TW202043709A - 具有溫度感測元件的全速磁流量計組合體 - Google Patents

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Abstract

提供磁流量計組合體，其具有繞著管狀本體設置的電極，其中至少一電極包括插入其中之溫度感測元件。磁流量計組合體建構來測量流過管狀本體的流體之流速。可將溫度感測元件插入電極內，使得其充分散熱至與流體流動接觸的電極表面，如此使溫度感測元件與流體有效地熱接觸。這樣，磁流量計組合體能夠同時測量流體流速和流體溫度。

Description

具有溫度感測元件的全速磁流量計組合體
本發明大致上有關用於測量流體的感測器，更特別地是，有關用於流速和溫度測量之磁流量計組合體。
溫度測量通常作為具有其他類型的測量流體流動特性或性質之分析或物理探針的二次測量。此等溫度測量通常將使用分開之測量元件、或以嵌入其他分析/物理探針內部的測量裝置來完成。範例可包括pH電極，所述pH電極包括嵌入式RTD或熱阻器。具體地，RTD可包括在pH感測器之玻璃測量元件內的毛細管內。其他範例可包括熱電偶套管，其包含有坐落於其中之溫度測量元件的金屬管件，其中熱電偶套管可藉由附接至其上之電連接件而用作溶液接地電極。
使用例如磁流量計的電極之流量感測器組合體可受益於以流速測量流體的溫度。益處包括將溫度用於製程控制、系統安全、和介質傳輸效率。例如，在一些於流量速控制下操作之泵送系統中，下游背壓中的增加可導致藉由泵浦消耗多餘之能量，以便維持所期望的流速。增加之能量消耗可導致流體溫度中的升高，這可指示流體系統中之低效率操作特性、亦即藉由泵浦的低效率能量消耗。這樣，在流體輸送系統中之諸多位置處測量溫度提供智慧型溫度分析，所述分析可導致顯著的能量節省，例如藉由增加流體介質之輸送效率。
其他益處包括當會同空管道資訊進行流量診斷時使用溫度測量，具體地是提供附加資訊以幫助於部分或完全空的管道之間的區分。再者，溫度測量可藉由補償管道之熱膨脹來提高所測量的流體流速之準確度。
然而，以流速測量溫度的此等益處通常需要用於獲得溫度資訊之分開機構。一範例係使用熱電偶套管，其需要在管道內用於插入熱電偶套管的額外孔洞，從而增加在插入點發生洩漏之風險。另一範例係將探針安裝於管道的外側上；然而，此一組構會減慢感測元件之溫度響應，並從而降低準確度。
因此，應當理解，仍然需要同時準確地測量溫度和流體流速以解決這些問題。本發明滿足這些需求和其他需求。
簡而言之，及總的來說，提供具有繞著管狀本體設置之電極的磁流量計組合體，其中至少一電極包括插入其中之溫度感測元件。磁流量計組合體建構來測量流過管狀本體的流體之流速。可將溫度感測元件插入電極內，使得其充分散熱至與流體流動接觸的電極表面，如此使溫度感測元件與流體有效地熱接觸。這樣，磁流量計組合體能夠同時測量流體流速和流體溫度。
在示範實施例之詳細態樣中，溫度感測元件的尖端可盡可能深地嵌入電極內，使得其與電極之接觸端部熱接觸。再者，電極可包括導熱填充件，以將溫度感測元件鎖固並保持於電極內，以在其間實現有效的導熱性。
於示範實施例之另一詳細態樣中，溫度感測元件電耦接至用於決定流體溫度的電子組合體，其中溫度感測元件與所述流體電隔離。再者，電磁流量計上的任何電極、例如測量電極、輔助電極等可用作熱電偶套管，以容納與流體隔離之溫度感測元件。
