本實(shí)用新型涉及一種聚合物磁性流量計(jì)流通體組件。

背景技術(shù)：

磁性流量計(jì)(或磁性表)通過法拉第感應(yīng)現(xiàn)象即電磁效應(yīng)測(cè)量流量。磁性流量計(jì)給線圈供電，所述線圈在流通體組件的截面上產(chǎn)生磁場(chǎng)。所述磁場(chǎng)在導(dǎo)電過程流體的流動(dòng)上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)(EMF)。使用一對(duì)電極測(cè)量在導(dǎo)電流體上發(fā)展的所產(chǎn)生的電勢(shì)，所述一對(duì)電極延伸到流動(dòng)的過程流體中。替代地，一些磁性流量計(jì)采用電極和過程流體之間的電容耦合，使得無需直接接觸即可測(cè)量EMF。無論如何，流速通常與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比，并且體積流量與流通體的流速和橫截面積成正比。

磁性流量計(jì)在各種流體流量測(cè)量環(huán)境中是有用的。具體地，水基流體、離子溶液和其它導(dǎo)電流體的流量都可以使用磁性流量計(jì)測(cè)量。因而，可以在水處理設(shè)施、飲料和衛(wèi)生食品生產(chǎn)、化學(xué)處理、高純度醫(yī)藥制造以及有害性和腐蝕性流體處理設(shè)施中發(fā)現(xiàn)磁性流量計(jì)。磁性流量計(jì)也常常在碳?xì)淙剂袭a(chǎn)業(yè)中采用。

磁性流量計(jì)在將流量測(cè)量元件(例如孔板)引入過程流動(dòng)中的其它流量技術(shù)不適用的應(yīng)用中提供快速和準(zhǔn)確的流量測(cè)量。在磁性流量計(jì)的制造中的大額費(fèi)用之一是過程流體所流過的流通體。該流通體必須承載過程流體壓力，并且必須不能向過程流體中引入泄漏。通常地，流通體被形成為管，并且包括一對(duì)法蘭，所述一對(duì)法蘭栓鎖在管道法蘭上以形成穩(wěn)固的過程流體連接。為了提供適于各種不同的過程流動(dòng)連接的流通體組件，流通體被設(shè)計(jì)和制造成便于適應(yīng)不同的橫截面流動(dòng)面積。然而，由制造者提供的每一種橫截面流動(dòng)面積尺寸或者直徑 (在流動(dòng)管的情況下)通常需要專用的工具作業(yè)和制造過程。因而，由于可選擇這種變化的流動(dòng)直徑，附加的費(fèi)用和研制周期可能被引入到制造過程中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了一種聚合物磁性流量計(jì)流通體組件。流通體組件包括流通管道，所述流通管道被配置為允許流體流過。第一線圈相對(duì)于流通管道安裝并且圍繞第一磁極元件布置。第二線圈相對(duì)于流通管道安裝并且圍繞第二磁極元件布置。第二磁極元件被配置為與第一磁極元件協(xié)作以在流量測(cè)量孔上產(chǎn)生電磁場(chǎng)。第一和第二電極定位在流通體組件內(nèi)以測(cè)量在流量測(cè)量孔內(nèi)的流體中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。第一磁極元件、第二磁極元件、第一電極和第二電極中的至少一個(gè)至少部分地由聚合物形成。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例在其中有用的典型環(huán)境的示意圖；

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的聚合物流通體組件的示意圖；

圖3A和3B為圖2所示的區(qū)域的放大示意圖；

圖4為在引入聚合物之前的用于聚合物流通體組件的組裝模具的示意圖；

圖5A為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的磁極元件的示意圖；

圖5B為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的流量計(jì)流通體組件的電極的示意圖；

圖6為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的線圈和磁極元件的示意圖；

圖7為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的流通體組件的示意圖；

圖8為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的形成流通體組件的方法的流程圖；

圖9A-9D圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的在安裝的各個(gè)階段的聚合物流通體組件的多個(gè)示意圖；

圖10A-10C圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的在過程安裝的不同階段中的聚合物流通體組件的示意圖；

圖11為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的在過程環(huán)境內(nèi)在安裝過程中形成流通體組件的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1圖示了用于磁性流量計(jì)102的典型環(huán)境100。磁性流量計(jì)102 與在線104處示意性地圖示的處理管道連接，所述處理管道也與控制閥112連接。磁性流量計(jì)102被配置為提供關(guān)于處理廠內(nèi)的過程流體流流動(dòng)的流量輸出。這種過程流體的示例包括化學(xué)、紙漿、醫(yī)藥、食品和其它流體處理廠中的漿料和液體。

