CN104748802A - 晶片型可插入磁通计 - Google Patents

Abstract

用于测量过程流体的流量的磁通计包括仪表主体，具有形成在所述仪表主体中的开口。仪表主体构造成用于串联插入承载过程流体的过程管道之间。能够移动的延伸部连接到仪表主体，并构造成用于延伸进入过程管道。线圈通过延伸部承载，并构造成用于产生磁场。一对电极感测作为施加的磁场和过程流体的流量的函数产生的在过程流体中的电动势。

Description

晶片型可插入磁通计

背景技术

本发明涉及感测工业过程工厂中的过程流体的流量(flow)的磁通计。

一般的现有技术的磁通计利用承载通过电磁铁和电极的过程流体的电绝缘流管。电极被承载在流管中，并且与流动的流体进行电接触。电极感测在流体中磁性地感应的电动势。根据法拉第的电磁传导定律，感测的电动势与施加的磁场和流速(flow rate)成比例。

流管一般被承载在有时称为“焊接件”的具有凸缘端部的大圆柱主体中。焊接件的凸缘端部被螺栓固定到承载在过程管道上的相似的凸缘，使得流管与过程管道串联对齐，并且过程流体的流流过流管。制造焊接件是昂贵的，并且焊接件要求在过程管道的两个相对端部之间的待安装的巨大空间。

发明内容

用于测量过程流体的流量的磁通计包括仪表主体，具有形成在所述仪表主体中的开口。仪表主体构造成用于串联插入承载过程流体的过程管道之间。能够移动的延伸部连接到仪表主体，并构造成用于延伸进入过程管道。线圈通过延伸部承载，并且构造成产生磁场。一对电极感测作为施加的磁场和过程流体的流量的函数产生的在过程流体中的电动势。

附图说明

图1A和1B是包括显示磁通计和过程管道的分解视图的工业过程的视图。

图2是图1A的磁通计和安装环的分解透视图。

图3是安装环和磁通计的侧视图。

图4是装配到磁通计的安装环的正面透视图。

图5是装配到磁通计的安装环的后面透视图。

图6是显示安装到过程管道的磁通计的部分分解图。

图7是显示安装到过程管道的磁通计和安装环的透视图。

图8是显示安装在相对的过程管道之间的磁通计和安装环的侧视图。

图9是磁通计的简化方框图。

具体实施方式

在各种方面，本发明提供用于磁通计主体的薄的、圆盘或类似晶片(wafer)的构造。磁通计主体可以构造成通常地圆盘形状，使得所述磁通计主体可以被安装在过程管道的相对的端部之间，并且要求小空隙。磁通计主体支撑至少一个铰接瓣(或延伸部)。铰接瓣构造成打开进入过程管道，并且承载用于在过程流体中产生磁场的电线线圈。一对电极用于感测由于施加的磁场和过程流体的流动的合成电动势(EMF)。测量电路可以承载在仪表主体上、在延伸部上或可以外部地定位到仪表主体。测量电路接收感测的电动势并且提供涉及过程流体的流量的输出。该构造消除“焊接件”并且减小安装和对齐磁通计与过程管道所需要的空间的大小。不同于其中延长的流管与过程管道串联定位的现有技术设计，延伸部同轴地对齐在过程管道内并且在过程管道内部延伸。进一步，磁通计可以被容易地移除，并且因此十分适合在要求检查或清洁诸如水和废水管理的系统中。

图1A和1B是显示对准过程管道14和16的磁通计12的分解图的工业过程环境10的简化示意图。图1A示出其中电子元件被承载在磁通计12的环形主体中的构造。图1B示出其中至少一些电子元件被承载在分开的壳体12A中的另一个示例实施例，所述分开的壳体12A可以物理地连接到磁通计12的环形主体或从磁通计12的环形主体隔离分开。前缘环18定位在磁通计12的上游侧上。磁通计12被固定在过程管道14和16的凸缘20和凸缘22之间。在一个例子实施例中，磁通计12通过通信链路32与诸如中央控制室30的遥远的位置通信。中央控制室30图示为通常与双线工业过程控制回路一起使用的类型的电阻34和电压源36。在这种控制回路中，流速可以通过控制流过电流回路32的电流传送。其他示例过程控制回路包括那些承载数字信息的回路，诸如那些根据通信协议的回路。其他示例数字通信协议包括Foundation Fieldbus和PROFIBUS。而且，回路32可以包括其中数据使用RF通信技术通信的无线通信连接。一个示例无线通信链路根据通信协议。