於示範實施例的另一詳細態樣中，磁流量計組合體係全速的，其中管狀本體建構來串聯式附接在流體流動系統內。一對線圈組合體於其中間區域中耦接至管狀本體。所述線圈組合體對之每一者設置在沿著軸線(Az)對齊的本體之相反側上的管狀本體外部，以於管狀本體之流體流動路徑內生成磁場。一對測量電極附接至管狀本體，耦接至藉由本體所界定的對應孔口。所述電極對之每一測量電極係與流動路徑內的流體電連通。所述電極對沿著與縱軸(Ax)正交且與軸線(Az)正交之軸線(Ay)對齊。複數輔助電極附接至管狀本體，包括設置在測量電極對的上游之第一輔助電極和第二輔助電極。
為了概述本發明之目的和達成勝過先前技術領域之優點，在此已敘述本發明的某些優點。當然，應當理解，根據本發明之任何特定實施例，不一定可達成所有此等優點。因此，例如，那些熟諳此技術領域者將認識到，本發明能以達成或最佳化如本文所教導的一優點或一組優點之方式來具體化或進行，而不必達成如本文所教導或建議的其他優點。
所有這些實施例都意圖在本文所揭示之發明的範圍內。由以下參考附圖對較佳實施例之詳細敘述，本發明的這些和其他實施例對於那些熟諳此技術領域者將變得顯而易見，而本發明不限於所揭示之任何特定較佳實施例。
於本發明之某些實施例中，磁流量計組合體可如申請人的共同待決專利申請案中所述和主張地建構：1)標題為“全速磁流量計組合體”，2018年9月28日提出之美國專利申請案第16/146,090號，2)標題為“具有獨立線圈驅動器和控制系統的磁流量計組合體”，2019年1月9日提出之美國專利申請案第16/243,868號，3)標題為“具有介質電導率測量的磁流量計組合體”，2019年1月9日提出之美國專利申請案第16/243,980號，和4)標題為“具有零流量測量能力的磁流量計組合體”，2019年1月9日提出之美國專利申請案第16/244,060號，其出於所有目的以引用的方式併入本文中。 較佳實施例之詳細敘述
現在參考附圖，且特別是參考圖1和圖2，顯示有磁流量計組合體10，其具有繞著管狀本體設置的電極(70a-e)，其中至少一電極包括經由開口75插入其中之溫度感測元件72。磁流量計組合體10建構來使用電極70(a, b)和建構來生成磁場的一對線圈組合體14來測量流過管狀本體之流體的流速。溫度感測元件可為坐落足夠靠近電極(70 a-e)之接觸端部76，以便在不與流體流動實際接觸的情況下很好地散熱至所述接觸端部76，從而實現其間之導熱性。這樣，磁流量計組合體能夠同時測量流體流速和流體溫度。
繼續參考圖1和圖2，當插入時，溫度感測元件72的一部分可保持與電極(70 a-e)隔離，從而最小化電極本體之上側將對溫度感測元件72所具有的熱效應。反之，溫度感測元件的尖端74可盡可能深深地嵌入電極內，使得溫度感測元件坐落接近電極之接觸端部76。電極由具有高熱傳導率的材料所構成。再者，導熱填充件77使溫度元件之尖端74與接觸端部76熱接觸，從而與流體熱接觸，使得溫度感測元件的尖端74很好地散熱至接觸端部76，具有最小之熱損失。藉由提供固持支撐和應力消除，導熱填充件77更使得溫度感測元件尖端74能夠鎖固至電極。所使用的導熱填充件類型之範例可包括導熱的兩部分環氧樹脂、例如DIS-A-PASTE®2008-A/B，其設計用於感測器之埋嵌並消散裝置產生的熱。
現在參考圖3，溫度感測元件72可為電耦接至電子組合體62，所述電子組合體62經由儀錶放大器78和類比至數位轉換器80從感測元件接收溫度資訊。兩條導線(圖1，參考數字82)可使用來進行溫度測量，其中將參考電壓84施加至一條導線82的一端。實時施行溫度測量和轉換，以便同時測量流體的流速和溫度。藉由溫度感測元件72所測量之實際溫度反映接觸端部76的溫度，其依序反映管道溫度。管道溫度係來自於流體溫度、環境溫度、管道之塑料本體的內部散熱，所述熱量可具有例如來自電子裝置和磁流量計組合體等之熱梯度。因此，藉由溫度感測元件72所測量的溫度反映管道溫度，從而能夠由於管道截面變動(由於溫度波動)而對流體流動進行溫度補償。再者，考慮到流體流動溫度係影響管道溫度之主要因素，藉由溫度感測元件72所測量的溫度反映出具有小偏差、例如實驗所決定之+/- 2℃的流體流動溫度。
