流。横穿电极16形成法拉第环，所述电极常常定向为垂直于通过磁场B的流的方向。 

线圈15设计为在管段14内部形成相对均一的磁场，但图2中的磁力线的特定结构仅是代表性的。在一些实施例中，计主体13还包括软返回或轭结构，以改变磁场结构。这些元件通过在壳体/计主体13中提供磁力线返回路径而减少边缘场，这点没有在图2中示出。 

探针电极16采用抗腐蚀或抗侵蚀材料制成。具体组分通常根据过程流的性质选择，用于提高使用寿命和可靠性。在变化实施例中，电极16包括多种金属和金属合金，包括但不限于，诸如266 SST等不锈钢、钽、铂、钛、以及哈司特镍合金(和其他专用合金)，可从罗斯蒙德公司或包括印第安纳州的汉斯国际在内的其他商家购得。 

电极16包括至少两个电极，以感应并探测横跨管段14中的过程流的感应电势。典型的，探针电极置于流通道的相对侧，延伸穿过管段14和绝缘衬里26，以形成与过程流体的直接电接触。探针电极16完成通过过程流体的法拉第环，感测感应电势，以生成反映通过磁场B的过程流体流率的信号。 

保护衬里26衬设在流管段14尚，以使磁流量计10与过程流体流相隔离。保护衬里26在管段14和过程流之间提供电的、化学的以及机械的屏障。衬里26隔离管段14，使其不与过程流进行电接触，保护其不受过程流体中的腐蚀物质或化学物质的侵蚀或腐蚀。 

在一个实施例中，保护衬里26由聚亚安酯或其他无磁性的绝缘聚合物制成，具有约0.188英寸(约4.8mm)的厚度。但是，衬里26的组分可根据过程流体流的性质而改变。在其他实施例中，保护衬里26由 天然橡胶、 

PPS，或其他耐久绝缘的保护性聚合物制成，这些材料可从罗斯蒙德公司、杜邦和特拉华威灵顿的公司、得克萨斯州兀兰的雪佛龙菲利浦化学公司以及其他商家获得。 

衬里26的厚度可以变化，例如，随着管段直径从两英寸到约一英尺(2～12″，或约5～30cm)，其厚度从少于或等于约十分之一英寸(0.10″或约2.5mm)到大于等于四分之一英寸(0.25″或约6.4mm)。对于较小比例和较大比例的实施例，衬里26的厚度一般与管段14的尺寸成比例，尽管所述比例并不严格是线性的。 

电子组件22包括给线圈15供电的电流或电压源(CS)，以及控制线圈电流并处理来自探针电极16的感应电压信号的信号或控制处理器(μP)。图2以示意形式示出了电压源CS以及处理器μP，以示出到磁流量计10的信号处理以及线圈电流连接。图2没有包括已在前面结合图1说明过的电子组件22和变送器11的其他元件。 

电压/电流源CS通过线圈驱动线线圈-0(C0)和线圈-1(C1)向线圈15提供电流，线圈15响应供电电流而产生磁场B。在一个很宽的操作范围上，场强与电流基本成正比。 

在典型实施例中，两个线圈15成“菊花链”，或通过返回线连接诸如线圈-R依次连接。在这些实施例中，各个线圈承载相同的电流，并对整体场强作出基本等同的贡献。在其他实施例中，线圈数量改变，电流源CS间或连接至各线圈元件的单独的供电电流。 

磁流量计10产生与通过过程流通道的过程流的平均速度或流率基本成正比的电压信号。随着(导电)流体通过磁场B，则根据法拉第电磁感应定律，感应出横跨探针电极16的电压，电子组件22通过信号线探针-0(P0)和探针-1(P1)对感应出的电压信号取样，并处理所述信号，以测量流率。 

