用于磁流量計(jì)的流管組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于磁流量計(jì)的流管組件。流管組件包括流管，該流管被構(gòu)造成用于接收從該流管中穿過的過程流體流。磁芯被相對于流管安裝并包括從流管延伸至一對臂的芯柱。每個臂都延伸遠(yuǎn)離所述芯柱。具有多個磁繞組的繞軸被設(shè)置在芯柱周圍并將所述多個磁繞組與流管間隔開。
【專利說明】用于磁流量計(jì)的流管組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及過程流體的監(jiān)測，并且具體地，涉及用于磁流量計(jì)的流管組件，其 中磁芯構(gòu)造得到改進(jìn)。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁流量計(jì)是已知的并且通常采用電絕緣的流管，流管載送過程流體流經(jīng)過電磁鐵 的線圈并經(jīng)過一對電極。電磁鐵向流動的過程流體施加電磁場。由于電磁感應(yīng)的法拉第定 律，在設(shè)置于過程流體中的該對電極之間產(chǎn)生電壓或電動勢（EMF)。該電壓是所施加的電磁 場的強(qiáng)度的函數(shù)并且與流體的流量成比例。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型提供了一種用于磁流量計(jì)的流管組件。流管組件包括流管，該流管被 構(gòu)造成用于接收從流管中穿過的過程流體流。磁芯被相對于流管安裝并包括從流管延伸至 一對臂的芯柱。每個臂都延伸遠(yuǎn)離所述芯柱。具有多個磁繞組的繞軸被設(shè)置在芯柱周圍并 將所述多個磁繞組與流管間隔開。
[0004] 在上述流管組件中，磁芯可以為為T形或Y形。
[0005] 上述流管組件還可以包括：安裝在流管的與所述磁芯相反的側(cè)面上的第二磁芯， 該第二磁芯包括從流管延伸至一對臂的芯柱，每個臂都延伸遠(yuǎn)離第二磁芯的芯柱；和具有 多個磁繞組的第二繞軸，該第二繞軸被設(shè)置在第二磁芯的芯柱周圍并將所述多個磁繞組與 流管間隔開。
[0006] 在上述流管組件中，兩個磁芯可以是相同的。
[0007] 上述流管組件還可以包括多個電極，該多個電極布置成與流過流管的過程流體接 觸。
[0008] 上述流管組件還可以包括安裝至流管的一對側(cè)環(huán)，每個側(cè)環(huán)被設(shè)置成靠近磁芯的 相應(yīng)的臂。
[0009] 在上述流管組件中，側(cè)環(huán)可以被焊接到所述臂。
[0010] 在上述流管組件中，繞軸可以由非金屬材料構(gòu)造而成。
[0011] 在上述流管組件中，繞軸可以包括可模壓塑料。
[0012] 在上述流管組件中，繞軸可以包括適于將電線保持在固定位置的至少一個特征。
[0013] 在上述流管組件中，繞軸可以將所述多個磁繞組與流管間隔開，使得所述多個磁 繞組遠(yuǎn)離流管從而顯著地降低磁繞組的工作溫度。
[0014] 在上述流管組件中，流管可以是金屬的并且包括不導(dǎo)電的內(nèi)襯套。
[0015] 上述流管組件還可以包括連接到流管的安裝裝置，并且其中磁芯的芯柱與所述安 裝裝置協(xié)作地接合。
[0016] 在上述流管組件中，安裝裝置可以是固定到流管的安裝螺栓，并且其中所述芯柱 通過螺母固定到安裝螺栓上。
[0017] 在上述流管組件中，繞軸可以被磁芯夾住。
[0018] 在上述流管組件中，流管可以是金屬的，并且其中安裝螺栓被焊接到流管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是包括磁流量計(jì)的過程控制系統(tǒng)的示意圖。
[0020] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的磁流量計(jì)的示意圖。
[0021] 圖3是是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的磁芯構(gòu)造的橫截面視圖。
[0022] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的磁流量計(jì)中的磁芯構(gòu)造的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 圖1描繪了磁流量計(jì)102的典型環(huán)境100。磁流量計(jì)102連接到過程管道（由管 線104示意性地表示），過程管道還連接至控制閥112。磁流量計(jì)102被構(gòu)造成用于提供關(guān) 于過程設(shè)備中的過程流體流的流量輸出。這種過程流體的例子包括在化學(xué)品、制漿、制藥、 食品或其他流體處理設(shè)備中的漿體和流體。
