CN202996703U - 无线流动监视装置 - Google Patents
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Abstract
描述了无线流动监视装置。描述一种用于无线地监视材料流动的装置,该装置包括壳,该壳具有第一表面和与第一表面相对的第二表面,第二表面具有孔。杠杆固定于壳内以响应于材料流动,其中杠杆的第一臂的一部分由桨臂形成,其中桨臂的一端从壳的第二表面的孔延伸出,并且其中桨附加至桨臂以被置于材料流动内。该装置包括:磁体,由杠杆的第二臂致动以移动与杠杆的第一臂成比例的量,磁体的一部分延伸超出壳的第一表面;并且该装置还包括无线位置监视器,装配到壳的第一表面,从而磁体的延伸超出壳的第一表面的部分的运动路径设置于无线位置监视器的基部中的通道内,其中通道用作感测器以检测磁体的移动。
Description
技术领域
本专利大体上涉及流动控制设备,并且更具体地涉及无线流动监视装置。
背景技术
管线或者其它管道中的材料(例如流体、固体等)的流动是现代工业和商业过程中的重要功能。在许多设置中,监视并且检测材料是否在管线或者其它管道中流动并且根据总控制策略做出响应是重要的。在许多应用中,一个或者多个流动开关可以用于这一目的。
许多已知流动开关工作用于当在管线内检测到流动或者无流动条件时闭合(产生)或者中断(间断)电路。接线连接到电路的线缆可以将流动开关电耦合到过程控制器、马达或者泵和/或过程控制系统内的任何其它设备,以在流动停止时提供或者确立信号、在流动充足时去除或关断信号、响应于检测到流动启动马达、响应于无流动条件停止马达或者实施任何其它适当动作。
实用新型内容
可以通过将流动开关物理地接线连接到控制系统中来在过程控制系统内集成流动开关。这样的接线连接可能在设置和安装期间预先以及在线的维护期间引起大量成本。
可以通过经由本质上安全的无线技术传递由流动开关监视的流动来缓解前述问题。通过无线地传递由流动开关测量的流动,有可能消除安装电缆、经过管道越过过程空间伸展线缆以及找到可用输入点以物理地通过连接将接线连接到控制器和/或其它设备的人力和开支。
然而许多已知流动开关不能以使位置监视器能够获得流动开关的可靠读数的方式连接到无线位置监视器。这样,就这些已知方式而言,仅有的求助对象是将流动开关物理地接线连接到过程控制系统或者(具有所有它的有关成本和对环境类型的限制)或者放弃测量在过程控制系统内的该特定位置的流动。
描述了无线流动监视装置。在一个示例中,描述一种用于无线地监视材料流动的装置,该装置包括壳,该壳具有第一表面和与第一表面相对的第二表面,第二表面具有孔。杠杆固定于壳内以响应于材料流动,其中杠杆的第一臂的一部分由桨臂形成,其中桨臂的一端从壳的第二表面的孔延伸出,并且其中桨附加至桨臂以被置于材料流动内。该装置包括磁体,其由杠杆的第二臂致动以移动与杠杆的第一臂成比例的量,磁体的一部分延伸超出壳的第一表面;并且该装置还包括无线位置监视器,装配到壳的第一表面,从而磁体的延伸超出壳的第一表面的部分的运动路径设置于无线位置监视器的基部中的通道内,其中通道用作感测器以检测磁体的移动。
在另一示例中,一种无线流动监视装置包括:罩,其具有底表面和顶表面;桨臂,耦合到罩并且从罩的底表面中的开口延伸出;以及桨,附加至桨臂,桨和桨臂形成响应于在管内流动的材料而绕着罩内的枢轴点转动的第一杠杆臂。该装置也包括:第二杠杆臂,用于绕着枢轴点转动与第一杠杆臂的转动成比例的量,第二杠杆臂的一部分延伸超出罩的顶表面,第二杠杆臂的该部分具有磁阵列,该磁阵列用于置于无线位置监视器的感测通道内以检测该磁阵列的移动。
在又一示例中,一种流动监视装置包括:壳,具有由基部和盖形成的空腔;空心体,围绕基部的第一表面中的开口附加至基部,空心体使装置能够被安装于材料流过的管道上,材料的流动由装置监视;桨臂,延伸穿过空心体穿过基部的第一表面中的开口,桨臂耦合到壳以使桨臂能够响应于管道内的材料的流动而转动。该装置还包括:桨,其附加到桨臂并且被置于管道内;以及磁体,在与桨臂实质上相反的方向上从枢轴接头延伸以转动与桨臂的转动成比例的量,磁体延伸超出壳的顶表面,以使位置监视器能够被装配到装置,以通过监视磁体的转动来监视材料的流动。
