TWI810356B - 全口徑磁流量計組件 - Google Patents

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Abstract

提供一種磁流量計組件，具有管狀主體(例如，由塑膠材料所形成)，其具有相反的開放端並在其間沿著縱向軸線(Ax)界定流體流路。一對線圈組件在其中間區域被耦接到管狀主體。此對線圈組件的每一者在主體的相反側上被設置於管狀主體的外部沿著軸線(Az)對齊，以在管狀主體的流體流路中產生磁場。一對測量電極被附接到管狀主體。此對電極被耦接到複數個孔中之對應的孔，以與流路中的流體電連通。此對電極沿著軸線(Ay)被對齊，軸線(Ay)正交於縱向軸線(Ax)且正交於軸線(Az)。

Description

全口徑磁流量計組件
本發明總體上關於用於測量流體的感測器，更具體地，關於用於流體測量的磁流量計組件。
藉由在管路中產生磁場並測量所產生的結果電壓，磁流量計組件測量通過管路之導電性液體的速度。更具體地，這種流量計依賴法拉第定律(Faraday’s Law)，其中，導電性液體通過磁場的流動造成電壓訊號，其由管路中的電極所感測，所感測到的電壓與流體流量成正比。
一般而言，磁流量計組件配置為插入型直讀式頻率計(magmeters)或全口徑直讀式頻率計。插入型直讀式頻率計通常包括突入到流體流動系統中的感測器主體、以及在感測器主體的遠端處被設置在間隔開的表面上的電極。感測器在電極附近產生磁場，這造成藉由電極所感測到的電壓。全口徑直讀式頻率計通常包括沿著流體流動系統被設置成一排的管狀主體，其包括被模製在管狀主體的壁中的電極，且其包括在管狀主體內所產生的磁場。
雖然這種裝置通常為有效的，但其仍存在不足之處。例如，這種感測器組件可能遭遇不充分的線性度(linearity)及由此而導致之測量的動態範圍(dynamic range)的困擾。此外，目前的磁流量計通常包括測量區段，其尺寸不同於流體流動系統中的其他部分。例如，測量區段通常具有不同的直徑，且由不同的材料所形成，這會對精確度產生不利影響。許多全口徑直讀式頻率計具有由金屬所製成的主體，需要對於電極的電絕緣，且還需要用於化學抗性(chemical resistance)的塑膠襯墊。所有這些方法使結構複雜化，且大大地增加流量計的重量。
因此，應理解的是，仍存在對於解決這些問題之磁流量計組件的需求。本發明滿足這些和其他需求。
簡要且總體而言，全口徑磁流量計組件設有管狀主體，其具有相反的開放端並在其間沿著縱向軸線(Ax)界定流體流路(fluid flow path)。管狀主體在流體流動系統中附接成一排；主體界定彼此間隔開的複數個孔。一對線圈組件在其中間區域被耦接到管狀主體。此對線圈組件的每一者在主體的相反側上被設置於管狀主體的外部沿著軸線(Az)對齊，以在管狀主體的流體流路中產生磁場。一對測量電極被附接到管狀主體。此對電極中的每一個測量電極被耦接到複數個孔中之對應的孔，以與流路中的流體電連通。此對電極沿著軸線(Ay)被對齊，軸線(Ay)正交於縱向軸線(Ax)且正交於軸線(Az)。複數個輔助電極被附接到管狀主體，包括第一輔助電極及第二輔助電極，其被設置在此對測量電極的上游。
為了概述本發明及相較於先前技術所能達成的優點的目的，已在本文中說明本發明的某些優點。當然，應理解的是，所有這些優點不是必然地可根據本發明的任意特定實施例來實現。因此，例如，熟知本領域技術人士將認知到的是，本發明可能以達成或最佳化在本文中所教示的優點中的一個優點或一群優點的方式被實施或執行，而並非必然地實現本文中所教示或建議的其他優點。
所有這些實施例旨在落入本文中所揭露之本發明的範圍內。對於熟知本領域技術人士，從已參照所附圖式之較佳實施例的以下詳細說明，本發明的這些及其他實施例將變得容易理解，本發明不侷限於所揭露的任何特定較佳實施例。
現在參照圖式，且特別參照圖1及2，顯示出磁流量計組件10，其具有在相反的開放端處終止的管狀主體，例如，管路12，其沿著縱向軸線(Ax)對齊，並在其間界定出流體流路。組件10包括一對線圈組件14，其被耦接到其中間區域。線圈組件在外部被耦接到管狀主體，沿著正交於縱向軸線(Ax)的軸線(Az)對齊，以在管狀主體的流體流路中產生磁場。一對測量電極16在中間區域中被附接到管路12，並沿著正交於縱向軸線(Ax)且正交於軸線(Az)的軸線(Ay)對齊。測量電極16與流體流路中的流體電連通。以此方式，測量電極檢測由線圈組件14的磁場所引起之流體的電壓。
