專利名稱：流量計信號處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種科里奧利流量計的儀表電子器件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有信號調(diào)節(jié)器的儀表電子器件，所述調(diào)節(jié)器遠離主系統(tǒng)并且是內(nèi)在安全(intrinsically safe)的。再更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有信號調(diào)節(jié)器的儀表電子器件，所述調(diào)節(jié)器允許用傳統(tǒng)的2線或者4線電纜來給科里奧利流量計供電。
背景技術(shù)：
正如1985年1月1日授予給J.E.Smith等人的專利US4491025和1982年2月11日授予給J.E.Smith的專利Re31450所公開的，使用科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計來測量質(zhì)量流量和測量與流經(jīng)管道的材料相關(guān)的其它信息是已知的。這些流量計有一個或多個彎曲的或直線造型的流管。在科里奧利質(zhì)量流量計中的每一流管造型具有一組自然振動模式，其可以是簡單彎曲的、扭曲的、徑向的或耦合的類型。在這些自然模式之一下，驅(qū)動每一個流管以產(chǎn)生共振。通過流管和流管內(nèi)材料的綜合質(zhì)量部分地確定振動的材料填充系統(tǒng)的振動模式。材料從流量計進口側(cè)的連接管道流入流量計。接著對材料進行導(dǎo)向，使其流過一個或者多個流管，并從流量計流出到連接在出口側(cè)的管道。
驅(qū)動器把振動力施加到流管。該力使流管振動。當沒有材料流經(jīng)流量計時，沿著流管的所有點基本上以相同的相位振動。當材料開始流經(jīng)流管時，科里奧利加速度使得沿著流管的每一點相對于沿著流管的其它點具有不同的相位。在流管進口側(cè)的相位滯后于驅(qū)動器，而在流管出口側(cè)的相位超前于驅(qū)動器。在流管兩個不同點上的傳感器產(chǎn)生表示流管在兩點運動的正弦信號。從傳感器接收到的兩信號的相差以時間單位進行計算。在兩傳感器信號之間的相差正比于流經(jīng)一個或多個流管的材料的質(zhì)量流速。
現(xiàn)在須用9線電纜來把儀表電子器件連接到鄰近的流量計組件，這是一個問題。為了本討論的目的，儀表電子器件包括需用來產(chǎn)生驅(qū)動信號和處理來自傳感器的信號的所有電路，以及科里奧利流量計組件包括至少一個流管、一個附著的驅(qū)動器和需用來測量流管振動的多個傳感器。把儀表電子器件連接到流量計組件的9線電纜包括連接儀表電子器件和驅(qū)動器的兩根線、連接儀表電子器件和第一傳感件(pick-off)的兩根線、連接儀表電子器件和第二傳感件的兩根線以及連接儀表電子器件和溫度傳感器的三根線。
9線電纜是一種定制的電纜，其生產(chǎn)成本高，因此對于科里奧利流量計用戶來說其購買價格是昂貴的。當科里奧利流量計用戶希望把儀表電子器件移到遠離流量計組件的控制區(qū)域時，9線電纜的花費尤其是一個問題。9線電纜必須安裝在儀表電子器件和科里奧利流量計組件之間的全部長度上。該9線電纜的花費隨著和科里奧利流量計組件之間的距離增加而大大地增加。如果能夠用相對較便宜和易于購買的傳統(tǒng)2線或4線電纜來把流量計組件連接到儀表電子器件，特別是位于遠距離的儀表電子器件，這將是特別有益的。
在儀表電子器件設(shè)計中的另一個問題是儀表電子器件可能用在包含揮發(fā)性材料的爆炸性環(huán)境中。為了當前討論的目的，爆炸性環(huán)境是這樣的一種系統(tǒng)該系統(tǒng)包括揮發(fā)性材料，如果火花、過熱或過能引入到該環(huán)境中，則所述材料能被點燃。儀表電子器件在爆炸性環(huán)境中可以安全運行的一種方式是把儀表電子器件密封在防爆外殼內(nèi)。防爆外殼是設(shè)計用來確保來自所述外殼內(nèi)的火花或過熱不會點燃外殼之外的環(huán)境中的揮發(fā)性材料的這樣一種外殼。
為了防止設(shè)備爆炸，已知的方法包括封裝、加壓和使用耐火安全殼。每一個上述方法都把設(shè)備進行密封以便防止揮發(fā)性材料接觸設(shè)備，在設(shè)備處，所述設(shè)備的熱表面或者來自設(shè)備中電路的火花都可能點燃材料。如果材料在包殼內(nèi)著火，則包殼中的任何裂縫或者開口必須提供足夠長度的火焰路徑，以便材料從包殼內(nèi)逸出時冷卻材料。熱材料的冷卻防止了熱材料點燃包殼外的揮發(fā)性材料。
