CN117268480A - 用于磁流量计的导电聚合物参考连接件 - Google Patents

用于磁流量计的导电聚合物参考连接件 Download PDF

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Abstract

提供了一种电磁流量计组件。该组件包括磁流量计，该磁流量计被配置为在耦合点处耦合到过程管道并且测量过程流体流的流量。该组件包括导电聚合物参考连接件，该导电聚合物参考连接件被配置为与所述过程流体接触并且提供与磁流量计电子器件的电连接。

Description

用于磁流量计的导电聚合物参考连接件
分案说明
本申请是申请日为2017年11月15日、申请号为201711135084.X、发明名称为“用于磁流量计的导电聚合物参考连接件”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
磁流量计(或磁计)通过法拉第感应这一电磁效应来测量流量。磁流量计激励一个或多个线圈，所述线圈在流管组件的一部分上产生磁场。磁场在穿过流管组件的导电过程流体的流动中感应出电动势(EMF)。在导电流体上产生的结果电位使用延伸到流动的过程流体中的一对电极来测量。作为替代，一些磁流量计采用电极和过程流体之间的电容耦合，使得可以在不直接接触的情况下测量EMF。在任何情况下，流速通常与感应电动势成比例，体积流量与流速和流管的横截面积成比例。
磁流量计在各种流体流量测量环境中是有用的。具体地，水基流体、离子溶液及其他导电流体的流量均可以使用磁流量计测量。因此，可以在水处理设施、饮料和卫生食品生产、化学处理、高纯制药、以及危险和腐蚀性流体处理设施中找到磁流量计。磁流量计通常用于碳氢燃料行业，该行业有时采用利用磨损性和腐蚀性浆液的水力压裂技术。
另外，磁流量计可以具有各种不同的衬垫和/或电极材料，以适应于使用磁流量计的应用。衬垫材料的例子包括：聚四氟乙烯(PTFE)；乙烯四氟乙烯(ETFE)；PFA；聚氨酯；氯丁橡胶；和耐纳特(linatex)橡胶，以及其他材料。此外，电极可以由任何合适的材料构成，包括：316L不锈钢；镍合金276；钽；铂/铱混合物；钛；以及其他合适的材料。
发明内容
提供了一种电磁流量计组件。该组件包括磁流量计，该磁流量计被配置为在耦合点处耦合到过程管道并且测量过程流体流的流量。该组件包括导电聚合物参考连接件，该导电聚合物参考连接件被配置为与所述过程流体接触并且提供与磁流量计电子器件的电连接。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电磁流量计组件的示意图。
图2是根据本发明实施例的电磁流量计组件的框图。
图3是根据本发明实施例的导电聚合物参考连接件的示意图。
图4是根据本发明实施例的导电聚合物参考连接件的另一示意图。
图5是根据本发明实施例的导电聚合物参考连接件的另一示意图。
图6是根据本发明实施例的组装测量设备组件的方法的流程图。
具体实施方式
在磁流量计的操作中，通常要求通过使用衬垫而与过程流体本身具有牢固的电连接。一旦建立，该连接可以用作磁流量计的测量电路的参考，这进而带来改进的信号质量、更好的电磁抗扰性、以及流量信号和过程的进一步测量。
目前，与过程流体本身的连接通过使用与过程流体接触的金属环或接地电极来实现。然而，使用金属环或接地电极会产生若干问题。例如，过程流体通常可能是腐蚀性的或者需要其它过程兼容性(例如化学兼容性)，使得金属环或接地电极必须能够承受范围广泛的各种过程条件。另外，金属环或接地电极需要提供与磁流量计的测量电路的低电阻连接件。其结果是，金属环或接地电极通常必须由异金属构成，异金属可以包括：钽、铂、特殊金属公司(Special Metals Corporation)的MonelTM和海恩斯国际公司(HaynesInternationa]，In c)的HastelloyTM。然而，由于使用由异金属构成的金属环，成本往往会增加。
异金属环通常放置在流量计和管道之间的连接点上，流量计和管道通过将管道法兰固定在磁流量计的相应法兰上来连接。但是，为了确保维持安全的连接，异金属环的两侧需要垫圈。这又使得过程流体从连接点泄漏的可能性增加。另外，由这些异金属制成的接地电极由于与过程流体接触的相对较小的表面积而经常受到过程涂覆和导电性的限制。
根据本发明的一个实施例，提供了一种热稳定、化学兼容、相对便宜的导电聚合物参考连接件，其具有足够大的过程接触面积，并且允许具有到磁流量计的测量电路的低阻抗路径。另外，除了允许进行参考测量之外，该导电聚合物参考连接件还同时用作垫圈，从而消除了在磁流量计和过程管道之间的耦合点处的多个潜在的泄漏路径。
图1是根据本发明实施例的电磁流量计组件的示意图。电磁流量计组件100包括磁流量计116、过程管道118和导电聚合物参考连接件112和104。过程管道118被配置为接收过程流体流并且耦合到磁流量计116。在一个实施例中，过程管道118在过程管道118的过程法兰106和磁流量计116的流管法兰110之间的耦合点处耦合到磁流量计116。例如，可以在过程法兰106和流管法兰110之间使用螺栓连接件，以将过程管道118牢固地固定到磁流量计116。磁流量计116包括电子器件壳体102和流管组件108，流管组件108包括管道206、EMF传感器204和线圈202，如将在图2中讨论的那样。在操作中，磁流量计116被配置成从过程管道118接收过程流体流，并且使用法拉第磁感应定律的应用来测量过程流体的流量，其由如下关系示出：