更具体的，感应电势E与(平均)流速V、(平均)磁场强度B、以及流体管段的直径D(一般的，直径约等于电极间隔)成比例，即： 

E＝kBDV， 

其中，K是依赖于测得的E、B、D、V的单元的比例常数。 

因而，过程流速是感应电势、磁场强度和横跨过程流的直径的函 数。 

V＝E/kBD， 

即：如横穿导电流体测得的那样，(平均)过程流速V与感应电势E成正比，与(平均)磁场强度B、以及直径D成反比(indirectlyproportional)。 

在某些实施例中，电子组件22构造为为脉冲DC(直流)电磁流量测量法。在这些实施例中，变送器11改变或调制线圈电流，以减弱信号噪音。具体的，电子组件22调制供应至线圈15的供电(energizing)电流作为时间的函数，产生一个低频的、振幅受控的方形波。供电电流在高值和低值之间变化，在每个值测量(取样)感应电压。流体信号(其特征通过感应电势E反映)是振幅与流体速度V成比例的匹配方形波。 

脉冲DC测量法减弱了多个噪音源的影响，所述噪音源包括但不限于，过程流体和探针电极16之间的电解反应，线圈15和外部电子系统之间的电容耦合，杂散电压和电流环，过程流体的阻抗引起的相变等。与AC调制系统(交变电流)相比，脉冲DC系统还减弱了正交(quadrature)电压的影响，包括磁场B和过程流体以及探针电极16和信号处理器μP之间的电连接之间的感应耦合效应。 

脉冲DC实施例还减弱了AC电压和频率变化的补偿需求，包括在标准AC电源线上的变化。通过使调制频率为AC线频率的多倍，并使取样周期基本等于电源周期(或者其整数倍)，信号噪音进一步减弱。这使得甚至在相对较远的远程变送器安装中，线圈驱动线和信号线能采用标准线缆，并共用单一管路。 

图3是具有一体的衬里保护件31的无法兰过程连接件12的剖视示意图。无法兰过程连接件12包括将保护衬里26不受过程流影响的一体的衬里保护件31，保持元件(连接元件)32和33，以及过渡部34。在图3所示的具体实施例中，无法兰过程连接件12设置在管段14(以斜线示出)的两端。但在其他不同实施例中，连接结构12设置在仅一端或另一端尚。 

如上所述，保护衬里26为管段14提供了电绝缘层，以及化学和机械的保护屏障。一般的，保护衬里26是具有环形横截面的圆筒形元件， 其与管段14的内侧相适应。如图3所示，例如，保护衬里26具有约等于管段14内径的外径OD，限定过程流通道35的直径D的内径ID，保护衬里26的厚度是内径和外径之间差值的一半。即： 

T＝1/2(OD-ID)。 

在某一实施例中，衬里26由聚亚安酯制成，且具有与8″(30cm)管段相对应的约8英寸(8.000″，或约30cm)的OD，以及约0.188英寸(0.1 88″，或约4.78mm)的厚度T。在其他实施例中，衬里26的厚度改变，一般如上所述与管段14的尺寸成比例。 

一体的衬里保护件31一般采用耐用金属制成，诸如不锈钢、铜或者耐用合金。基于与管段14以及计主体13相同的理由，衬里保护件31通常也是非磁性的。在一些实施例中，保护衬里31采用与管段14相同的材料制成。特别是，某些实施例要求保护衬里不能采用轧制钢或其他磁性材料制造，如前述设计中的实践。 

衬里保护件31、管段14和保持元件32和33采用相同材料制造的实施例为衬里保护件31和管段14提供了相同的磁以及电化学的性能，改善了磁场结构的控制，防止了由于两种不同材料的配合或焊接所引起的电化学效用。 

对于圆管应用，衬里保护件31具有圆环形结构，在无法兰连接件12处邻接保护衬里26的端部，如图3所示，衬里保护件31具有与衬里26的内径相等的内径ID，以相对于高压、大体积的腐蚀性和磨蚀性过程流保护衬里25。 

衬里保护件31形成紧贴衬里26的端部密封，其中，所述密封具有与衬里相同的内径。这避免了，甚至在如上所述的以高压和高流率为特征的水压致裂应用中，过程流侵入衬里26和管段14之间。衬里保护件31还将保护衬里26机械地保持在计主体13内部，并相对于腐蚀性和磨蚀性的流体提供机械保护，特别是在邻接或接触衬里保护件31的衬里26的端部处。特别是，这样防止了过程流中的微粒(或其他物体)在通过流体通道时卷入或撞击衬里保护件31。作为替换，衬里保护件31提供端密封处的衬里保护件31和衬里26之间平滑的流过渡，改善了性能和使用寿命。 