現在參考圖2和圖4，顯示有磁流量計組合體10，所述磁流量計組合體具有管狀本體、例如管道12，所述管狀本體終止於沿著縱軸(Ax)對齊、而在其間界定流體流動路徑之相反開放端部中。如先前所述，組合體10包括耦接至其中間區域的一對線圈組合體14。線圈組合體於外部耦接至管狀本體，並沿著與縱軸(Ax)正交之軸線(Az)對齊，以在管狀本體的流體流動路徑內生成磁場。一對測量電極(70a, b)係在中間區域中附接至沿著正交於縱軸(Ax)且正交於軸線(Az)之軸線(Ay)對齊的管道12。測量電極70(a, b)係與流體流動路徑內之流體電連通。以此方式，測量電極偵測藉由線圈組合體14的磁場所感應之流體的電壓。
磁流量計組合體10更包括複數輔助電極70(c-e)，包括設置在測量電極對70(a, b)上游之第一輔助電極70(c)和第二輔助電極70(d)。第一和第二輔助電極係於管道的相反側上與軸線(Az)對齊，使得軸線(Ay)和軸線(Az)共平面。第一和第二輔助電極(70c, d)可使用於決定管道是滿的、空的、或部分滿的。設置在第一及/或第二輔助電極70(c, d)內之溫度感測元件可提供能夠區分部分或完全空的管道之間的附加資訊。例如，與空管道偵測相確證所測得之溫度突然變化可改善部分空的管件已完全變空之有效性。第三輔助電極70(e)亦可設置於一對測量電極70(a, b)的下游。測量電極和輔助電極之每一者係安裝至管道12的壁面中所形成之對應孔口20(a-e)。
管狀本體、亦即管道12係由熱塑性材料、例如氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚氯乙烯(PVC)、或聚偏二氟乙烯(PVDF)形成。較佳地係，管道係由流體流動系統的其他部分(未示出)中所使用之同一管道所形成，以包括管道材料的類型(例如，CPVC、PVC或PVDF)和尺寸(例如，管道直徑)。端部連接器(圖9)定位在管道12之相反端部，以沿著流體流動系統將組合體10串聯地耦接。
現在參考圖5，描述示範電極70(a-e)的另一描述。每一電極具有終止於包括平坦部分56之遠側端54的螺紋部分52，所述平坦部分56在靠近遠側端處中斷螺紋部分之攻絲。螺紋部分52從圓柱形部分58延伸，圓柱形部分58終止於近側端44並包括環形肩部48。再者，用於插入溫度感測元件的開口75坐落在電極之遠側端54上。流量計組合體可包括能用作溫度感測元件的熱電偶套管之任意數量的電極，包括測量電極和輔助電極。
現在參考圖6，線圈組合體14於其中間區域中耦接至管道12。線圈組合體安裝在管道外部，並沿著軸線(Az)對齊。更特別地是，每一線圈14藉由外接管道12之支架22固持於適當位置中。磁極24設置在線圈14和管道之間。磁極由導電材料、例如與磁支架相同的金屬、具有Fe%＞ 99.4並塑形為與管道一致的軟磁碳鋼所形成。非傳導(氣隙)填隙片26設置於線圈之相反端部上。對於每一線圈，第一氣隙填隙片26係夾在線圈和對應的磁極24之間，且第二氣隙填隙片26係夾在線圈和支架22之間。再者，測量電極16可鎖固至管道12。於每一線圈中，有由具有良好磁性能的材料所製成之芯部50(圖9)。這些芯部50(圖9)將磁通線從線圈傳遞進入極靴和磁支架。