延伸超出基部的顶部的磁体阵列被配置成置于无线位置监视器的通道内,从而当磁体阵列沿着通道移动时,位置监视器能够测量该移动以指示管内的材料流动条件。一旦已经经由检测磁体阵列的移动的位置监视器检测到桨的移动,位置监视器可以向过程控制器和/或其它设备无线地发送收集的数据用于分析和/或其它响应。已知本质上安全的无线位置监视器可以连接到控制阀以检测阀轴杆或者杆的移动以确定阀的位置并且将该位置传递回到控制器而无需在过程空间中伸展物理接线。
附图说明
图1A示出了已知的桨型流动开关的图示。
图1B示出了图1A中所示已知的流动开关的分解图。
图2A示出了根据本公开内容的教导的连接至无线位置监视器的示例流动开关的前视图。
图2B示出了连接至无线位置监视器的图2中的示例流动开关的后视图。
图2C示出了连接至无线位置监视器的图2中的示例流动开关的另一视图。
图3示出了以拆卸形式示出的另一已知桨型流动开关。
图4A示出了放置于无线位置监视器旁边的根据本公开内容的教导的示例桨型流动开关。
图4B示出了图4A的示例流动开关和无线位置监视器的放大图。
图4C示出了图4A的示例流动开关和无线位置监视器的一部分。
图5示出了根据本公开内容的教导的示例全组装流动开关的图示。
图6示出了图2和图4中所示无线位置监视器的顶表面。
具体实施方式
根据许多已知方式,可以通过将流动开关物理地接线连接到控制系统中来在过程控制系统内集成流动开关。这样的接线连接可能在设置和安装期间预先以及在线的维护期间引起大量成本。这些已知方式可能需要大量电接线/线缆和/或可能增加用来在过程控制系统内伸展接线的管道数量和/或尺寸以及线缆托盘尺寸。接线连接也在难以接近并且安装接线连接的位置可能成本高和/或不实际。另外,过程控制系统内的附加接线连接可能需要用于过程控制器的扩展卡,以提供用于将每个接线连接到控制器的附加输入点,以使所有部件能够恰当通信、由此引起附加成本和/或不便。此外,电接线连接流动开关可能未被批准用于在危险(分类)区域中使用,在这些区域中,不安全环境(例如I类-易燃气体或者蒸汽、II类-可燃粉尘等)带来爆炸风险或者其它危险。
可以通过经由本质上安全的无线技术传递由流动开关监视的流动来缓解前述问题。通过无线地传递由流动开关测量的流动,有可能消除安装电缆、经过管道越过过程空间伸展线缆以及找到可用输入点以物理地通过连接将接线连接到控制器和/或其它设备的人力和开支。实际上,单个网关可以从多个部件接收无线信号并且经由Hart、用于过程控制的OLE(OPC)、modbus以太网、串行485或者任何其它通信协议传递那些信号中的每个信号,而无需分立的输入卡以接收来自每个附加部件的单独接线。另外,监视流动而无硬接线的流动开关能够实现监视在经由许多已知方法原本难以和/或无法访问的位置的材料流动。
此外,无线技术的许多已知实施方式包括设计成本质上安全以便被批准用于在危险(分类)环境中使用的无线设备。例如已知本质上安全的无线位置监视器可以连接到控制阀以检测阀轴杆或者杆的移动以确定阀的位置并且将该位置传递回到控制器而无需在过程空间中伸展物理接线。然而许多已知流动开关不能以使位置监视器能够获得流动开关的可靠读数的方式连接到无线位置监视器。这样,就这些已知方式而言,仅有的求助对象是将流动开关物理地接线连接到过程控制系统或者(具有所有它的有关成本和对环境类型的限制)或者放弃测量在过程控制系统内的该特定位置的流动。