第二種解決方法是使儀表電子器件內(nèi)在地安全。內(nèi)在安全設(shè)備是僅具有在某一低能級下運行的電路的設(shè)備。通過在某一能級下運行，能夠防止火花或過熱的產(chǎn)生，并且能夠避免爆炸，即使是設(shè)備在某方式下發(fā)生故障時。設(shè)備內(nèi)在安全的能級需通過協(xié)調(diào)機構(gòu)來確定，例如美國的UL、歐洲的CENELEC、加拿大的CSA和日本的TIIS。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在來解決上述的和其它問題，本領(lǐng)域的進展由儀表電子器件作出，所述儀表電子器件具有按照本發(fā)明操作的信號調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的第一個優(yōu)點是與科里奧利流量計組件連接的9線電纜可以不用9，即使是在電源遠離科里奧利流量計組件的流量計中。本儀表電子器件的第二個優(yōu)點是全部的儀表電子器件不必密封在防爆外殼內(nèi)。相反，使用了儀表電子器件的信號調(diào)節(jié)器，其在低于所需能量和/或功率閾值的能級運行，所述閾值須是內(nèi)在安全的。信號調(diào)節(jié)器可以鄰近科里奧利流量計組件，如果連接信號調(diào)節(jié)器的電線在大于內(nèi)在安全閾值的級別下不傳輸能量和/或功率，則信號調(diào)節(jié)器不必密封在防爆外殼內(nèi)。
本發(fā)明的儀表電子器件排除了對傳統(tǒng)9線電纜的需要，所述9線電纜把流量計組件連接到科里奧利流量計內(nèi)的儀表電子器件上。相反，能夠用傳統(tǒng)的2線或4線電纜來把能量和/或功率從遠程主系統(tǒng)供應(yīng)到信號調(diào)節(jié)器。信號調(diào)節(jié)器鄰近科里奧利流量計組件并且產(chǎn)生驅(qū)動信號，從運動傳感件和附著在科里奧利流量計流管上的溫度傳感器接收傳感器信號，并且處理來自傳感件的信號以產(chǎn)生流經(jīng)流管的材料的有關(guān)特性的信息。
信號調(diào)節(jié)器通過9根分開的電線連接到驅(qū)動器和科里奧利流量計的傳感器上，所述9根分開的電線與先前用來把儀表電子器件連接到科里奧利流量計的傳統(tǒng)9線電纜是顯然不同的。在處理完傳感件信號后，信號調(diào)節(jié)器通過傳統(tǒng)4線電纜內(nèi)的兩根單獨的電線或者傳統(tǒng)2線電纜內(nèi)供應(yīng)功率的2根電線傳輸有關(guān)流動材料特性的信息。
為了使信號調(diào)節(jié)器能夠內(nèi)在地安全，信號調(diào)節(jié)器包括主機方保護電路和流量計組件保護電路。主機方保護電路防止信號調(diào)節(jié)器把超過內(nèi)在安全閾值的能量和/或功率施加到連接信號調(diào)節(jié)器和遠程主系統(tǒng)的多根電線上。內(nèi)在安全閾值是由不同機構(gòu)規(guī)定的能量和/或功率的級別，以確?；鸹ɑ螂娐返臒崃坎粫c燃環(huán)境中的揮發(fā)性材料。在余下的討論中，為了簡潔的目的，功率應(yīng)理解為平均能量和/或功率。
主機方保護電路可以包括電源保護電路和/或信號保護電路。電源保護電路防止功率從信號調(diào)節(jié)器經(jīng)第一電線和第二電線流出，所述第一電線和第二電線從遠程主系統(tǒng)向信號調(diào)節(jié)器供應(yīng)功率。信號保護電路防止信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號調(diào)節(jié)電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接拾取信號調(diào)節(jié)電路和遠程主系統(tǒng)的多根電線上。