磁性流量計(jì)102包括與流通體105連接的電子殼體120或合適的接線盒。在圖1所示的實(shí)施例中，流通體105被布置在用于安裝至相關(guān)的管道法蘭的一對(duì)安裝法蘭108之間。然而，本實(shí)用新型的實(shí)施例也同等地適用于片型流通體。磁性流量計(jì)102的輸出被配置為通過過程通信總線106遠(yuǎn)距離傳輸給控制器或指示器。在典型的處理廠中，通信總線106可以為連接至諸如系統(tǒng)控制器/監(jiān)視器110或其它合適的設(shè)備的控制器的4-20mA電流環(huán)路、FOUNDATION^TM現(xiàn)場(chǎng)總線連接、脈沖輸出/頻率輸出、高速可尋址遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換協(xié)議通信、無線通信連接(例如根據(jù)以太網(wǎng)IEC62591的)或光纖連接。系統(tǒng)控制器110被編程為過程監(jiān)視器，以為人工操作員顯示流動(dòng)信息，或者被編程為過程控制器，以在過程通信總線106上使用控制閥112控制所述過程。雖然本實(shí)用新型的實(shí)施例適用于所有的磁性流量計(jì)，但是它們特別相關(guān)于與相對(duì)較小直徑處理管道連接的磁性流量計(jì)。這是因?yàn)樵谧钚〉牧髁坑?jì)流通體尺寸中，在一個(gè)尺寸和下一個(gè)尺寸的可測(cè)量的流量范圍中有非常少的重疊。例如，1.5英寸直徑到14英寸直徑的流量計(jì)具有重疊44％至82％的流量范圍。然而，最小的小數(shù)尺寸0.15英寸直徑到0.5 英寸直徑可以測(cè)量重疊小于25％的流量范圍。這使得終端用戶更難選擇能夠測(cè)量寬范圍流量調(diào)節(jié)的尺寸。然而，如上所述，增加單獨(dú)的尺寸選擇在研發(fā)時(shí)間、獨(dú)一無二的零件的存貨和制造復(fù)雜性方面是成本高昂的。

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的聚合物流通體組件的示意圖。聚合物流通體組件150為能夠容易地機(jī)械加工成大量尺寸的單一件。組件150對(duì)于各種不同的流動(dòng)構(gòu)造可以使用相同的線圈和磁極元件，并且能夠提供單個(gè)的流通體，所述單個(gè)的流通體基于機(jī)械加工能夠以從0.030英寸至達(dá)0.5英寸直徑的測(cè)量孔直徑測(cè)量流量。組件150包括法蘭152，所述法蘭152被配置為安裝接線盒或電子殼體，例如上面所述的電子殼體120。多個(gè)導(dǎo)體穿過法蘭152并穿過頸部154進(jìn)入流通體 156。導(dǎo)體與多個(gè)線圈158、160和一對(duì)電極162、164連接。在圖2所示的實(shí)施例中，設(shè)置四個(gè)安裝孔166以允許安裝螺栓穿過流通體156。在所示的實(shí)施例中，設(shè)置居中定位的測(cè)量孔168，所示測(cè)量孔具有一對(duì)徑向相對(duì)的磁極元件170、172，所述一對(duì)徑向相對(duì)的磁極元件170、 172從電極162、164偏轉(zhuǎn)約90°布置。在圖2所示的示例中，孔168具有約0.080英寸的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，磁極元件170、172由諸如塑料的聚合物形成，所述聚合物填充有諸如鐵粉的磁性材料。附加地，在一個(gè)實(shí)施例中，磁回路174也由填充有諸如鐵粉的磁性材料的聚合物形成。在一個(gè)實(shí)施例中，電極162、164也由諸如塑料的聚合物形成，所述聚合物填充有諸如碳和/或鎳的導(dǎo)電材料。附加地，在一些實(shí)施例中，用于磁極元件170、172和電極162、164的聚合物可以是相同的。在流通體156內(nèi)還設(shè)置有聚合物框架178，以將流通體156的各個(gè)部件的全部保持或者安裝成單個(gè)的、立體件，使得可以更容易地模制最終的主體。在一個(gè)實(shí)施例中，聚合物框架178也由與磁極元件170、172 和電極162、164相同的聚合物形成。然而，框架178將不具有任何導(dǎo)電或磁性填料。相似地，還設(shè)置聚合物填料180，在一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物填料由與框架178和磁極元件170、172和電極162、164相同的聚合物形成。附加地，在圖2所示的實(shí)施例中，電極162、164中的每一個(gè)包括從每一個(gè)電極162、164上徑向地延伸的一個(gè)或多個(gè)密封翅182。在一個(gè)實(shí)施例中，這些密封翅由與電極相同的材料形成，并且被設(shè)計(jì)為使得來自二次模制層的熱量將足以熔融翅182的薄端，以在部件之間形成一致的密封。