支架22進一步用作藉由線圈14所生成的磁場之磁路。支架具有大致上八邊形的形狀，這有益於組合體10之組裝和操作。更特別地是，支架22由二、大致c形部件28所形成，所述部件28繞著管道可滑動地彼此咬合，以彼此耦接。以此方式，支架22可使用於具有不同直徑的管道上。附件(例如螺栓)將線圈沿著軸線(Az)耦接至支架。
組合體10建構來生成均勻地分佈遍及管道截面之強交變磁場(通量)B。利用交變磁場避免電極材料的遷移。例如包括形狀和材料之支架22的組構促進管道12內引起之磁場(通量)B。在示範實施例中，支架22由“軟”磁性材料所形成，這意指相對磁導率，代表當關閉時沒有剩餘磁化。
現在參考圖7，組合體10更包括建構來保護磁場發生器(其包括線圈14和支架22)的殼體34。殼體34包括本體外殼38和於其相反端部上之管道密封凸緣40。在一些實施例中，殼體可由具有直徑大於主管道12的直徑之管道所形成。殼體34建構來保護磁場發生器免受環境暴露。配件42使用於將組合體12耦接至流體流動系統中的相鄰管道(未示出)。
現在參考圖8和9，顯示磁流量計組合體，其具有如以上討論之相似特徵。所述組合體包括附接至組合體的殼體64之電子組合體62。電子組合體係與組合體的電極16和線圈14電連通，以便操作所述組合體。電子組合體62能可拆卸地附接至繞著殼體64之任何位置，從而為給定的客戶應用提供其定向中的靈活性。
於製造方法中，選擇具有與流體流動系統之其他部分相同的參數之管道12。將管道切割成指定的長度(L)，以適應感測器組合體10在流體流動系統內之期望位置。然後，於電極的期望位置處在管道中鑽出孔口20(a-e)。然後將電極70(a-e)安裝於適當位置中。
從前述內容應該理解，本發明提供具有繞著管狀本體設置之電極的磁流量計組合體，其中至少一電極包括插入其中之溫度感測元件。磁流量計組合體建構為使用電極和建構來生成磁場的一對線圈組合體來測量流經管狀本體之流體的流速。溫度感測元件可定位成足夠接近電極之接觸端部，以便很好地散熱至所述接觸端部，而沒有實際接觸流體流動。這樣，磁流量計組合體能夠同時測量流體流速和流體溫度。
上面已根據當前較佳實施例敘述本發明，以致可傳達對本發明的理解。然而，在本文中有未具體敘述之可應用本發明的其他實施例。因此，本發明不應視為受限於所顯示之形式，其被認為是說明性的而非限制性的。
10:磁流量計組合體 12:管道 14:線圈組合體 16:測量電極 20a:孔口 20b:孔口 20c:孔口 20d:孔口 20e:孔口 22:支架 24:磁極 26:氣隙填隙片 28:c形部件 34:殼體 38:本體外殼 40:凸緣 44:近側端 48:環形肩部 50:芯部 52:螺紋部分 54:遠側端 56:平坦部分 58:圓柱形部分 62:電子組合體 70a:電極 70b:電極 70c:電極 70d:電極 70e:電極 72:溫度感測元件 74:尖端 75:開口 76:接觸端部 77:導熱填充件 78:儀錶放大器 80:類比至數位轉換器 82:導線 84:參考電壓
現在將參考以下附圖、僅作為範例地敘述本發明的實施例，其中：
[圖1]係根據本發明之電極的簡化立體圖，描述插入電極內之溫度元件。
[圖2]係根據本發明的磁流量計組合體之簡化立體圖，描述繞著組合體配置的電極，且所述電極建構成具有中空之內部以承納溫度感測元件。
[圖3]係使用插入電極的溫度元件來測量流體溫度之電路的簡化圖。
[圖4]係取自沿著剖線1-1(圖2)之圖2的磁流量計組合體之截面圖。
[圖5]係根據本發明的磁流量計組合體之電極的簡化立體圖。
[圖6]係根據本發明之磁流量計組合體的簡化立體圖，所述磁流量計組合體包括耦接至一對線圈之支架，所述線圈形成外接管道的磁路。