流量計組件保護電路防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到與流量計組件相連接的多根電線上。流量計組件保護電路包括驅(qū)動信號保護電路和傳感器信號保護電路。驅(qū)動信號保護電路防止信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的驅(qū)動電路把超過內(nèi)在閾值功率的功率施加到與驅(qū)動器連接的電線上。傳感器信號保護電路防止信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號調(diào)節(jié)電路把功率施加到與第一傳感件相連的電線和與第二傳感件相連的線上。
遠程主系統(tǒng)包括電源和第二信號處理系統(tǒng)。電源向整個系統(tǒng)供應(yīng)功率。第二信號處理系統(tǒng)接收來自信號調(diào)節(jié)器的輸出信號，并且確定流經(jīng)流管的材料的特性。為了內(nèi)在地安全，主系統(tǒng)包括一屏障(barrier)，該屏障防止主系統(tǒng)把大于內(nèi)在安全閾值的功率施加到與信號調(diào)節(jié)器相連的電線上。
遠程主系統(tǒng)的屏障包括電源保護電路和第二處理保護電路。電源保護電路防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到第一電線和第二電線上，所述第一電線和第二電線把功率供應(yīng)到信號處理器。第二信號保護電路防止第二處理系統(tǒng)把功率施加到連接第二處理系統(tǒng)和信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號調(diào)節(jié)電路的電線上。
本發(fā)明的一個方面是用于能夠內(nèi)在安全的科里奧利流量計的電子器件。該儀表電子器件包括驅(qū)動電路；能夠向信號調(diào)節(jié)器提供功率的電源；其特征在于，所述儀表電子器件進一步包括所述信號調(diào)節(jié)器，在該信號調(diào)節(jié)器內(nèi)配置所述驅(qū)動電路；遠離其內(nèi)部配置有所述電源的所述信號調(diào)節(jié)器的主系統(tǒng)；其中，所述信號調(diào)節(jié)器通過第一引線和第二引線從所述電源接收功率；其中，所述信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的所述驅(qū)動電路響應(yīng)從所述電源接收到的功率，產(chǎn)生一個驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號施加到固定在所述科里奧利流量計的至少一個導(dǎo)管上的驅(qū)動器；所述信號調(diào)節(jié)器內(nèi)部的拾取信號調(diào)節(jié)電路，其從固定在所述至少一個導(dǎo)管上的第一拾取傳感器和第二拾取傳感器接收輸入信號，并響應(yīng)該信號，產(chǎn)生指示流過所述至少一個導(dǎo)管的材料屬性的信息，所述信號調(diào)節(jié)器將包含所述材料信息的輸出信號發(fā)送到所述主系統(tǒng)；所述信號調(diào)節(jié)器中的主方保護電路，其防止超過一個內(nèi)在安全閾值的功率由所述信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的電路施加到連接所述信號調(diào)節(jié)器與所述主系統(tǒng)的導(dǎo)線；和所述信號調(diào)節(jié)器中的流量計組件保護電路，其防止超過一個內(nèi)在安全閾值的功率通過路徑100施加到一個科里奧利流量計組件。
優(yōu)選地，所述主方保護電路包括電源保護電路，其防止所述信號調(diào)節(jié)器把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線上。
優(yōu)選地，所述主方保護電路包括信號保護電路，其防止所述信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的所述電路把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接所述拾取信號調(diào)節(jié)電路和所述主系統(tǒng)的引線上。
優(yōu)選地，所述流量計組件保護電路進一步包括驅(qū)動保護電路，其防止所述驅(qū)動電路把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到與所述驅(qū)動器連接的電線上；和傳感器保護電路，其防止所述拾取信號調(diào)節(jié)電路把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到將所述第一拾取傳感器和第二拾取傳感器連接到所述拾取信號調(diào)節(jié)電路的導(dǎo)線上。