E＝k*B*D*V [等式1]
其中，E是感应电压(与速度成线性关系)，k是比例常数，B是磁场强度(线圈电感)，D是电极之间的距离，V是过程流体的速度。
导电聚合物参考连接件112和104使用导电线114电连接到磁流量计116的电子器件壳体102。导电聚合物参考连接件112和104被配置为与过程流体流接触并且对电子器件壳体102内的测量电路提供参考。在一个实施例中，导电聚合物参考连接件112和104被设置在过程管道118和磁流量计116之间的耦合点处。另外，导电聚合物参考连接件112和104还可以用作过程管道118和磁流量计116之间的垫圈。在该实施例中，当过程法兰106耦合到流管法兰110时，导电聚合物参考连接件112在过程管道118和磁流量计116之间提供牢固的密封件，使得过程流体不会从耦合点泄漏。另外，导电聚合物参考连接件112和104也是非介入式的，使得在耦合点处不存在内部泄漏路径。此外，虽然示例性地示出了两个导电聚合物参考连接件112和104，但根据本发明的实施例，显然可以想到，可以仅使用一个导电聚合物参考连接件。
如图1所示，导电聚合物参考连接件112和104可以具有不同的尺寸大小，但是显然也可以想到，它们在一些实施例中可以是相同的。此外，如将在图3中讨论的那样，导电聚合物参考连接件112和104可以包括不同的导电聚合物，或者使用各种不同的过程来制造。另外，在一个实施例中，导电聚合物参考连接件112和104用作自对准辅助装置，以避免在过程流体流流过磁流量计时干扰该过程流体流。
在一个实施例中，除了导电聚合物参考连接件112和104之外还可以使用由导电聚合物包覆成型的接地电极，或者，它可以与导电聚合物参考连接件112和104独立地使用。在此实施例中，流管组件108内的接地电极为电子器件壳体102内的测量电路提供过程参考。通过用导电聚合物对接地电极进行包覆成型，将进一步限制对异金属的需求。
在另一个实施例中，导电聚合物参考连接件112和104可以包括在磁流量计的衬垫内部成型的导电聚合物部分。在该示例中，衬垫内部的成型的导电聚合物部分可以提供与磁流量计电子器件的参考连接件。
图2是本发明的实施例对其特别有用的磁流量计的框图。磁流量计116包括流管组件(例如，图1中的附图标记108)，其包括位于该流管组件内的管道206、线圈202和电极204。在操作中，管道206从过程管道(例如图1中的过程管道118)接收过程流体流。响应于从线圈驱动电路214施加的驱动电流，线圈202施加穿过管道206内的过程流体流的外部磁场。因此，在过程流体流内产生感应电压，该感应电压可以由电极204检测。基于该感应电压，生成EMF输出208并提供给测量电路，该测量电路包括放大器210和模数转换器212。
磁流量计116还包括电子器件壳体102，其包括线圈驱动电路214、温度传感器电路216、包括放大器210和模数转换器212的测量电路、微处理器系统218、数字通信电路226和数模转换器228。在操作中，放大器210从电极204接收EMF输出208，并使用已知方法放大该信号。然后将放大的EMF输出提供给模数转换器212，使得可以将数字化的EMF信号提供给微处理器系统218。在一个实施例中，微处理器系统218包括存储器220、信号处理器222和诊断组件224。微处理器系统218接收数字化的EMF信号并基于接收到的数字化的EMF信号产生流量。
另外，如示例性示出的那样，磁流量计116耦合到导电聚合物参考连接件207，该导电聚合物参考连接件207被配置为耦合到电子器件壳体102内的电子器件。在一个实施例中，导电聚合物参考连接件207被配置为经由导线232耦合到电子器件壳体102，并且提供来自过程流体流的参考测量。例如，在一个实施例中，参考测量可被提供给电子器件壳体102内的调节电路234，该调节电路234可以包括放大器电路、模数转换器、线性化电路或任何其他调节电路。然后可以将调节后的参考测量提供给微处理器系统218。这进而可能会带来信号质量和电磁抗扰度的改善。然而，在另一个实施例中，显然可以想到，可以在提供给微处理器系统218之前，将参考测量提供给放大器210和模数转换器212。
在一个实施例中，电子器件壳体102使用数字通信电路226和数模转换器228在通信总线230上传输该流量。在典型的处理工厂中，通信总线230可以是与控制器(如系统控制器/监视器)或任何其他合适设备的4-20mA电流回路、FOUNDATIONTMFieldbus段、脉冲输出/频率输出、高速可寻址远程传感器协议通信、无线通信连接(例如符合IEC 62591标准的无线通信连接)、以太网或光纤连接。
图3是根据本发明实施例的导电聚合物参考连接件的示意图。导电聚合物参考连接件300包括主体302、中心孔308、紧固机构304和薄片306。导电聚合物参考连接件300被配置为设置在磁流量计和过程管道之间位于耦合点处，如图1中关于导电聚合物参考连接件112和104示意性地示出的那样。然而，显然可以想到，导电聚合物参考连接件300设置在沿着过程管道或磁流量计的另一点处。导电聚合物参考连接件300被配置为向磁流量计的测量电路提供过程参考，同时用作磁流量计和过程管道之间的垫圈。