通常的，衬里保护件31通过机械连接与无法兰连接件12成为一体，例如，通过将衬里保护件沿焊接部36焊接到管段14上，在无法兰过程连接结构的端部处。衬里保护件31的外径S可根据用于在管段14上形成无法兰过程连接结构的特定制作方式而稍微改变。 

特别是，诸如铣削等制作过程要求去除接近衬里保护件31的材料，适应较小的外径S。其他的制作方式要求在衬里保护件31附近加入材料，适应较大的外径S。衬里保护件31的宽度W也改变，以提供高压的磨蚀性和腐蚀性流体中的实质使用寿命，提供针对水压致裂以及其他大规模应用的成本上高效的磁流量计设计。 

在一个实施例中，例如，衬里保护件31的宽度W为四分之一英寸(0.250″，或约6.35mm)，外径OD约为8.437″(约21.4cm)，内径ID约为7.605″(19.3cm)。在该实施例中，衬里保护件31容纳用于8英寸(8″或约20cm)的过程流管段。在其他实施例中，衬里保护件31的尺寸一般与管道的尺寸成比例，与衬里26的情况相类似。 

保持元件32和33通常经过管段14的铣削或表面加工形成。可替换的，其也可采用诸如保持环或衬垫座环等附加结构的焊接或者其他机械连接形成在管段上。如图3所示，例如，连接元件32包括保持环和衬垫座，连接元件33包括沿保持环/衬垫座边缘形成的保持元件。过渡部34类似地靠近计主体13形成，以形成在包括无法兰过程连接件的管段14和磁流量计10之间的机械连接。 

如图3所示，带有保持元件33的保持环32使得无法兰过程连接件12能适应外部连接件，以形成端对端流体连接。具体的，保持环32容纳将磁流量计10机械连接至诸如流体管路等过程流结构的外部连接件壳体，形成紧贴衬垫的压力和流体密封以防止连接处的泄漏。如下所述，所述端对端或直管过程流体连接无需内部衬垫或带有通孔紧固件的法兰。 

带有无法兰过程连接件的磁流量计10的构造面临着诸多设计挑战。具体的，由于磨蚀性和腐蚀性流体能很快地损坏未被保护的衬里，过程流体流对保护衬里26的作用是严重的。这要求设计和制作内置的(一体的)衬里保护件，并制造过程连接件12，以提供密封邻接在衬里保护件31和保护衬里26之间。 

保护衬里26和衬里保护件31也设计为承受高压、高流率、以及腐蚀性和磨蚀性的流体，对此，尚不存在令人满意的无法兰磁流量计连接件。例如，在对于液态和气态烃的水压致裂应用(油或气体抽提)中，井下(downhole)的压力必须超过含烃结构的裂解梯度，为了达到这样的压力，无法兰过程连接件12必须承受超过100磅/平方英尺(约0.7MPa)的最小过程压力。在某些实施例中，操作压力超过了1000磅/平方英尺(约7MPa)。 

很多过程流体还包括诸如盐酸等腐蚀性酸，以溶解含烃结构中的某些部分，以及诸如砂子等固体磨蚀支撑剂，以保持水压引起的裂解。无法兰连接件12还必须承受这些最小流速超过每分钟一百加仑((100gpm，或约380l/min)的腐蚀性或磨蚀性流体。在某些应用中，所述流率超过了1,000gpm(或3,800l/min)。 

图4是无法兰过程连接件12的剖视示意图，示出了过程流管道41的端对端连接。流体连接由外部连接件42和外部衬垫43形成，通过配合至无法兰连接结构12，其形成在管段14(以斜线示出)和过程管道41之间的外部端对端连接。 

过程管道41(也以斜线示出)是能通过管段14上的过程连接结构44形成至管段14的端对端或直管连接的过程流结构，其与管段14上的无法兰过程连接结构12类似。过程管道41通常采用铁、不锈钢、铜、铝、耐磨蚀且耐腐蚀的金属合金、诸如PVC或ABS塑料等耐用聚合物材料、或以上材料的组合制成。 