優(yōu)選地，所述主系統(tǒng)包括所述電源和第二信號處理系統(tǒng)，所述儀表電子器件進一步包括在所述主系統(tǒng)內(nèi)的屏障，其防止所述主系統(tǒng)把超過內(nèi)在安全閾值的能量施加到所述信號調(diào)節(jié)器和所述遠程主系統(tǒng)之間的所述引線上。
優(yōu)選地，所述屏障包括電源保護電路，其防止所述電源把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線。
優(yōu)選地，所述屏障內(nèi)的儀表電子器件包括在所述主系統(tǒng)內(nèi)的第二信號處理保護電路，其防止所述第二信號處理系統(tǒng)把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到電線上，所述電線把所述拾取信號調(diào)節(jié)電路連接到所述第二信號處理系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，所述輸出信號通過所述拾取信號調(diào)節(jié)電路施加到第一引線和第二引線，所述第一引線和第二引線延伸到所述遠程主系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，所述輸出信號被施加到與所述遠程主系統(tǒng)相連的第三引線和第四引線。
優(yōu)選地，所述驅(qū)動電路控制所述驅(qū)動信號的電流量，所述驅(qū)動信號被施加到所述驅(qū)動器上。
優(yōu)選地，所述驅(qū)動電路控制所述驅(qū)動信號的電壓量，所述驅(qū)動信號被施加到所述驅(qū)動器上。
本發(fā)明的另一方面是一種用于處理科里奧利流量計信號的能夠內(nèi)在安全的方法，包括以下步驟
從輸入信號產(chǎn)生指示流經(jīng)科里奧利流量計的材料的特性的信息；其特征在于所述方法進一步以下步驟在信號調(diào)節(jié)器內(nèi)經(jīng)第一引線和第二引線接收來自主系統(tǒng)內(nèi)的電源的功率，所述主系統(tǒng)遠離所述信號調(diào)節(jié)器；防止所述信號調(diào)節(jié)器把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線上；利用所述信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的驅(qū)動電路從所述接收到的功率產(chǎn)生驅(qū)動信號；把所述驅(qū)動信號施加到附著在所述科里奧利流量計的至少一個導(dǎo)管上的驅(qū)動器上；防止所述驅(qū)動電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到所與所述驅(qū)動器連接的電線上；通過所述信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號調(diào)節(jié)電路從第一拾取傳感器和第二拾取傳感器接收輸入信號，所述第一拾取傳感器和第二拾取傳感器附著在所述科里奧利流量計的至少一個導(dǎo)管上；防止所述拾取信號調(diào)節(jié)電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到把第一拾取傳感器和第二拾取傳感器連接到拾取信號調(diào)節(jié)電路的電線上；把包含所述信息的輸出信號傳輸?shù)剿鲋飨到y(tǒng)上；以及防止所述驅(qū)動電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到電線上，所述電線把拾取信號調(diào)節(jié)電路連接到所述主系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，所述主系統(tǒng)包括所述電源和第二信號處理系統(tǒng)，所述方法進一步包括以下步驟防止所述主系統(tǒng)把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述信號調(diào)節(jié)器與第二信號處理系統(tǒng)之間的引線上。