根据本发明实施例的导电聚合物参考连接件300的主体302由导电聚合物形成。这可以包括导电炭黑复合全氟烷氧基(PFA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氨酯、氯丁橡胶等。在一个实施例中，主体302由5％的导电炭黑复合全氟烷氧基(PFA)形成。然而，根据本发明的实施例，可以使用其他浓度的炭黑。主体302可以由用导电聚合物包覆成型的金属环形成。在另一个示例中，主体302可以是利用导电聚合物的压配金属环。或者，主体302可以基本上由导电聚合物制成。这样，根据本发明的实施例，显然可以想到，主体302可被制成各种形状和尺寸。
如图1所示，导电聚合物参考连接件300的主体302的尺寸可以变化。在一个实施例中，主体302具有比过程管道的直径更大的直径，如图1中的导电聚合物参考连接件104所示意性地示出的那样。替代地，主体302可以具有与过程管道的直径大体相等的直径，如图1中的导电聚合物参考连接件112所示意性地示出的那样。另外，导电聚合物参考连接件300可以采取各种形状，这将在下面讨论。
在优选实施例中，导电聚合物接地参考连接件300在耦合到过程管道和磁流量计时是非介入式的，同时具有扩大的表面积。在该实施例中，不存在位于过程管道和磁流量计之间的耦合点处的内部泄漏路径，或者过程流体可能攻击非润湿材料并使磁流量计失效的流量路径。此外，由于过程流体可能是高度腐蚀性的并且具有升高的温度，所以当导电聚合物参考连接件300与过程流体接触时，主体302能够承受各种过程条件也是重要的。因此，在一个实施例中，导电聚合物参考连接件300还具有与过程流体的温度相比更高的工作温度，并且同时与过程流体化学兼容，使得导电聚合物参考连接件300在过程流体存在时不会腐蚀。另外，导电聚合物参考连接件300还提供与磁流量计的测量电路的低电阻连接。
在主体302的中心处是中心孔308，其被设计成与过程流体接触并用作过程管道和磁流量计之间的流体通道。在一个示例中，中心孔308相对于过程管道的直径具有减小的直径，从而减小过程管道与磁流量计之间的线路尺寸。通过使中心孔308的直径相对于过程管道变化，可以控制进入磁流量计的过程流体的速率。
在一个实施例中，导电聚合物参考连接件300包括紧固机构304，该紧固机构304被配置成将薄片306耦合到导电聚合物参考连接件300的主体302。薄片306被配置为与导线(例如图1中的导线114)连接，并且允许电子器件壳体102接收过程参考。紧固机构304可以包括机器螺钉和螺母。然而，根据本发明的实施例，可以使用各种紧固机构304。
当主体302具有比过程管道的直径大的直径时(如图1中的导电聚合物接地参考连接件104所示意性地示出的那样)，导电聚合物参考连接件300可能需要具有多个径向孔402，如图4所示意性地示出。例如，如果使用螺栓连接件来将过程法兰(例如图1中的附图标记106)耦合到流管法兰(例如图1中的附图标记110)，则多个螺栓可能需要穿过导电聚合物参考连接件300，以便将过程管道的法兰耦合到磁流量计的法兰。
另外，根据磁流量计和对应的过程管道的尺寸，导电聚合物接地参考连接件300可以包括各种形状。例如，如图5所示意性地示出，导电聚合物参考连接件300可以包括主体302，主体302具有带孔502的端部500，该带孔502的端部500被配置为将导电聚合物参考连接件300耦合到磁流量计。例如，在微小的磁流量计或具有小于一英寸的线路尺寸的磁流量计中，可能需要具有带端部500的导电聚合物参考连接件300。然而，根据本发明，可以使用任何尺寸和形状的导电聚合物接地参考连接件。
图6是根据本发明实施例的组装测量设备组件的方法的流程图。方法600开始于方框602，其中提供测量设备。在一个实施例中，测量设备是流量计，如方框604所示。然而，根据本发明的实施例，可以使用其他测量设备，如方框606所示。
然后提供导电聚合物参考连接件，如方框608所示。根据本发明的实施例，导电聚合物参考连接件被配置为向测量设备的电子电路提供参考测量。在一个实施例中，这包括提供用导电聚合物包覆成型的电极，如方框610所示。在另一个实施例中，这包括提供衬垫内部的导电聚合物部分，如方框612所示。另外，这可以包括提供过程管道和测量设备之间的导电聚合物密封件，如方框614所示。然而，应该理解，可以提供种类广泛的其他导电聚合物参考连接件，如方框616所示。
接下来，在方框618处，将导电聚合物参考连接件耦合到测量设备。在一个实施例中，这包括导电聚合物参考连接件的薄片与测量设备的电子器件之间的有线连接，如方框620所示。然而，也可以使用其他连接来将导电聚合物参考连接件与测量设备的电子器件连接，如方框622所示。
虽然已经参照优选实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员将会认识到的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现形式和细节上的修改。