过程管道41具有内过程管道直径PD，在图4的实施例中，内过程管道直径PD与保护衬里26的内衬里直径ID大致对应，减少了入口效应和衬里磨损。在替换实施例中，内过程管道直径PD与保护衬里26的外径OD大致对应，由此过程管道41和管段14具有相同的内径(请参见图5)。过程管道直径PD和内衬里直径ID之间的关系不受连接件构造的限制，且连接件构造为也不受过程管道、管段、衬里直径之间的任何特定关系的限制。在另一实施例中，例如，内过程管道直径PD和保护衬里26的外径OD相对于彼此任意改变，连接结构44包括适配元件，扩大或缩小过程管道41的直径，以顺应无法兰过程连接件12上的连接元件的 不同尺寸。 

外部连接件42是采用易于延展的铁、铜、或其他具有延展性的金属或金属合金、或诸如不锈钢等刚性金属制成的环形结构。可替换的，外部连接件42采用耐用聚合物材料制成。在某些实施例中，外部连接件42被称为壳体，在其他实施例中，外部连接件42被称为外部环或外部圈。 

连接衬垫43采用金属或诸如EPDM(乙烯丙烯聚合物单体)、EPDM橡胶、腈、腈橡胶等柔性聚合物制成，其选择具有柔性以及对于来自过程流体流的化学或磨蚀效应具有抵抗能力。在某些实施例中，连接衬垫43是内部连接衬垫，如图4所示，在其他实施例中，连接衬垫43是外部连接衬垫，如图5所示。 

连接衬垫43通常制作成一个整体的或一片式环状结构，以在无法兰过程连接件12处围绕管段14的端部，在类似的连接结构44处围绕过程管道41的端部，形成压力和流体密封。外部连接件42一般形成为两个或更多个部件，以围绕保持元件32、33和衬垫43，形成环状壳体或外部保持环。 

外部连接件壳体42的部分通过螺栓、螺钉或其他机械紧固装置(未示出)固定在一起，由此将衬垫挤压到衬垫座/保持环32中，并将外部连接件42的一侧定位在保持元件33处，该保持元件位于保持环32的一侧。外部连接件42的另一侧定位在连接结构44处，提供类似结构，以防止机械分离并提供附加的过程密封。 

外部连接件42和衬垫43与无法兰过程连接件12协同工作，提供压力和流体密封，以在管段14和过程管道41之间形成机械连接。具体的，采用机械紧固件紧固外部环/壳体42的部件，挤压衬垫43紧贴衬里保护件31并定位外部连接件42的一侧在保持元件33处，衬垫43形成紧抵衬里保护件31的压力和流体密封。 

如图4所示，保持环32基本上成环状且具有平行于轴向中心线C_L的外表面32A。在这一实施例中，无法兰过程连接件12包括一体的保持环、衬垫座和衬里保护件，其中，保持元件32和33构成组合的连接环衬里保护件31为连接元件32提供(内部)衬垫座，形成对衬垫43的内部密封。 

在替换实施例中，保持环32成倾斜的、楔形的、锯齿形的、伸长的、或具有其他形状，以便为外部连接件42和衬垫43提供不同的横截面几何形状。类似的，在变化实施例中，衬垫座和保持元件呈现矩形横截面(如图4所示)，或者半圆形、弓形、V字型、浅槽形、狭槽形、楔形、或其他横截面几何形状，衬垫座和保持元件呈现各种深度和厚度，以适用于一定范围的不同外部连接件42和内部或外部衬垫43。 

与下面图5所示的外部衬垫实施例相反，图4中的实施例在外部连接件42和无法兰连接件12之间形成直接的外部连接，而不具有外部衬垫。作为替换，衬垫43可以是内部的，通过衬里保护件31形成紧贴衬垫座/保持环32的内部流体和压力密封。图4还示出，无法兰连接结构适应金属在金属上的连接，诸如 型连接，其中外部连接件42和衬垫43均采用金属或金属合金制作。可替换的，这些元件可采用耐用聚合物制成，而磁流量计10的其他元件和外部连接件采用包括这些组合的上述金属和聚合物种类。 