图2是磁通计12和前面边缘环18的一个实施例的正面透视图，并且图3是所述实施例的侧面俯视图。在图2和3中，磁通计12示出在其折叠位置，其中磁通计延伸部42、44对准具有流量计12的外部安装环或金属主体40的平面。电连接器64被设置用于连接到，例如，承载在图1B中示出的壳体12A中的回路32或外部测量电路。前缘环18具有外部接地环46和延伸部致动环48。接地环46电接触承载在外部的安装环40上的电接地衬垫49。延伸部42承载电线圈122并且延伸部44承载电极124。

图4和5分别是靠着磁通计12定位的前缘环18的正面透视图和后面透视图。如图4和5所示，延伸部致动环48推动延伸部42、44进入打开位置，其中该延伸部42、44在朝向磁通计12的后缘(或下游缘)的方向上延伸。延伸部42、44在铰接区域50、52处分别地连接到外部安装环40。这些可以包括，例如，活的(或“活动的”)铰接件等。优选地，在一个例子实施例中，磁通计12由非传导的能够弯曲材料制成，并且可以形成具有外部的安装环40和延伸部42、44的单独的一块。前缘环18可以由金属制成，并且构造成将延伸部42、44保持在打开位置。接地环46电连接到过程管道14或凸缘20。前缘环18作为衬里保护器，以在过程流体的流量移动穿过外部的安装环40并且通过延伸部42、44时提供平稳的过渡。优选地，延伸部42、44以这种方式延伸，使得该延伸部42、44与管16的内部直径平齐并且弯曲以符合管16的内部外形。这减小穿过管道16的过程流体的任何流动的拖延并且减小在流动中导致的涡流的量。

图4和5还图示通过打开的延伸部42、44形成的围绕外部的圆周定位的绝缘层60。绝缘层60提供在过程流体和过程管道16的传导的内壁之间的绝缘层。这允许电动势(EMF)由于过程流体和施加的磁场的运动而产生在过程流体中。没有这种绝缘层，在电极124的区域中的过程流体可以电连接到地，因而电短路任何产生的电动势。绝缘层60可以由薄的橡胶或其他的能够弯曲的绝缘材料形成，使得在延伸部42、44移动进入图4和5示出的开口位置时，所述绝缘层60围绕通过延伸部42、44形成的外部的圆周拉伸。图5还图示磁通计电路140，结合图9在下面更详细地说明。电路140可以全部模塑在外部的安装环40中。还示出电连接器64，可以用于提供功率到电路140和/或可以用于例如涉及测量的流速的信息的通信。连接器64电连接到电路140并且可以，例如，耦合到图1中示出的过程控制回路32。连接器64可以构造为插头、拧上的连接器柱等。在一些构造中，连接器64封闭在保护壳体(未示出)中。进一步，图5示出诸如霍耳效应传感器的可选择的磁场强度传感器68，如下面更详细地描述，所述传感器连接到可以用于测量施加的磁场的强度的测量电路140。虽然具体地讨论霍耳效应传感器，但是任何适当的传感器可以用于感测施加的磁场的磁场强度。在一些构造中，可能有利的是包括增强由线圈122施加的磁场的磁通量返回路径(未示出)。例如，延伸部42可以承载磁性屏蔽以提供这种返回路径。

在一个例子实施例中，磁通计12制成作为诸如橡胶、聚亚安酯、EPDM(三元乙丙橡胶)等的绝缘弹性材料的单个的块。线圈122和电极124可以在制造磁通计12期间通过全部模塑过程安装。线圈122可以完全地密封在磁通计12的延伸部42中。然而，电极124应该通过延伸部44暴露，借此该电极124电接触任何过程流体。例如，电极124可以具有延伸通过全部模塑的凸起的部分，借此该电极124电接触过程流体。在另一个例子中，电极124由定位在延伸部的外部表面上的传导的补块(patches)形成。用于形成线圈122和电极124的电路可以是能够弯曲的电路，其中在延伸部打开和弯曲以匹配过程管道16的内部轮廓时，电路可以弯曲。喷射模塑技术可以使用，使得材料模塑在能够弯曲的电路上。