[0024] 磁流量計(jì)102包括連接到流管108的電子元件殼體120。磁流量計(jì)102的輸出 端被構(gòu)造成通過過程通信總線106傳輸較長的距離至控制器或指示器。在典型的過程設(shè) 備中，通信總線106可以是至控制器，例如系統(tǒng)控制器/監(jiān)視器110,或其他適當(dāng)?shù)难b置的 4-20mA電流回路、F0UNDATI0N?Fieldbus連接、脈沖輸出/頻率輸出、高速可尋址遠(yuǎn)程傳感 器（Highway Addressable Remote Transducer, HART? )協(xié)議通信、無線通信連接，例如根 據(jù)IEC62591的無線通信連接、以太網(wǎng)、或光纖連接。系統(tǒng)控制器110被編程為過程監(jiān)視器 以向操作人員顯示流信息，或者被編程為過程控制器以通過使用控制閥112在過程通信總 線106上控制所述過程。雖然本實(shí)用新型的實(shí)施例可應(yīng)用于所有磁流量計(jì)，但它們與具有 相對較小直徑的過程管道的磁流量計(jì)是尤其相關(guān)的。使用這種小的流管，有時(shí)難以繞電極 絕緣通道裝配線圈罩。此外，小流管磁流量計(jì)可能有時(shí)具有升高的線圈溫度并且它有時(shí)難 以使穿過過程管道的磁通量最大化。本實(shí)用新型的實(shí)施例通常使用從流管橫向地延伸并包 括一對臂的磁芯件，所述一對臂側(cè)向地延伸至側(cè)環(huán)。在一個實(shí)施例中，磁芯是T形的。
[0025] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的具有改進(jìn)的磁芯的磁流量計(jì)的示意圖。流量計(jì) 150包括T形磁芯152,磁芯152從在流管156上基本對中的位置154延伸至側(cè)環(huán)158和 160中的每一個。此外，第二T形磁芯162安裝在流管156上與磁芯152相對。通過這種 方式，穿過線圈164和166的電流產(chǎn)生如由磁通線168指示的磁通量。由附圖標(biāo)記168指 示的磁通量被認(rèn)為是主磁通量，因?yàn)樗窃趥鲗?dǎo)性的過程流體上感生出與過程流體的流量 相關(guān)的電壓或EMF的磁通量。一對電極（圖2中未示出）接觸過程流體并被磁流量計(jì)電路 使用以用于測量感生出的電壓，以確定過程流體的流量。然而，為使主磁通量有效地耦合穿 過流管156,重要的是具有有效的磁返回路徑。基于這一點(diǎn)考慮，T形磁芯152和162的整 體上基本平行于流管156延伸的部分用低磁阻芯材料形成，這種低磁阻芯材料最小化使磁 返回路徑磁通泄漏。在一個實(shí)施例中，T形磁芯152和162可由相對于大多數(shù)鋼材具有高 導(dǎo)磁性和較低矯頑磁性和磁滯效應(yīng)的鋼或軟磁性材料形成。然而，在其他實(shí)施例中，每個芯 可以與變壓器類似由電工硅鋼疊片形成，以使最小化渦流并潛在地允許磁場更快地穩(wěn)定下 來。此外，盡管本實(shí)用新型的實(shí)施例示出了具有T形形狀的芯152和162,但重要的功能性 在于提供了從繞組組件至流量計(jì)的側(cè)環(huán)的低磁阻通路。因此，其他形狀（例如Y形）也可 以用在本實(shí)用新型的實(shí)施例中。改進(jìn)的磁芯構(gòu)造的一個特征在于，在將包裝殼或其他金屬 外殼安裝到組件上之前磁路就已經(jīng)完成了。通過這種方式，可以非常方便地執(zhí)行裝置的測 試和診斷。
[0026] 每個繞組164、166優(yōu)選地繞非金屬繞軸182 (在圖3中更詳細(xì)地示出）纏繞。在 一個實(shí)施例中，非金屬繞軸182由可模壓塑料形成。塑料優(yōu)選地是可模壓的并且還具有足 夠高的工作溫度，從而能夠在磁流量計(jì)150中正常地發(fā)揮作用。
[0027] 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的磁流量計(jì)150的一部分的橫截面示意圖。在圖 3中，僅示出了流管156的一部分。如圖所示，不導(dǎo)電的內(nèi)襯套170被設(shè)置在金屬流管156 附近。襯套170確保在過程流體中感生的EMF不會到達(dá)金屬流管，否則將導(dǎo)致感生的EMF短 路。在使用不導(dǎo)電的流管的實(shí)施例中，襯套170可以被省略。如圖3所示，電極172穿過不 導(dǎo)電的襯套170并接觸流過流管156的過程流體。安裝元件（例如螺栓174)被焊接或通 過其他方式固定到流管156。Τ形芯152包括芯柱157,芯柱157延伸離開流管156并具有 位于其中的孔，該孔的尺寸被設(shè)定為用于接收安裝螺栓174,以便使芯162相對于流管156 精確地定位。Τ形芯152通過與安裝螺栓174的螺紋接合的螺母176卡住或通過其他方式 固定就位。此外，芯152的臂153和155在相應(yīng)的界面178、180處也被焊接或通過其他方 式固定到相應(yīng)的環(huán)158、160。