優(yōu)選地，防止來自所述遠程主系統(tǒng)的功率的所述步驟包括以下步驟防止所述電源把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線上。
優(yōu)選地，防止來自所述主系統(tǒng)的功率的所述步驟包括以下步驟防止所述第二信號處理系統(tǒng)把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接所述拾取信號調(diào)節(jié)電路和第二信號處理系統(tǒng)的引線上。
優(yōu)選地，傳輸所述輸出信號的所述步驟包括以下步驟通過所述拾取信號調(diào)節(jié)電路把所述輸出信號施加到所述第一引線和第二引線上。
優(yōu)選地，傳輸所述輸出信號的所述步驟進一步包括以下步驟把所述輸出信號施加到與所述主系統(tǒng)相連的所述第三引線和第四引線上。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括以下步驟控制被施加到所述驅(qū)動器上的所述驅(qū)動信號的電流量。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括以下步驟控制被施加到所述驅(qū)動器上的所述驅(qū)動信號的電壓量。
本發(fā)明的另一方面是一個流量計信號處理系統(tǒng)，包括儀表電子器件；其特征在于所述儀表電子器件進一步包括信號調(diào)節(jié)器；與所述信號調(diào)節(jié)器遠程耦合的主系統(tǒng)；其中所述信號調(diào)節(jié)器和所述主系統(tǒng)在內(nèi)在安全閾值內(nèi)操作。
優(yōu)選地，所述信號調(diào)節(jié)器包括流量計組件保護電路和主方保護電路，所述流量計組件保護電路與流量計組件相耦合，所述主方保護電路與所述主系統(tǒng)相耦合。
優(yōu)選地，所述流量計組件保護電路包括驅(qū)動保護電路。
優(yōu)選地，所述流量計組件保護電路包括傳感器保護電路。
優(yōu)選地，所述主系統(tǒng)包括一屏障。
優(yōu)選地，所述屏障包括與所述信號調(diào)節(jié)器相耦合的電源保護電路。
優(yōu)選地，所述屏障包括與所述信號調(diào)節(jié)器相耦合的第二處理保護電路。
本發(fā)明的另一方面是一個處理流量計信號的所述方法，包括以下步驟設(shè)置儀表電子器件其特征在于所述方法進一步包括以下步驟設(shè)置具有信號調(diào)節(jié)器的所述儀表電子器件的信號處理系統(tǒng)和與流量計相耦合的主系統(tǒng)。
在內(nèi)在安全閾值內(nèi)操作所述信號調(diào)節(jié)器；
在內(nèi)在安全閾值內(nèi)操作遠離所述信號調(diào)節(jié)器的所述主系統(tǒng)；在所述信號調(diào)節(jié)器處接收來自所述流量計組件的信號；以及處理所述信號。
優(yōu)選地，操作所述信號調(diào)節(jié)器的所述步驟包括以下步驟產(chǎn)生驅(qū)動信號；以及把所述驅(qū)動信號施加到與所述流量計組件耦合的驅(qū)動器。
優(yōu)選地，操作所述信號調(diào)節(jié)器的所述步驟包括接收來自與所述流量計組件相耦合的至少一個拾取傳感器的信號。
優(yōu)選地，操作所述信號調(diào)節(jié)器的所述步驟包括接收來自所述主系統(tǒng)的功率。
優(yōu)選地，操作所述信號調(diào)節(jié)器的所述步驟包括把信號提供給所述主系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括在所述信號調(diào)節(jié)器的操作期間或者在短路狀態(tài)期間防止功率超過內(nèi)在安全閾值的步驟。
優(yōu)選地，所述防止步驟包括提供所述信號調(diào)節(jié)器的保護電路。
優(yōu)選地，操作所述主系統(tǒng)的所述步驟包括向所述信號調(diào)節(jié)器提供功率。
優(yōu)選地，操作所述主系統(tǒng)的所述步驟包括接收來自所述信號調(diào)節(jié)器的信號。
優(yōu)選地，所述步驟進一步包括在所述信號調(diào)節(jié)器的操作期間或者在短路狀態(tài)期間防止功率超過內(nèi)在安全閾值的步驟。
優(yōu)選地，所述防止步驟包括提供所述信號調(diào)節(jié)器的保護電路。