图6和7是显示放置磁通计12到管16的凸缘22上的透视图。在图6中，磁通计12定位在凸缘22上并且前缘环18与磁通计12对齐。在图7中，前缘环18靠着延伸部42、44推动使得该延伸部42、44打开进入管16的内部。因此，延伸部42和44具有在打开位置稍微小于管16的直径，并且与管16同轴地延伸。在关闭的位置，流量计12的侧面轮廓相对地薄，允许该流量计12插入具有非常小的空隙的相对的管凸缘之间。例如，对于四英寸直径的磁通计，需要管凸缘20和22之间的仅约0.75英寸间距。

图8是显示将流量计12固定在各个凸缘20和22之间的管道14和16的侧面俯视图。在该构造中，通过与图2中示出的接地环46和电接触件48电连接，流量计12与过程管道14、16电接触。如上所述，电接触件48由外部的安装环40承载并且具有暴露的外部表面，该外部表面构造成接触前缘环18并且因而将电连接提供到由过程管道14提供的电接地。

在图9中，方框图示出用于测量传导的过程流体的流量的流量计电路140的一个实施例。线圈122构造成响应从线圈驱动器130施加的驱动电流施加磁场到流体流。电动势传感器(电极)124电耦合到流体流，并且提供电动势信号输出134到放大器132，该电动势信号输出134与由于施加的磁场和流体速度而在流体流中产生的电动势相关。模拟到数字的转换器142提供数字化电动势信号到微处理器系统148。微处理器系统148耦合到电动势输出134并且提供与流体速度相关的输出160。

微处理器系统148根据在法拉第定律中详尽地解释的电动势输出134和流量速度之间的关系，计算通过过程管道16的流体速度，法拉第定律表明：

$V=\frac{E}{\mathrm{kBD}}$     方程式1

其中E是电动势输出134、V是流体的速度、D是两个延伸部44之间的直径并且B是流体中的磁场的强度。K是比例常数。输出电路158产生用于连接到连接器64的回路32上的传输的输出160。连接器64可以耦合到回路32和/或功率源到功率电路140。

可选择的霍耳效应传感器68可以用于测量由线圈122施加的磁场强度。施加的磁场强度由于安装条件的可变性而改变。例如，过程管道14、16的各种类型或大小可以改变磁场。磁场的这种改变也将引起测量的电动势的改变。为这种调整这种变化，霍耳效应传感器可以用于通过放大器168和模拟到数字的转换器164测量磁场。基于测量的磁场，在方程式1中的变量B的修正值可以使用以获得精确的流量测量。

虽然本发明已经参照优选的实施例进行描述，在本技术领域熟练的人员将认识到在没有违背本发明的精神和范围的条件下，可以在形式和细节上进行改变。图9中示出的电路提供基于感测的电动势测量过程流体的流量的测量电路的一个例子。电路可以包含于或安装在外部的安装环40、延伸部42、44上或外部的安装环40、延伸部42、44内，或可以设置在壳体等中，诸如位于外部的安装环40外部的传送器。例如，图1B中示出的壳体12A可以构造为流量传送器。外部的安装环40是于此使用的仪表主体的一个例子实施例。如于此使用的那样，术语“铰接件”指能够允许两个构件之间的相对角度运动的任何元件或部件。铰接件可以是机械部件，在所述部件中元件在所述部件之间滑动或可以通过能够弯曲的元件形成。虽然在附图中图示四个延伸部，但是可以使用所希望的任何数量的延伸部。虽然电极示出为承载在延伸部上，但是在其他的构造中，电极可以安装在外部的安装环40上。虽然于此详尽地解释能够弯曲的绝缘材料的具体例子，但是可以使用包括提供电绝缘性质的任何类型的聚合物材料的任何适当的材料。

Claims (30)