磁流量計組件10還包括複數個輔助電極18(a、b、c)，包括第一輔助電極18(a)及第二輔助電極18(b)，其被設置在成對測量電極16的上游。第一及第二輔助電極在管路的相反側上與軸線(Az)對齊，使得軸線(Ay)與軸線(Az)共面。第三輔助電極18(c)被設置在成對測量電極16的下游。測量電極與輔助電極中的每一者被安裝到形成在管路12的壁中之對應的孔20(a~e)。
管狀主體、管路12被由熱塑性塑膠材料所形成，例如，像是氯化聚氯乙烯(chlorinated polyvinyl chloride, CPVC)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)。較佳地，管路由在流體流動系統(未顯示)的其他部分中所使用的相同管路所形成，以包括管路材料(例如，CPVC、PVC或PVDF)及尺寸(例如，管路直徑)的類型。末端連接器(圖7)被定位在管路12的相反端，以沿著流體流動系統將組件10耦接成一排。
現在參照圖3，示出電極16、18的例示性電極。每一個電極具有在遠端54終止的螺紋部分52，螺紋部分52包括靠近遠端的平坦部分56，平坦部分56中斷螺紋部分的螺紋。螺紋部分52從圓柱部分58延伸，圓柱部分58在近端44終止，近端44包括環狀肩部48。
現在參照圖4，線圈組件14在其中間區域被耦接到管路12。線圈組件被安裝到管路的外部沿著軸線(Az)對齊。更具體地，每一個線圈14藉由圍繞管路12的托架22而被保持在定位。磁極24被設置在線圈14與管路之間。磁極由導電材料所形成，例如，與磁托架相同的金屬、具有鐵百分比大於99.4的軟磁碳鋼，且磁極的形狀被塑形為與管路一致。非導電性(氣隙)填隙片(shim)26被設置在線圈的相反端上。對於每一個線圈，第一氣隙填隙片26被夾在線圈與對應的磁極24之間，且第二氣隙填隙片26被夾在線圈與托架22之間。在每一個線圈中，具有核心50，其由具有良好的磁性能的材料所製成。這些核心50(參見圖7)將磁力線(flux line)從線圈轉移到極靴(pole shoe)及磁托架中。
托架22還作用為磁路，用於由線圈14所產生的磁場。托架具有大致八角形形狀，其利於組件10的組裝及操作。更具體地，托架22由兩個大致C形部件28所形成，此兩個C形部件28繞著管路可滑動地相互配合，以相互耦接。以此方式，托架22可在具有不同直徑的管路上被使用。附接件(例如，螺栓30)沿著軸線(Az)將線圈耦接到托架。
組件10被配置來產生強的交變磁場(alternating magnetic field)(通量)B，其在管路的截面上均勻地分佈。利用交變磁場來避免電極材料的遷移。托架22的配置(例如，包括形狀及材料)促成管路12中的最終磁場(通量)B。在例示性實施例中，托架22由“軟”磁性材料所形成，其指得是相對導磁率(relative permeability)，意味著在關閉時沒有殘留的磁化強度。
現在參照圖5，組件10還包括外殼34，其配置來保護磁場產生器36(其包括線圈14及托架22)。外殼34包括主體殼38及在其相反端上的管密封凸緣40。在一些實施例中，外殼可由較主要管路12具有更大直徑的管路所形成。外殼34被配置來保護磁場產生器免於暴露在周圍環境。接頭42被使用來將組件12耦接到流體流動系統中的相鄰管路(未顯示)。
現在參照圖6及7，顯示磁流量計組件60，具有類似於上述所討論的特徵。組件60包括附接到組件60的外殼64之電子組件62。電子組件與組件的電極16、18及線圈14電連通，以操作組件。
在製造方法中，管路12被選擇為具有與流體流動系統的其他部分相同的參數。將管路切割為規定的長度(L)，以適應流體流動系統中的感測器組件10的理想位置。接著，在管路中之電極的理想位置處鑽設出孔20(a~e)。電極16、18接著被安裝於定位。