通過詳細的描述和下列附圖闡述本發(fā)明上述和其它優(yōu)點圖1表示根據(jù)本發(fā)明的科里奧利流量計組件和相關(guān)的儀表電子器件；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的儀表電子器件的方框圖；以及圖3表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的儀表電子器件的進一步細節(jié)。
具體實施例方式
接下來，通過參考附圖，更加全面地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中在全文中類似的數(shù)字標記指代類似的元件。
圖1表示示例性的科里奧利流量計5，其包括科里奧利流量計組件10和儀表電子器件20。流量計組件10經(jīng)路徑100與儀表電子器件20連接，從而通過路徑26提供例如(但不僅限于)密度、質(zhì)量流速、體積流速和累計質(zhì)量流量信息?，F(xiàn)在描述科里奧利流量計的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠結(jié)合任何具有振動管的裝置來進行實際應(yīng)用，以便測量流經(jīng)導(dǎo)管的材料的特性。該裝置的第二個例子是振動管密度計，該密度計沒有科里奧利質(zhì)量流量計提供的另外的測量能力。
流量計組件10包括一對法蘭101和101′、歧管102和導(dǎo)管103A和103B。與導(dǎo)管103A和103B相連的是驅(qū)動器104、拾取傳感器105和105′以及溫度傳感器107。撐桿106和106′用來限定軸W和W′，其中每一個導(dǎo)管圍繞軸W和W′振動。
當把科里奧利流量計5插入到傳輸正被測量的工質(zhì)材料的管道系統(tǒng)(未示出)中時，材料通過法蘭101進入到流量計組件10，流經(jīng)歧管102，在歧管102中該材料被導(dǎo)向?qū)Ч?03A和103B，接著流經(jīng)導(dǎo)向?qū)Ч?03A和103B，最后材料返回到歧管102并經(jīng)法蘭101′流出流量計組件10。
選擇導(dǎo)管103A和103B，并把他們適當?shù)匕惭b到歧管102上，從而分別在彎曲軸W-W和W′-W′周圍具有基本相同的質(zhì)量分布、慣性矩和彈性模數(shù)。導(dǎo)管103A和103B以基本上平行的方式從歧管向外延伸。
導(dǎo)管103A和103B由驅(qū)動器104驅(qū)動，相位與他們各自的彎曲軸W和W′相反，在術(shù)語上稱為流量計的第一異相彎曲模式。驅(qū)動器104可以包括多種公知設(shè)備中的任何一種，例如安裝到導(dǎo)管103A的磁鐵和安裝到導(dǎo)管103B的反作用線圈，交流電通過該線圈傳遞以使兩導(dǎo)管振動。由儀表電子器件20經(jīng)路徑110把合適的驅(qū)動信號施加給驅(qū)動器104。
在導(dǎo)管103A和103B的兩相對端上拾取傳感器105和105′附著到至少一個導(dǎo)管上，以便測量導(dǎo)管的振動。當導(dǎo)管103A和103B振動時，拾取傳感器105和105′產(chǎn)生第一拾取信號和第二拾取信號。把第一和第二拾取信號施加到路徑111和111′。把驅(qū)動器速度信號施加到路徑110。
溫度傳感器107附著到至少一個導(dǎo)管103A和/或103B上。溫度傳感器107測量該導(dǎo)管的溫度，以便修正用于該系統(tǒng)的溫度的方程式。路徑112把溫度信號從溫度傳感器107傳遞到儀表電子器件20。
儀表電子器件20分別接收出現(xiàn)在路徑111和111′上的第一和第二拾取信號。儀表電子器件20處理該第一和第二信號以計算質(zhì)量流速、密度或流經(jīng)流量計組件10的材料的其它特性。儀表電子器件20把該計算的信息經(jīng)路徑26施加到應(yīng)用裝置(未示出)。
科里奧利流量計5在結(jié)構(gòu)上類似于振動管密度計。振動管密度計也采用振動管，液體流過振動管，或者在樣品型密度計的情況下，液體貯集在振動管中。振動管密度計也采用驅(qū)動系統(tǒng)，以激發(fā)導(dǎo)管振動。振動管密度計一般僅采用單個反饋信號，因為密度測量僅需要頻率的測量，并且相位測量是不必要的。本發(fā)明的描述同樣適用于振動管密度計。