图5是无法兰过程连接器的剖视示意图，示出了作为备选的到过程流管道41的端对端连接。在本实施例中，通过外部连接件42和外部衬垫43形成流体连接，其通过匹配至无法兰过程连接件12，在管段14和过程管道41之间的形成外部端对端连接，并具有外部端对端衬垫密封。 

更具体的，无法兰过程连接件12包括组合的或一体的保持环、衬垫座和衬里保护件，其中，连接元件32提供外部衬垫座，连接元件33提供固定外部连接件42的连接槽。总体上，连接槽具有小于管段14的外部半径OR的外部半径，其中，在保持元件33和过渡部15之间测量管段14的外部半径。相反，保持环具有等于或大于管段14的外部半径OR的外部半径。 

在某些实施例中，衬垫座和保持元件适用于 型外部连接件42和外部衬垫43，以及附随的机械紧固件。这些连接件可以在很广的尺寸和构造为范围内从宾西法尼亚州阿士顿的维他力克(Victaulic)公司通过市售获得。在其他实施例中，无法兰过程连接件12构造为例如针对可从大量其他商家获得的不同外部连接件/衬垫和机械紧固件。 

图4和图5示出；无法兰连接装置12可以构造为针对在很广范围内 的不同端对端或外部连接结构，包括内部和外部衬垫座。特别是，保持元件(或连接元件)可构造为针对很广范围内的保持浅槽、保持狭槽、保持圈、保持环和其他保持几何结构，以及同样广泛的内部和外部衬垫几何结构。这些包括聚合物上金属的连接表面以及金属在金属上的连接表面。 

与已经存在的形成带法兰的或面对面的流体密封的高压、高流率连接结构相反，图4和5中所示的端对端或直管连接不需要通孔法兰紧固件，因而无法兰连接件12没有螺栓，即连接件12的任何元件上均没有机械紧固件延伸贯通的孔。机械紧固件用于沿管段14和过程管道41压迫外部连接件42，但并不实体延伸贯通或横穿连接件12处的流体连接。 

进一步，无法兰过程连接件12不需要形成相对的法兰之间的面对面连接的法兰衬垫，而是，无法兰过程连接件12采用当被外部连接件42挤压时形成紧贴衬垫座32的密封的无法兰衬垫。与传统较低压力的流体连接件相反，外部过程连接件12也是无螺纹的，即，尽管螺纹常用于外部机械紧固件，但与压力或流体密封本身无关。 

此类设计对于磁流量计的应用具有显著的优点。具体的，具有衬里保护件31、衬垫座32和保持元件33的无法兰过程连接件12既适合于刚性的，也适用于柔性的过程流体连接。前一设计允许磁流量计相对于过程管道41在有限范围内运动，以提供挠性或减弱振动应力。而后一设计减少了相对运动，并减少了机械振动的范围。 

无法兰过程连接件12还提供比具有法兰和螺栓通孔设计更简便的对准。具体的，在形成连接结构时(即：当拧紧紧固件时)，外部连接件壳体42完成结构12和过程管道41的对准，而不需要在将通孔螺栓或其他紧固件插入到法兰或其他密封结构前完成更彻底的对准。因而，通过简化对专用适配硬件的需求、降低安装时长要求、无需要对现有流体过程结构进行实质性改动而提高磁流量计的可能安装范围，无法兰过程连接件12方便了紧固和保养，降低了整体操作成本。 

尽管结合优选实施例对本发明进行了说明，但所采用的术语仅是为了说明，而非限定。本领域技术人员将能认识到，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可进行形式和细节的改动。 

Claims (25)