從前文中應理解的是，本發明提供一種磁流量計組件，其具有在相反的開放端終止的管狀主體，例如，管路，沿著縱向軸線(Ax)對齊，並在其間界定出流體流路。組件包括一對線圈組件，其被耦接到其中央區域。線圈組件在外部被耦接到管狀主體，沿著正交於縱向軸線(Ax)的軸線(Az)對齊，以在管狀主體的流體流路中產生磁場。一對測量電極在中間區域被附接到管路沿著軸線(Ay)對齊，軸線(Ay)正交於縱向軸線(Ax)且正交於軸線(Az)。測量電極與流體流路中的流體電連通。以此方式，測量電極檢測由線圈組件的磁場所引起之流體的電壓。
上面已根據所顯示的較佳實施例描述本發明，使得對本發明的理解可被傳達。然而，存在未在本文中具體地描述之本發明可應用的其他實施例。因此，本發明不應被視為限於所示出的形式，其被認為是例示性的而非限制性的。
10:(感測器)組件 12:管路 14:線圈(組件) 16:電極 18:電極 18a:(第一)輔助電極 18b:(第二)輔助電極 18c:(第三)輔助電極 20a:孔 20b:孔 20c:孔 20d:孔 20e:孔 22:托架 24:磁極 26:氣隙填隙片 34:外殼 38:主體殼 40:管密封凸緣 42:接頭 44:近端 48:環狀肩部 50:核心 52:螺紋部分 54:遠端 56:平坦部分 58:圓柱部分 62:電子組件 64:外殼 Ax:縱向軸線 Ay:軸線 Az:軸線 L:規定的長度
現在將以僅為範例的方式參照下面的所附圖式來描述本發明的實施例，其中：
圖1為根據本發明的磁流量計組件的簡化透視圖。
圖2為沿著線1-1(圖1)所截取之圖1的磁流量計組件的截面圖。
圖3為根據本發明的磁流量計組件的電極的簡化透視圖。
圖4為根據本發明的磁流量計組件的簡化透視圖，包括托架(brace)，其被耦接到一對線圈，此對線圈在管路周圍形成磁路(magnetic circuity)。
圖5為圖4的磁流量計組件的簡化透視圖，進一步包括遮蔽外殼。
圖6為沿著線7-7(圖7)所截取之根據本發明的磁流量計組件的截面圖，包括被耦接到設置在磁性組件周圍的遮蔽外殼的電路組件。
圖7為沿著線6-6所截取之圖6的磁流量計組件的截面圖。
10:(感測器)組件
12:管路
14:線圈(組件)
16:電極
18a:(第一)輔助電極
18b:(第二)輔助電極
18c:(第三)輔助電極
20a:孔
20b:孔
20c:孔
20d:孔
20e:孔
Ax:縱向軸線
Ay:軸線
Az:軸線
L:規定的長度

Claims (16)

  1. 一種全口徑磁流量計組件，包括：管狀主體，具有相反的開放端並在其間沿著縱向軸線(Ax)界定流體流路，該管狀主體在流體流動系統中附接成一排，該流體流動系統具有由規定材料所形成的管路，該管狀主體由該流體流動系統的該管路的該預定材料所形成，該管狀主體界定彼此間隔開的複數個孔；一對線圈組件，在其中間區域被耦接到該管狀主體，該對線圈組件中的每一者具有磁極且在該管狀主體的相反側上被設置於該管狀主體的外部沿著軸線(Az)對齊，該對線圈組件被配置來在該管狀主體的該流體流路中產生磁場；托架，其圍繞該管狀主體，且被操作性地耦接到該對線圈組件，作用為用於產生該磁場的磁路；每一個線圈組件還包括被夾在該線圈與該磁極之間的第一氣隙填隙片、及被夾在該線圈與該托架之間的第二氣隙填隙片；以及一對測量電極，被附接到該管狀主體，該對電極中的每一個測量電極被耦接到該複數個孔中之對應的孔，以與該流路中的流體電連通，該對電極沿著軸線(Ay)被對齊，該軸線(Ay)正交於該縱向軸線(Ax)且正交於該軸線(Az)。
  2. 如申請專利範圍第1項之全口徑磁流量計組件，其 中，該管狀主體由熱塑性塑膠材料所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項之全口徑磁流量計組件，其中，該管狀主體由熱塑性塑膠材料所形成，該熱塑性塑膠材料選自包含CPVC、PVC及PVDF的群組。
  4. 如申請專利範圍第1項之全口徑磁流量計組件，其中，該軸線(Ay)及該軸線(Az)共面。
  5. 如申請專利範圍第1項之全口徑磁流量計組件，其中，該托架包括兩個C形部件，該兩個C形部件繞著該管路可滑動地相互配合，以相互耦接。
  6. 如申請專利範圍第1項之全口徑磁流量計組件，其中，該對線圈組件沿著該軸線(Az)透過附接組件被附接到該托架。
  7. 如申請專利範圍第1項之全口徑磁流量計組件，還包括保護外殼，該保護外殼設置在該托架周圍。