1.一种磁通计，该磁通计用于测量过程流体的流量，所述磁通计包括：

仪表主体，所述仪表主体具有形成在该仪表主体中的开口，所述仪表主体构造成用于串联插入承载过程流体的过程管道之间；

能够移动的延伸部，所述能够移动的延伸部连接到仪表主体，并且构造成用于延伸进入过程管道；

线圈，所述线圈承载在能够移动的延伸部上，构造成用于产生被引导进入过程流体中的磁场；和

一对电极，所述一对电极构造成用于感测作为施加的磁场和过程流体的流量的函数产生的在过程流体中的电动势。

2.根据权利要求1所述的磁通计，包括连接到所述一对电极的测量电路，所述测量电路构造成用于提供表示作为感测的电动势的函数的过程流体的流速的输出。

3.根据权利要求2所述的磁通计，其中所述测量电路承载在仪表主体中。

4.根据权利要求2所述的磁通计，其中所述测量电路承载在仪表主体外部。

5.根据权利要求1所述的磁通计，其中能够移动的延伸部通过铰接件连接到仪表主体。

6.根据权利要求5所述的磁通计，其中所述铰接件允许能够移动的延伸部从平行于仪表主体的平面的平面位置移动到延伸进入过程管道中的延伸位置。

7.根据权利要求1所述的磁通计，包括多个能够移动的延伸部。

8.根据权利要求1所述的磁通计，其中所述一对电极中的至少一个承载在能够移动的延伸部上。

9.根据权利要求1所述的磁通计，其中所述一对电极中的至少一个由仪表主体承载。

10.根据权利要求1所述的磁通计，包括构造成用于夹在所述仪表主体和所述过程管道的凸缘之间的前缘环。

11.根据权利要求10所述的磁通计，其中所述前缘环定位在仪表主体的上游。

12.根据权利要求10所述的磁通计，其中所述前缘环构造成用于推动能够移动的延伸部延伸进入过程管道。

13.根据权利要求10所述的磁通计，其中所述前缘环包括金属并且构造成用于提供电连接到过程管道。

14.根据权利要求1所述的磁通计，其中所述能够移动的延伸部包括能够弯曲的绝缘材料。

15.根据权利要求14所述的磁通计，其中所述能够弯曲的绝缘材料包括聚合物。

16.根据权利要求1所述的磁通计，包括构造成用于连接到过程控制回路的、承载在仪表主体上的电连接器。

17.根据权利要求2所述的磁通计，其中测量电路定位到仪表主体外部并且进一步包括电连接器，所述电连接器承载在仪表主体上，并构造成用于连接到测量电路。

18.根据权利要求1所述的磁通计，包括电连接器，所述电连接器承载在仪表主体上，并构造成用于将线圈连接到外部电源。

19.根据权利要求1所述的磁通计，包括承载在第二能够移动的延伸部上的第二线圈。

20.根据权利要求1所述的磁通计，包括第二能够移动的延伸部，并且其中一对电极承载在各个能够移动的延伸部上。

21.根据权利要求1所述的磁通计，包括绝缘层，所述绝缘层将能够移动的延伸部从过程管道分开。

22.根据权利要求1所述的磁通计，包括磁场强度传感器，所述磁场强度传感器布置成用于感测施加的磁场的磁场强度。

23.根据权利要求1所述的磁通计，其中能够移动的延伸部由多个能够折叠的瓣形成。

24.根据权利要求23所述的磁通计，包括绝缘层，所述绝缘层在多个能够折叠的瓣之间延伸。

25.一种将磁通计连接到过程管道并且测量过程流体的流量的方法，所述方法包括：

将仪表主体放置在承载过程流体的两个相对的过程管道之间；

将仪表主体安装在两个过程管道之间，并且因而促使由仪表主体承载的能够移动的延伸部延伸进入过程管道；

将由能够移动的延伸部承载的线圈产生的磁场施加到在过程管道中承载的过程流体；并且

感测过程流体中的作为磁场和过程流体的流量的函数的电动势。

26.根据权利要求25所述的方法，其中能够移动的延伸部通过铰接件连接到仪表主体。

27.根据权利要求25所述的方法，包括将能够移动的延伸部从平行于仪表主体的平面的平面位置移动到延伸进入过程管道中的延伸位置。

28.根据权利要求25所述的方法，包括将前缘环夹在仪表主体和过程管道之间。

29.根据权利要求25所述的方法，包括测量由线圈产生的磁场强度，并且基于测量的磁场强度补偿流量测量值。

30.根据权利要求25所述的方法，其中能够移动的延伸部是能够弯曲的。