1.一种磁流量计，包括：

管段；

绝缘聚合物衬里，其衬设在所述管段上以形成过程流通道；

无法兰保持环，其位于所述管段的一端，用于形成至所述过程流通道的端对端流体连接；

衬里保护件，其形成在所述保持环上，以为所述绝缘聚合物衬里提供端密封，其中所述衬里保护件由非磁性金属制成；

线圈，用于在所述过程流通道内产生磁场；以及

电动势传感器，用于感测在通过所述过程流通道的流体流中产生的电动势。

2.如权利要求1所述的磁流量计，其中，所述管段和所述保持环的每一个由非磁性材料制成。

3.如权利要求2所述的磁流量计，其中，所述管段、所述保持环和所述衬里保护件由相同材料制成。

4.如权利要求1所述的磁流量计，其中，所述衬里保护件和所述绝缘聚合物衬里具有相等的内径。

5.如权利要求1所述的磁流量计，其中，所述保持环与外部连接件协作形成端对端过程流体连接。

6.如权利要求5所述的磁流量计，其中，所述保持环包括外部衬垫座，用于与外部衬垫协作形成过程流体密封。

7.如权利要求5所述的磁流量计，其中，所述衬里保护件包括内部衬垫座，用于与内部衬垫协作形成过程流体密封。

8.如权利要求5所述的磁流量计，其中，所述保持环具有外部半径，所述外部半径大于所述管段的外部半径。

9.如权利要求5所述的磁流量计，其还包括连接槽，用于定位所述外部连接件。

10.如权利要求1所述的磁流量计，其还包括信号处理器，其用于基于感测的电动势而产生表示通过所述过程通道的流体流的输出。

11.如权利要求10所述的磁流量计，其还包括变送器，所述变送器用于给线圈供电以产生磁场，且用于测量所述过程流通道中的流率作为所述电动势的函数。

12.一种磁流量计，包括：

计主体，其包括：管段，其延伸通过所述计主体；绝缘聚合物衬里，其衬设在所述管段上；探针，其延伸通过所述绝缘聚合物衬里；以及线圈，用于在所述管段内产生磁场；以及

无法兰连接结构，其包括：环形保持元件，其形成在所述管段一端上；环形衬里保护件，其形成在所述保持元件上；其中，所述衬里保护件和所述保持元件由非磁性金属形成。

13.如权利要求12所述的磁流量计，其中，所述非磁性金属包括不锈钢。

14.如权利要求13所述的磁流量计，其中，所述衬里保护件和所述绝缘聚合物衬里具有相等的内径，所述衬里保护件在所述绝缘聚合物衬里上形成端密封。

15.如权利要求12所述的磁流量计，其中，所述保持元件包括外部衬垫座，用于和外部衬垫形成过程流体密封。

16.如权利要求12所述的磁流量计，其中，所述衬里保护件包括内部衬垫座，用于和内部衬垫形成过程流体密封。

17.如权利要求13所述的磁流量计，其中，所述保持元件具有外部半径，所述外部半径大于所述管段的外部半径。

18.如权利要求13所述的磁流量计，其中，所述保持元件提供固定外部连接件的连接槽，所述连接槽具有小于所述管段的外部半径的外部半径。

19.如权利要求12所述的磁流量计，其中，还包括：电流源，其用于给线圈供电；以及信号处理器，其用于基于探针产生的电压信号而产生表示通过磁流量计的流体流的输出。

20.如权利要求19所述的磁流量计，其中，所述电压信号的函数包括所述磁场的DC调制函数。

21.一种磁流量计的制作方法，所述方法包括：

用绝缘聚合物衬里衬设管段，以形成通过所述磁流量计的过程流通道；

在所述过程流通道的一端上形成无法兰连接结构；以及

将衬里保护件焊接到所述无法兰连接结构上；

其中所述衬里保护件和所述绝缘聚合物衬里具有相等的内径；且其中所述管段、所述无法兰连接结构和所述衬里保护件的每一个由非磁性金属制成。

22.如权利要求21所述的制作方法，其中，所述非磁性金属包括不锈钢。

23.如权利要求21所述的制作方法，其中，形成所述无法兰连接结构包括形成外部衬垫座，所述外部衬垫座构造为与外部衬垫形成流体密封。

24.如权利要求21所述的制作方法，其中，形成所述无法兰连接结构包括形成内部衬垫座，所述内部衬垫座构造为与内部衬垫形成流体密封。

25.如权利要求21所述的制作方法，其还包括，延伸探针电极通过所述管段和所述绝缘聚合物衬里，以便感测由磁场感应产生的跨过所述过程流通道的电压。

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