  8. 一種全口徑磁流量計組件，包括：管狀主體，具有相反的開放端並在其間沿著縱向軸線(Ax)界定流體流路，該管狀主體在流體流動系統中附接成一排，該流體流動系統具有由規定材料所形成的管路，該 管狀主體由該流體流動系統的該管路的該預定材料所形成，該管狀主體沿著其側壁界定彼此間隔開的複數個孔；一對線圈組件，在其中間區域被耦接到該管狀主體，該對線圈組件中的每一者具有磁極且在該管狀主體的相反側上被設置於該管狀主體的外部沿著軸線(Az)對齊，該對線圈組件被配置來在該管狀主體的該流體流路中產生磁場；托架，其圍繞該管狀主體，且被操作性地耦接到該對線圈組件，作用為用於產生該磁場的磁路；每一個線圈組件還包括被夾在該線圈與該磁極之間的第一氣隙填隙片、及被夾在該線圈與該托架之間的第二氣隙填隙片；一對測量電極，被附接到該管狀主體，該對電極中的每一個測量電極被耦接到該複數個孔中之對應的孔，以與該流路中的流體電連通，該對電極沿著軸線(Ay)被對齊，該軸線(Ay)正交於該縱向軸線(Ax)且正交於該軸線(Az)，使得該軸線(Ay)及該軸線(Az)共面；以及複數個輔助電極，被附接到該管狀主體，與該流路中的流體電連通，該複數個輔助電極包括第一輔助電極及第二輔助電極，該第一輔助電極及該第二輔助電極被設置在該對測量電極的上游，且被設置在該管狀主體的相反側上與該軸線(Az)對齊，該複數個輔助電極還包括在該對測量電極的下游之第三輔助電極。
  9. 如申請專利範圍第8項之全口徑磁流量計組件，其中，該管狀主體由熱塑性塑膠材料所形成，該熱塑性塑膠材料選自包含CPVC、PVC及PVDF的群組。
  10. 如申請專利範圍第8項之全口徑磁流量計組件，其中，該托架包括兩個C形部件，該兩個C形部件繞著該管路可滑動地相互配合，以相互耦接。
  11. 如申請專利範圍第8項之全口徑磁流量計組件，其中，該對線圈組件沿著該軸線(Az)透過附接組件被附接到該托架。
  12. 如申請專利範圍第8項之全口徑磁流量計組件，還包括保護外殼，該保護外殼設置在該托架周圍。
  13. 一種全口徑磁流量計組件，包括：管狀主體，具有相反的開放端並在其間沿著縱向軸線(Ax)界定流體流路，該管狀主體在流體流動系統中附接成一排，該流體流動系統具有由規定材料所形成且具有規定直徑的管路，該管狀主體由該流體流動系統的該管路的該預定材料所形成，且具有該流體流動系統的該管路的該預定直徑，該管狀主體鑽設穿過其側壁界定彼此間隔開的複數個孔，該管狀主體由熱塑性塑膠材料所形成；一對線圈組件，在其中間區域被耦接到該管狀主體， 該對線圈組件中的每一者具有磁極且在該管狀主體的相反側上被設置於該管狀主體的外部沿著軸線(Az)對齊，該對線圈組件被配置來在該管狀主體的該流體流路中產生磁場；一對測量電極，被附接到該管狀主體，該對電極中的每一個測量電極被耦接到該複數個孔中之對應的孔，以與該流路中的流體電連通，該對電極沿著軸線(Ay)被對齊，該軸線(Ay)正交於該縱向軸線(Ax)且正交於該軸線(Az)，使得該軸線(Ay)及該軸線(Az)共面；複數個輔助電極，被附接到該管狀主體，與該流路中的流體電連通，該複數個輔助電極包括第一輔助電極及第二輔助電極，該第一輔助電極及該第二輔助電極被設置在該對測量電極的上游，且被設置在該管狀主體的相反側上與該軸線(Az)對齊，該複數個輔助電極還包括在該對測量電極的下游之第三輔助電極；托架，圍繞該管狀主體，且被操作性地耦接到該對線圈組件，作用為用於產生該磁場的磁路；每一個線圈組件還包括被夾在該線圈與該磁極之間的第一氣隙填隙片、及被夾在該線圈與該托架之間的第二氣隙填隙片；保護外殼，包括圍繞該托架的主體殼，該主體殼具有相反的開放端；凸緣，密封到該主體殼的該相反的開放端；以及在該主體殼的該相反的開放端上的接頭，被耦接到相 鄰管路。
  14. 如申請專利範圍第13項之全口徑磁流量計組件，其中，該托架包括兩個C形部件，該兩個C形部件繞著該管路可滑動地相互配合，以相互耦接。
  15. 如申請專利範圍第13項之全口徑磁流量計組件，其中，該對線圈組件沿著該軸線(Az)透過附接組件被附接到該托架。
  16. 如申請專利範圍第13項之全口徑磁流量計組件，其中，該管狀主體由熱塑性塑膠材料所形成，該熱塑性塑膠材料選自包含CPVC、PVC及PVDF的群組。
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