图1A和1B示出了已知桨型流动开关100。具体而言,图1A图示了完整组装了盖102的流动开关100,并且图1B图示了无盖102的流动开关100的分解图,以示出流动开关100的内部部件。流动开关100在一些方面与Shafique等人在第6,563,064号美国专利中描述的流动开关相似,在此通过引用将该篇专利全部包含在内。尽管可以从Shafique等人获得完整描述,但是概括而言,流动开关100包括连接至桨臂106的桨104,该桨臂延伸穿过管适配器108并且穿过流动开关100的托架、基部或者壳112的开口110。在使用中,流动开关100耦合到管(这里使用的管包括管或者任何其它管道)而桨104延伸到管中以与管中的材料相互作用。桨104和桨臂106被配置成用作第一杠杆臂114,通过管中的材料流动的改变来移动或者移位该第一杠杆臂,以致动第二杠杆臂116,该第二杠杆臂接合或者致动电开关118(例如扣合开关)。一旦接合,电开关118可以向过程控制系统中的已经物理地接线连接到流动开关100的部件提供信号(例如接触闭合)。
图2A-2C描绘可以在一些方面与图1A和1B中所示流动开关100相似的示例流动开关200。然而已经如下文讨论的那样修改流动开关200。
配置成超出基部112的顶部延伸的磁体阵列202(可以称为目标阵列)附着到第二杠杆臂201。通过将目标阵列202直接或者间接耦合到第二杠杆臂201,目标阵列202作为第二杠杆臂201的延伸并且在管内的流动条件改变时绕着杠杆的支点移动与桨104的移动成比例的量。延伸超出基部112的顶部的目标阵列202被配置成置于无线位置监视器206的通道204内,从而当目标阵列202沿着通道204移动时,位置监视器206能够测量该移动以指示管内的材料流动条件。尽管位置监视器206可以检测较小的移动,但是目标阵列202可以沿着通道204跨越至少1/4”。为了保证准确和可靠测量,位置监视器206可以经由例如托架208固定地装配到流动开关200。一旦已经经由检测目标阵列202的移动的位置监视器206检测到桨104的移动,位置监视器206可以向过程控制器和/或其它设备无线地发送收集的数据用于分析和/或其它响应。
图3描绘以拆卸形式示出的另一已知的桨型流动开关300。图3的流动开关300与Garvey在公开号为2008/0258088的美国申请中描述的流动开关相似,在此通过引用将该篇专利全部包含在内。尽管可以从Garvey获得完整描述,但是概括而言,流动开关300包括连接至桨臂304的桨302,该桨臂在管适配器308内延伸并且连接到枢轴销或者杆306,该枢轴销或者杆经过孔310延伸穿过管适配器308。杠杆臂32耦合到枢轴杆306的一端,以在管中的材料流动改变使桨302移动时绕着枢轴杆306转动与桨臂304的转动成比例的量。杠杆臂312的移动被配置成致动电开关314(例如扣合开关),该电开关可以被物理地接线连接成与过程控制系统中的其它部件通信。
图4A-4C描绘在一些方面与图3中所示流动开关300相似的另一示例桨型流动开关400。然而已经如下文讨论的那样修改流动开关400。目标阵列402直接或者间接耦合到枢轴杆306的一端以绕着枢轴杆306转动与桨302的移动成比例的量。无线位置监视器206可以装配到流动开关400以将目标阵列402确定地置于位置监视器206的通道204(图4C中所示)内。为了将目标阵列402置于位置监视器206的通道204内,目标阵列402可以被配置成延伸超出流动开关400的基部404的顶部。在图中未示出目标阵列402和基部404的这一配置,也未示出装配系统。然而可以根据与上述图2A-2C相关的讨论来修改流动开关400以实现相同结果。
图5描绘根据本公开内容的教导的示例流动开关500。与已知流动开关一样,示例流动开关500包括连接到基部504的盖502。然而盖502适于为目标阵列506提供空间以经由槽或者缝508延伸超出流动开关500的顶部。这允许目标阵列506穿过位置监视器206的通道204(图2和图4中所示)以用于可靠监视流动开关500。另外,盖502也包括孔洞510以使位置监视器206能够被固定至流动开关500。此外,盖502可以是平坦的以便于装配位置监视器206。