[圖7]係圖6之磁流量計組合體的簡化立體圖，所述磁流量計組合體更包含屏蔽外殼。
[圖8]係根據本發明之磁流量計組合體的截面圖，取自沿著剖線7-7(圖9)，所述磁流量計組合體包括耦接至繞著磁性組合體設置之屏蔽外殼的電路組合體。
[圖9]係取自沿著剖線6-6之圖8的磁流量計組合體的截面圖。
10:磁流量計組合體
12:管道
14:線圈組合體
20a:孔口
20b:孔口
20c:孔口
20d:孔口
20e:孔口
70a:電極
70b:電極
70c:電極
70d:電極
70e:電極

Claims (16)

  1. 一種全速磁流量計組合體，包含： 管狀本體，具有相反的開放端部，並沿著縱長軸線(Ax)在其間界定流體流動路徑，該管狀本體串聯地附接於流體流動系統內； 一對線圈組件，耦接至該管狀本體，並建構來在該管狀本體之該流體流動路徑內產生磁場； 複數電極，附接至待與該流動路徑內的流體電連通之管狀本體，該複數電極的第一電極包含界定中空內部之電極本體；及 溫度感測元件，插入該第一電極的中空內部內，該溫度感測元件具有嵌入鄰近至該第一電極本體之接觸端部的電極本體內之尖端，該接觸端部定位成與該流動路徑內的流體接觸，使該溫度感測元件能夠測量該流體之溫度。
  2. 如請求項1的磁流量計組合體，該電極本體更包含耦接至該接觸端部之導熱填充件，使得該導熱填充件固定該溫度感測元件並最小化對其施加的任何應力。
  3. 如請求項1的磁流量計組合體，其中該溫度感測元件電耦接至電子組件，用於決定和顯示該流體溫度。
  4. 如請求項1的磁流量計組合體，其中該第一電極係測量電極，該測量電極建構來提供用於決定該流動路徑內之流體的流速之輸入。
  5. 如請求項1的磁流量計組合體，其中該第一電極係建構成具有該溫度感測元件之輔助電極，以決定該管狀本體是否完全為空的。
  6. 如請求項1的磁流量計組合體，其中該管狀本體係由熱塑性材料所形成。
  7. 如請求項1的磁流量計組合體，其中該管狀本體係由熱塑性材料所形成，該熱塑性材料選自由CPVC、PVC、和PVDF所組成之族群。
  8. 如請求項1的磁流量計組合體，更包含圍繞該管狀本體及可操作地耦接至該對線圈組件之支架，用作所產生的磁場之磁性電路系統。
  9. 如請求項8的磁流量計組合體，其中該支架包含可繞著該管道彼此可滑動地咬合之二c形部件，以彼此耦接。
  10. 如請求項8的磁流量計組合體，其中該對線圈組件沿著該軸線(Az)經由附接組件附接至該支架。
  11. 如請求項8的磁流量計組合體，更包含繞著該支架設置之保護殼體。
  12. 如請求項11的磁流量計組合體，更包含耦接至該保護殼體且與該複數電極和溫度感測元件電連通之電子組件，該電子組件建構來決定並同時輸出所測量的流速和溫度。
  13. 如請求項12的磁流量計組合體，其中該電子組件建構來可拆卸地耦接至繞著該保護殼體之任何位置，以便提供符合該管狀本體的空間要求之靈活性。
  14. 如請求項1的磁流量計組合體，其中該溫度感測元件之尖端與該流動路徑內的流體隔開。
  15. 如請求項14的磁流量計組合體，其中該溫度感測元件之尖端藉著導熱填充件相對該接觸端部固持於適當位置中。
  16. 如請求項15的磁流量計組合體，其中該導熱填充件係導熱的兩部分環氧樹脂。
TW109103361A 2019-02-08 2020-02-04 具有溫度感測元件的全速磁流量計組合體 TW202043709A (zh)

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