圖3A和3B為圖2的區(qū)域184的放大示意圖。如圖3A所示，磁極元件 170被布置為使得線圈160中的電繞組包圍磁極元件170。因而，隨著電流流過線圈160的繞組，由磁極元件170產(chǎn)生磁場(chǎng)。類似地，隨著電流流過線圈158的繞組，由磁極元件172產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)被引導(dǎo)穿過測(cè)量孔168，并且因而產(chǎn)生使用電極162、164可檢測(cè)的EMF。測(cè)量孔168 通常由單一的機(jī)械加工操作形成，例如鉆孔。該鉆孔操作移除磁極元件170、172和電極162、164中的每一個(gè)的一部分。因此，與測(cè)量孔168 相互作用的該部分磁極元件170、172和電極162、164通常具有吻合孔 168的內(nèi)部直徑的端部，例如電極162的端部190。由于部件為聚合物，所述它們?nèi)菀讬C(jī)械加工。因而，可以通過在鉆孔操作中使用不同尺寸的鉆頭簡(jiǎn)單地產(chǎn)生不同的測(cè)量孔。例如，圖3B示出了較大的測(cè)量孔 196。進(jìn)一步地，簡(jiǎn)單地移除附加的材料，電極162、164和磁性元件 170、172更容易地適應(yīng)較大的孔。磁極元件170、172和電極162、164 的端部仍然吻合測(cè)量孔196的內(nèi)部直徑。

圖4為在引入聚合物之前的用于聚合物流通體組件的組裝模具的示意圖。模具300包括外殼302，所述外殼通常限定并確定聚合物流通體組件的外部直徑。在圖4圖示的示例中，設(shè)置四個(gè)圓柱件304，以防止聚合物占據(jù)圓柱體304的位置，由此形成安裝孔166(圖2中示出)。附加地，所述一對(duì)線圈158、160被定位為使得各自的磁極元件172、 170被布置在其中。一對(duì)導(dǎo)體306、308與線圈158、160電連接。類似地，導(dǎo)體310、312與各自的電極164、162可操作地連接。磁極元件170、 172以及電極162、164中的每一個(gè)通常朝向中心320逐漸變細(xì)。根據(jù)不同的應(yīng)用，電極以及磁極元件的錐形的量可以不同。根據(jù)需要，錐體可以為線性的或非線性的。無論如何，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于較大的測(cè)量孔，磁性元件以及電極中的每一個(gè)具有較大的與測(cè)量孔相互作用的表面面積。

圖5A為由諸如ABS塑料的聚合物形成的一對(duì)電極162、164的示意圖。如圖5A更清楚地顯示的，在電極162的端部處設(shè)置錐形部350。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，ABS(丙烯腈·丁二烯·苯乙烯)被填充有或者被嵌入有導(dǎo)電材料，例如碳和/或鎳。然而，優(yōu)選的是電極 162、164的導(dǎo)電材料不是磁性材料。

根據(jù)替代實(shí)施例，電極(例如圖5B中所示的電極)可以由諸如不銹鋼的金屬形成。雖然不銹鋼的機(jī)械加工比圖5A中示出的ABS電極的機(jī)械加工更復(fù)雜，但是不銹鋼電極352是非常穩(wěn)固的。

圖6為線圈158、160和磁極元件170、172的示意圖。如圖6所示，磁極元件170、172通常具有彼此面對(duì)的錐形部360。在一個(gè)實(shí)施例中，磁極元件170、172由諸如ABS塑料的聚合物形成，所述聚合物被填充有或者被嵌入有鐵。因此，磁極元件170、172是磁順從性(magnetically compliant)的。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，電極、線圈和磁極元件被布置在模具內(nèi)，例如如圖4所示的模具300，并且然后經(jīng)受諸如ABS塑料的聚合物的引入。然而，可以明確地預(yù)期，可以使用任何合適的聚合物。一旦聚合物已經(jīng)固化，或者固定(set)，可以從模具300中移除所述聚合物。

圖7為該移除的流通體組件的示意圖。如圖所示，單一的聚合物塊400包括四個(gè)安裝孔166以及從其中延伸的線306、308、310和312。在聚合物結(jié)構(gòu)400的中心402中，將產(chǎn)生具有被選定用于最終流量應(yīng)用的直徑的測(cè)量孔。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，通過選定合適尺寸的鉆頭并沿中心402軸向地鉆孔簡(jiǎn)單地形成該測(cè)量孔。