Claims (17)

1.一种电磁流量计组件，包括：
磁流量计，被配置为在耦合点处耦合到过程管道并且测量过程流体流的流量，所述磁流量计具有流量计电子器件、衬垫和一对电极，所述一对电极耦合到所述流量计电子器件并被布置成测量流过衬垫的所述过程流体的电气特性；以及
导电聚合物参考连接件，与所述一对电极间隔开并被构造为与所述过程流体接触，所述导电聚合物参考连接件与所述流量计电子器件耦合；
其中，所述导电聚合物参考连接件包括在所述磁流量计的衬垫内成型的导电聚合物部分；并且
其中所述导电聚合物参考连接件包括环。
2.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件被配置为提供所述过程管道和所述磁流量计之间的流体密封件。
3.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括与所述过程流体化学兼容的导电聚合物。
4.根据权利要求3所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物具有比所述过程流体的温度更高的工作温度。
5.根据权利要求4所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件被配置为提供与所述磁流量计电子器件的低阻抗电连接。
6.根据权利要求5所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件的导电聚合物包括炭黑和全氟烷氧基。
7.根据权利要求6所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括重量占比5％的炭黑。
8.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述耦合点包括所述过程管道的过程法兰和所述磁流量计的流管法兰之间的区域。
9.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括中心孔，所述中心孔被配置为减小所述过程管道与所述磁流量计之间的线路尺寸。
10.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括用导电聚合物包覆成型的金属环。
11.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括利用导电聚合物的压配金属环。
12.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括多个径向孔。
13.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件被配置为以各种不同的形状和尺寸成型。
14.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件被配置为用作自对准辅助装置以避免干扰所述过程流体流。
15.根据权利要求1所述的电磁流量计组件，其中所述导电聚合物参考连接件包括用导电聚合物包覆成型的电极。
16.一种组装流量计组件的方法，包括：
提供包括磁流量计的测量设备，所述磁流量计被配置为在耦合点处耦合到过程管道并且测量过程流体流的流量，所述磁流量计具有流量计电子器件、衬垫和一对电极，所述一对电极耦合到所述流量计电子器件并被布置成测量流过衬垫的所述过程流体的电气特性；
提供导电聚合物参考连接件，其中，所述导电聚合物参考连接件与所述一对电极间隔开并被构造为与过程流体接触，所述导电聚合物参考连接件与所述流量计电子器件耦合；其中，所述导电聚合物参考连接件包括在所述磁流量计的衬垫内成型的导电聚合物部分；并且其中所述导电聚合物参考连接件包括环；并且
将所述导电聚合物参考连接件耦合到所述测量设备。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述导电聚合物参考连接件被配置为在所述测量设备和过程管道之间提供流体密封件。
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