流动开关500的示例盖502可以应用于上文描述的示例流动开关200或者400中的任一示例流动开关。另外,示例盖502的替代配置(未示出)可以包括目标阵列506可以处于其中的空心突起。这样的突起可以在尺寸上被设定成适于在位置监视器206的通道204内以使流动开关500的内部机构能够被完全包围。
类似地,仅通过示例提供这里公开的示例流动开关200、400和500。本公开内容预期与这里公开的相似的基部(例如图2A的基部112)、杠杆臂(例如图2A的第二杠杆臂116)、目标阵列(例如图2A的目标阵列202)、盖(例如图5的盖502)的任何其它配置和/或装配监视器206的方法。例如尽管图2和图4示出无关联电开关(例如图1A中所示开关118)的流动开关200和400,但是示例流动开关200和400可以被配置成包括电开关118以及目标阵列(例如目标阵列202)以实现流动开关200和400的硬接线连接和/或无线实施方式。
另外,这里描述的示例流动开关200、400和500实质上可以实施于任何过程控制系统中。例如这里描述的示例流动开关可以应用于批量或者连续过程中的真空和正流动(positive flow)条件。另外,这里描述的示例流动开关实质上适合于检测包括液体、气体和/或粉末/粉尘的任何材料的流动。
图6描绘图2和图4中所示无线位置监视器206的顶表面602。具体而言,图6示出了TopWorx Inc.制造的型号4310无线位置监视器,该公司是Emerson Electric Company的子公司。然而可以使用任何其它无线位置监视器来实施本共公开内容的教导。使用无线位置监视器206实现在实质上任何位置使用流动开关(例如示例流动开关200和400)而无需遍及过程控制系统伸展电接线和/或管道。这不仅可以提供安装和维护的明显成本节省,它也简化多个设备到控制器的链接,因为单个网关可以接收许多无线信号而硬接线连接多个设备要求每个设备具有独立输入点。
此外,无线位置监视器如监视器206本质上安全。因此,允许这些无线位置监视器用于任何环境(即危险和非危险工作条件)。更具体而言,可以在任何环境中用公开的示例流动开关200和400实施这些无线位置监视器,因为流动开关200和400是不同于许多已知流动开关无需任何电连接的纯机械设备。位置监视器206对目标阵列202和402的移动的无联接和/或非接触检测使这成为可能。另外,位置监视器206不仅在操作期间本质上安全,而且它可以具有本质上安全的电源模块(即电池)。因而如果在特定过程系统的标准操作过程之下允许,则用户可以改变现场中的电源模块而无需获得高温作业允许。替代地,位置监视器206可以使用本地电源对它的运行供电。尽管这一实施方式需要电源线,但是它仍然避免如许多其它已知流动开关一样使用接线连接电缆。
Claims (20)
1.一种用于无线地监视材料流动的装置,包括:
壳,具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面,其中所述第二表面具有孔;
杠杆,固定于所述壳内,所述杠杆响应于所述材料流动;
桨臂,形成所述杠杆的第一臂的至少一部分,所述桨臂具有第一端和第二端,所述第一端从所述壳的所述第二表面中的所述孔延伸出;
桨,附加至所述桨臂以被置于所述材料流动内;以及
磁体,用于移动与所述杠杆的所述第一臂成比例的量,所述磁体由所述杠杆的第二臂致动,并且所述磁体的一部分延伸超出所述壳的所述第一表面;以及
无线位置监视器,装配到所述壳的所述第一表面,从而所述磁体的延伸超出所述壳的所述第一表面的部分的运动路径设置于所述无线位置监视器的基部中的通道内,其中所述通道用作感测器以检测所述磁体的移动。
2.如权利要求1所述的装置,还包括:
管适配器,附加至所述壳的所述第二表面以使所述装置能够连接到管;
托架,枢轴地装配到所述壳以用作所述杠杆的枢轴点,所述桨臂的所述第二端附加至所述托架,并且所述磁体连接到所述托架;以及
波纹管,定位于所述托架与所述壳的所述第二表面之间并且包围所述桨臂以形成相对于所述壳的所述第二表面的密封。