圖8為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的形成流通體組件的方法500的流程圖。方法500從方框502開始，在方框502中，提供諸如模具302 (圖4中示出)的模具。下一步，在方框504中，流通體的部件被組裝在模具中。所述部件和組裝包括線圈506、電極508、磁極元件510和布線512。一旦方框504的組裝完成，那么模具被填充聚合物，如方框 514所示。一旦聚合物已經(jīng)填充模具，那么允許其固化或者固定(set)，如方框516所示。取決于聚合物的類型，該固化/固定(set)處理如果適用用可以包括熱量和/或壓力的引入。下一步，在方框518中，移除模具，并且提供整體的聚合物流通體塊。下一步，在方框520中，選定流通體的測(cè)量孔的直徑。最后，在方框522中，根據(jù)所選定的直徑在聚合物流通體塊中產(chǎn)生孔或孔道。在一個(gè)實(shí)施例中，方框520和522 包括簡(jiǎn)單地選定和獲得合適尺寸的鉆頭以及通過流通體塊的中心軸向地鉆孔。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，孔的機(jī)械加工可以為更復(fù)雜的處理，允許孔的橫截面的形狀和/或尺寸變化，以便改善在測(cè)量區(qū)域中的流體動(dòng)力學(xué)特性。進(jìn)一步地，橫截面的形狀和/或尺寸可以隨著機(jī)械加工操作軸向地移動(dòng)通過流通體的中心而改變。因而，根據(jù)需要可以提供徑向和軸向的變化。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例形成的各個(gè)流通體已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有從約70的最小孔到約180的最大孔變化的合適的效益。這與當(dāng)前流通體中實(shí)現(xiàn)的75-140的范圍相比有利。附加地，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例形成的聚合物流通體已經(jīng)具有有利的可重復(fù)性和線性特性。更進(jìn)一步地，相信相比于傳統(tǒng)的、金屬的流通體設(shè)計(jì)將減小用于聚合物流通體的材料費(fèi)用。

圖9A-9D圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的在安裝的各個(gè)階段的聚合物流通體組件的多個(gè)示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，流通體組件 1150可以被預(yù)機(jī)械加工有先導(dǎo)孔1168，并且在最終孔直徑的機(jī)械加工之前安裝在組件1100中。在一個(gè)實(shí)施例中，由于其允許流通體組件被預(yù)先制造并具有初始的先導(dǎo)孔直徑1168的情況下被運(yùn)輸，并且之后由客戶向制造者請(qǐng)求或者在傳送后由客戶機(jī)械加工成最終期望的孔直徑1172，因而這可以允許減少成本和研制周期。

圖9A圖示了流水線處理后的示例性的流通體組件。流通體組件 1150包括一對(duì)線圈1158、1160和一對(duì)電極1162、1164，它們可以與前述的流通體150的部件大致相似。如圖9A所示，在流水線處理之后，流通體組件1150僅包括具有預(yù)設(shè)的、加工的直徑的先導(dǎo)孔1168。在一個(gè)實(shí)施例中，先導(dǎo)孔1168被設(shè)計(jì)為允許由制造者或者客戶在后地機(jī)械加工成期望的孔直徑。

圖9B圖示了組裝處理之后的示例性的流通體組件1150，其中流通體組件1150仍包括先導(dǎo)孔1168。然而，如圖9B所示，在組裝處理之后，流通體組件1150被安裝在流量計(jì)組件1100中。

一旦流通體組件1150已經(jīng)被安裝，那么所述孔可以被機(jī)械加工成用戶或應(yīng)用所需的任何選定的直徑。例如，如圖9C所示，機(jī)械加工的孔1172具有比初始先導(dǎo)孔1168更大的直徑。機(jī)械加工的孔1172的直徑可以由客戶選定，并且在一個(gè)實(shí)施例中在運(yùn)輸之前由制造者最終機(jī)械加工。在另一個(gè)實(shí)施例中，最終機(jī)械加工的孔1172的直徑由客戶設(shè)定并且機(jī)械加工由客戶完成。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，諸如組件1150的流動(dòng)管組件需要符合一個(gè)或多個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，流通體組件可能需要與在由于有害性和/或爆炸性過程流體的出現(xiàn)的有害性或爆炸性環(huán)境中的使用兼容。然而，為了提供足夠的磁場(chǎng)以允許磁性表起作用，線圈電路不能被受限地供電，并且因此必須使用另外的隔離。隔離屏障，例如屏障 1180和1190，如圖9D所示，可以被用于保持與內(nèi)在安全標(biāo)準(zhǔn)符合，以便流通體組件1150被用在有害性或爆炸性氣體中。在一個(gè)實(shí)施例中，流通體組件1150符合國(guó)際危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)FM3600。在另一個(gè)實(shí)施例中，流通體組件1150符合國(guó)際危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)IEC60079。在一個(gè)實(shí)施例中，流通體組件1150利用標(biāo)準(zhǔn)材料，例如由ASME B31驗(yàn)證的鋼和/或鐵，使得建立邊界以承受管線壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，邊界1190被保持在部分流通體組件周圍，如圖9D所示，使得有害位置隔離和鍋爐壓力容器的壓力邊界被保持。在一個(gè)實(shí)施例中，邊界1180圍繞流通體組件，使得鍋爐壓力容器的壓力邊界被保持在邊界1180內(nèi)。