[0028] 圖3描繪了具有內(nèi)徑184的繞軸182,內(nèi)徑184的尺寸被設(shè)定為能夠使Τ形芯152 的外徑186通過。磁繞組164在引導(dǎo)部188和190之間被纏繞在繞軸182周圍?？梢砸庾R 至IJ，一旦安裝螺栓174被固定到流管156,就可以相對直接地進(jìn)行流管的組裝。特別地，繞 軸182可僅在Τ形芯152的外徑之外滑動，Τ形芯152然后可以安裝或放置在安裝螺栓174 上。隨后通過緊固螺母176將整個組件固定就位。最后，Τ形芯152在相應(yīng)的界面178和 180處被焊接到側(cè)環(huán)158和160。一旦組裝完成，罩或其他適當(dāng)?shù)臍んw192可放置在組件外， 從而完成流管。
[0029] 確信本實(shí)用新型的實(shí)施例能夠提高穿過流管的磁通產(chǎn)生的效率。特別地，本實(shí)用 新型的實(shí)施例已經(jīng)允許在根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例制造的兩種原型流管上的磁繞軸上的 線圈數(shù)減少35%和44%，同時(shí)信號強(qiáng)度仍保持不變。此外，本實(shí)用新型的實(shí)施例顯著地減 少了流管設(shè)計(jì)中的部件數(shù)。這是因?yàn)棣承涡竞途€圈繞軸中的每一個都用于多個目的。Τ形 芯用作磁芯、安裝支架和至側(cè)環(huán)158U60的磁連接件。線圈繞軸用作繞組形成件、電絕緣 件、安裝托架、支座、和線圈引導(dǎo)件（將在下文中結(jié)合圖4對其進(jìn)行更詳細(xì)的描述）。
[0030] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的流管150的一部分的示意圖。圖4描繪了安裝 到流管156的Τ形芯152以及安裝就位的線圈繞軸182。此外，圖4描繪了由附圖標(biāo)記194 表示的電極之一。電線196和198形成分別通向電極194和線圈繞組164的電連接。在 已知由線圈繞組產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度的情況下，如果電線196、198中的任一根電線移動或改 變位置，則將影響磁流量計(jì)的輸出信號。因此，流管150的設(shè)計(jì)中非常重要的是將電線196 和198牢固地保持就位并且不允許移動。在這一點(diǎn)上，線圈繞軸182包括便于將電線196 和198牢固地安裝在流管150內(nèi)的固定位置上的多個特征。例如，電極線196繞過突出部 200,突出部200包括孔，電纜匝箍或其他適當(dāng)?shù)碾娋€固定裝置可以扣合或以其他方式固定 到該孔。這提供了電極線196關(guān)于磁場的確定位置（positive location)，這對于磁流量計(jì) 的操作而言是非常重要的。類似地，電線198在位置202處彎曲并穿過繞軸182的引導(dǎo)部 188中的孔204。因此，線圈引線198被保持在精確的位置上并且通過穿過線圈繞軸中的孔 而減輕了應(yīng)變。這為電線提供了確定的定位并消除了應(yīng)變。
[0031] 當(dāng)前的流管涉及通常使用鋼質(zhì)線圈殼體作為磁返回路徑。然而，鋼質(zhì)線圈殼體有 礙于磁路的任何重要的測試或故障排查，除非該殼體被焊接封閉。一旦焊接封閉，線圈或電 極線都不能被修改以產(chǎn)生任何改變。相反，本實(shí)用新型的實(shí)施例在殼體被焊接封閉之前提 供了磁路的所有主要構(gòu)件。這允許在仍然可以訪問電線的情況下實(shí)現(xiàn)測試和故障排查，使 得能夠在殼體被焊接封閉或通過其他方式密封之前作出改變。
[0032] 對于已知的流管設(shè)計(jì)而言的當(dāng)前的挑戰(zhàn)之一是由磁線圈產(chǎn)生的熱與從流管逃逸 出的熱的組合，這種組合提高了線圈的溫度。這基于磁線的熱等級和/或裝置的安全防護(hù) 類型（危險(xiǎn)位置等級）對最大過程溫度和環(huán)境溫度施加了限制。通過將線圈與流管間隔開 (如圖3中的尺寸d所示），線圈的最大溫度可以被顯著地降低。在一個實(shí)施例中，尺寸d 約為0.35英寸。這通過兩種方式顯著地降低了線圈的最大溫度。首先，通過將線圈與流管 壁熱隔離而直接地降低溫度。第二，由于通過降低線圈所暴露于的溫度，因此繞組的電阻降 低，從而勵磁線圈中消散的功率變得更少，因此間接地降低了溫度。在原型裝置上的測試顯 示，與線圈直接安裝在流管上的已知設(shè)計(jì)相比，線圈溫度降低40°C。將線圈與流管分離不會 顯著地減弱流管中的磁場，這是因?yàn)門形芯保持牢固地安裝到流管。