3.如权利要求1所述的装置,还包括:
管适配器,附加至所述壳的所述第二表面以使所述装置能够连接到管,所述管适配器的第一端经过所述孔延伸到所述壳中,所述管适配器在第二端具有开口并且在所述第一端被包围;
枢轴杆,其在临近所述管适配器的所述第一端处延伸穿过所述管适配器,以用作所述杠杆的枢轴点,所述桨臂的所述第二端在所述管适配器的所述开口内耦合到所述枢轴杆,并且所述枢轴杆的一端从所述管适配器的侧部延伸出,其中所述磁体连接到所述枢轴杆的所述端;以及
密封环,定位于所述枢轴杆与所述管适配器之间以密封所述壳的所述第二表面。
4.如权利要求1所述的装置,其中所述磁体延伸穿过所述壳的所述第一表面中的槽。
5.如权利要求1所述的装置,还包括:空心突起,从所述壳的所述第一表面延伸出并且在尺寸上设定成适于在所述无线位置监视器的所述通道内并且包围所述磁体的超出所述壳的所述第一表面延伸的部分。
6.如权利要求1所述的装置,其中所述磁体是所述第二杠杆臂的延伸。
7.如权利要求1所述的装置,其中所述杠杆的所述第一臂和第二臂在尺寸上设定成使所述磁体的所述运动路径能够跨越至少四分之一英寸。
8.一种无线流动监视装置,包括:
罩,具有底表面和顶表面;
桨臂,耦合到所述罩并且从所述罩的所述底表面中的开口延伸出;
桨,附加至所述桨臂,所述桨和所述桨臂形成响应于在管内流动的材料而绕着所述罩内的枢轴点转动的第一杠杆臂;
第二杠杆臂,用于绕着所述枢轴点转动与所述第一杠杆臂的转动成比例的量,所述第二杠杆臂的一部分延伸超出所述罩的所述顶表面,所述第二杠杆臂的所述部分具有磁阵列,所述磁阵列用于置于无线位置监视器的感测通道内以检测所述磁阵列的移动。
9.如权利要求8所述的装置,其中所述磁阵列延伸穿过所述罩的所述顶表面中的缝。
10.如权利要求8所述的装置,还包括:空心突起,从所述罩的所述顶表面延伸出并且在尺寸上设定成适于在所述无线位置监视器的所述感测通道内并且包围所述第二杠杆臂的超出所述罩的所述顶表面延伸的部分。
11.如权利要求8所述的装置,其中所述无线位置监视器经由连接到所述罩和所述无线位置监视器的托架装配于所述装置上。
12.如权利要求8所述的装置,其中所述罩的所述顶表面实质上平坦并且包含用于实现装配所述无线位置监视器的孔洞。
13.如权利要求8所述的装置,其中所述材料是液体、气体、粉末或者固体中的至少一种材料。
14.一种流动监视装置,包括:
壳,具有由基部和盖形成的空腔;
空心体,围绕所述基部的第一表面中的开口附加至所述基部的所述第一表面,所述空心体使所述装置能够被安装于材料流过的管道上,所述材料的流动由所述装置监视;
桨臂,延伸穿过所述空心体穿过所述基部的所述第一表面中的所述开口,所述桨臂耦合到所述壳以使所述桨臂能够响应于所述管道内的所述材料的所述流动而转动;
桨,附加至桨臂并且被置于所述管道内;
磁体,在与所述桨臂实质上相反的方向上从枢轴接头延伸以转动与所述桨臂的转动成比例的量,所述磁体延伸超出所述壳的顶表面,以使位置监视器能够被装配到所述装置,以通过监视所述磁体的转动来监视所述材料的流动。
15.如权利要求14所述的装置,其中所述磁体延伸穿过所述盖的顶表面中的槽。
16.如权利要求14所述的装置,还包括:空心突起,从所述壳的所述顶表面延伸出并且在尺寸上设定成适于在所述无线位置监视器的感测通道内并且包围所述磁体的超出所述壳的所述第一表面延伸的部分。
17.如权利要求14所述的装置,还包括:电开关,用于在通过移动杠杆来致动时闭合或者中断电路。
18.如权利要求14所述的装置,其中监视的所述流动为正流动或者真空流动中的至少一种流动。
19.如权利要求14所述的装置,其中所述装置本质上安全使用于危险环境中。
20.如权利要求14所述的装置,其中所述装置使用于连续过程或者批量过程中的至少一种过程中。
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