圖10A-10C圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的在制造的不同階段中的聚合物流通體組件的示意圖。圖10A圖示了在初始的流水線處理之后的流通體組件1150的視圖。圖10B圖示了在組裝處理之后的流通體組件的視圖。在圖10A和10B中，流通體組件被圖示為具有初始先導(dǎo)孔1168。圖10C圖示了具有機(jī)械加工的孔1172的最終的流通體組件，所述機(jī)械加工的孔1172具有比初始的先導(dǎo)孔1168更大的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，圖10A-10C圖示的步驟可以在接收客戶的允許由制造者完成最終的孔機(jī)械加工和校準(zhǔn)的訂單后由制造者完成。然而，如圖10B所示的，一系列具有預(yù)制造的先導(dǎo)孔的流通體組件(如圖10B 所示)可以由制造者存貨，并且可以按照客戶的請(qǐng)求完成最終的機(jī)械加工和校準(zhǔn)，如從圖10B到圖10C的轉(zhuǎn)換中所示。

圖11為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的在過程環(huán)境內(nèi)在安裝過程中形成流通體組件的方法的流程圖。方法1200提供一種過程，使得制造者或者客戶能夠在選定的孔直徑的情況下加工流通體組件。

在方框1210中，例如在制造過程內(nèi)提供流通體。流通體例如可以為在流水線處理已經(jīng)完成之前或之后的如圖9和10所述的流通體1150。最初，流通體可以在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有一個(gè)或兩個(gè)屏障1180和1190。

在方框1220中，所提供的流通體被安裝在流量計(jì)組件內(nèi)。這可以通過由制造者將流通體安裝在流量計(jì)組件內(nèi)而完成。在方框1220中，也可以完成流水線處理。

在方框1230中，所提供的流通體被機(jī)械加工成期望的孔直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，這包括擴(kuò)大初始設(shè)置的先導(dǎo)孔的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，這包括最終的孔直徑的校準(zhǔn)。在流通體組件具有最終機(jī)械加工的孔直徑后，它可以被安裝在過程環(huán)境中，或者被運(yùn)輸給客戶用于安裝。

提供可機(jī)械加工的流通體組件(例如，組件150或1150)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其允許內(nèi)襯和電極的內(nèi)部直徑在單個(gè)操作中被機(jī)械加工或鉸擴(kuò)至相同的直徑、在流通體的初始制造之后被執(zhí)行，使得在最終的流量計(jì)組件中流通體組件具有客戶選定的孔直徑。此外，預(yù)制造的、可機(jī)械加工的流通體組件允許在電極組件、線圈組件、布線和焊接的股那件制造操作已經(jīng)被制造者完成之后機(jī)械加工可變的孔幾何結(jié)構(gòu)。附加地，使用符合上述標(biāo)準(zhǔn)中的任何標(biāo)準(zhǔn)的材料允許機(jī)械加工可變的孔幾何結(jié)構(gòu)，使得在被最終機(jī)械加工時(shí)壓力邊界不受可變的孔幾何結(jié)構(gòu)的影響。附加地，兼容材料的使用允許有害性過程流體和環(huán)境與可變的孔幾何結(jié)構(gòu)無關(guān)地與額定電路隔離。

可以由終端用戶機(jī)械加工的諸如組件150或1150的流通體組件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其允許在現(xiàn)場(chǎng)將孔機(jī)械加工為可供選擇的直徑，允許消除否則則需要的校準(zhǔn)偏差步驟。在至少一個(gè)實(shí)施例中，流通體組件 1150減小了對(duì)可機(jī)械加工的多點(diǎn)式過程連接電極中的接地環(huán)的需求。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下在形式和細(xì)節(jié)方面作出改變。