[0033] 盡管已參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以在 不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍的前提下對形式和細(xì)節(jié)作出多種變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于磁流量計(jì)的流管組件，其特征在于，該流管組件包括： 流管，該流管被構(gòu)造成用于接收從該流管中穿過的過程流體流； 相對于流管安裝的磁芯，該磁芯包括從流管延伸至一對臂的芯柱，每個臂都延伸遠(yuǎn)離 所述芯柱；和 具有多個磁繞組的繞軸，該繞軸圍繞芯柱設(shè)置并將所述多個磁繞組與流管間隔開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，磁芯為T形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，磁芯為Y形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，該流管組件還包括： 安裝在流管的與所述磁芯相反的側(cè)面上的第二磁芯，該第二磁芯包括從流管延伸至一 對臂的芯柱，每個臂都延伸遠(yuǎn)離第二磁芯的芯柱；和 具有多個磁繞組的第二繞軸，該第二繞軸被設(shè)置在第二磁芯的芯柱周圍并將所述多個 磁繞組與流管間隔開。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的流管組件，其特征在于，兩個磁芯是相同的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的流管組件，其特征在于，該流管組件還包括多個電極，該多個 電極布置成與流過流管的過程流體接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，該流管組件還包括安裝至流管的一 對側(cè)環(huán)，每個側(cè)環(huán)被設(shè)置成靠近磁芯的相應(yīng)的臂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的流管組件，其特征在于，側(cè)環(huán)被焊接到所述臂。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，繞軸由非金屬材料構(gòu)造而成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，繞軸包括可模壓塑料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，繞軸包括適于將電線保持在固定位 置的至少一個特征。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，繞軸將所述多個磁繞組與流管間隔 開，使得所述多個磁繞組遠(yuǎn)離流管從而顯著地降低磁繞組的工作溫度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，流管是金屬的并且包括不導(dǎo)電的內(nèi) 襯套。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流管組件，其特征在于，該流管組件還包括連接到流管的安 裝裝置，并且其中磁芯的芯柱與所述安裝裝置協(xié)作地接合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的流管組件，其特征在于，安裝裝置是固定到流管的安裝螺 栓，并且其中所述芯柱通過螺母固定到安裝螺栓上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的流管組件，其特征在于，繞軸被磁芯夾住。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的流管組件，其特征在于，流管是金屬的，并且其中安裝螺栓 被焊接到流管。
【文檔編號】G01F1/58GK203848882SQ201420197472
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】史蒂文·布魯斯·羅杰斯, 邁克爾·約翰·邁爾, 塞繆爾·伊桑·梅辛杰, 邁克爾·杰弗里·米科里切克 申請人:羅斯蒙特公司