附圖2描述附圖2以方框圖的形式示出了本發(fā)明的儀表電子器件20的優(yōu)選實施例。在該實施例中，儀表電子器件20被物理地分成遠程主系統(tǒng)200和鄰近流量計組件10的信號調(diào)節(jié)器201。在傳統(tǒng)的儀表電子器件中，這些部件安裝成一個整體并且通常鄰近流量計組件10。在這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，必須運行從儀表電子器件20到流量計組件10的9線電纜。然而，根據(jù)本發(fā)明的儀表電子器件20的部件分開成遠程主系統(tǒng)200和信號調(diào)節(jié)器201，消除了對9線電纜的需要，所述9線電纜用來把信號從儀表電子器件20施加到與驅(qū)動器104、拾取傳感器105-105′和溫度傳感器107(全部如圖1所示)相連接的電線上。相反，通過把信號調(diào)節(jié)器201和流量計組件10并列在一起，信號調(diào)節(jié)器201可以直接連接到路徑110、111-111′和112中的9根電線上。
信號調(diào)節(jié)器201包括驅(qū)動電路210和拾取調(diào)節(jié)電路220。信號調(diào)節(jié)器201能夠內(nèi)在地安全。因而，在信號調(diào)節(jié)器201內(nèi)的所有電路在低于內(nèi)在安全閾值的功率級別運行。為了本討論的目的，功率意思是能量和/或功率。內(nèi)在安全閾值是指設(shè)備在可以運行的同時又能確保來自電路的火花、過能或過熱不會點燃環(huán)境中揮發(fā)性物質(zhì)的最大功率。驅(qū)動電路210和拾取調(diào)節(jié)電路220可以是分開的模擬電路或是由數(shù)字信號處理器或其它數(shù)字部件提供的分開的功能塊。
驅(qū)動電路210產(chǎn)生驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號經(jīng)路徑100的路徑110(參見圖1)施加到驅(qū)動器104上。驅(qū)動電路210經(jīng)路徑215連接到拾取信號調(diào)節(jié)電路。路徑215允許驅(qū)動電路210監(jiān)視輸入的拾取信號，以便調(diào)節(jié)該驅(qū)動信號。從遠程主系統(tǒng)經(jīng)第一引線211和第二引線212施加運行驅(qū)動電路210和拾取信號調(diào)節(jié)電路220的功率。第一引線211和第二引線212可以是傳統(tǒng)2線或4線電纜的一部分。
拾取信號調(diào)節(jié)電路220從拾取傳感件105-105′和溫度傳感器107經(jīng)路徑111、111′和112(參見圖1)接收輸入信號。拾取信號調(diào)節(jié)電路220測定拾取信號的頻率，也可以測定流經(jīng)導(dǎo)管103A-103B(參見圖1)的材料的特性。在測定材料的特性和來自拾取傳感器105-105′的輸入信號的頻率后，產(chǎn)生載有該信息的輸出信號并且該輸出信號經(jīng)路徑221被輸送到遠程主系統(tǒng)內(nèi)的第二信號處理系統(tǒng)250。在優(yōu)選實施例中，路徑221包括2根引線321和323(參見圖3)。
遠程主系統(tǒng)200包括電源230和第二信號處理系統(tǒng)250。電源230接收來自一電源的電，并把接收的電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的適當功率。第二信號處理系統(tǒng)250接收來自拾取信號調(diào)節(jié)電路220的輸出信號并且然后可以執(zhí)行所需的處理以提供用戶所需的流經(jīng)導(dǎo)管103A-103B的材料的特性。該特性可以包括但不限于密度、質(zhì)量流速和體積流速。
圖3的描述圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的方框圖，本發(fā)明是內(nèi)在安全的。該實施例允許信號調(diào)節(jié)器201能夠內(nèi)在地安全。因此，信號調(diào)節(jié)器201不必安裝在防爆外殼內(nèi)。相反，在爆炸性環(huán)境中，僅遠程主系統(tǒng)200的組件須安裝在防爆外殼內(nèi)。
為了使信號調(diào)節(jié)器201內(nèi)在安全，驅(qū)動電路210和拾取信號調(diào)節(jié)電路220必須在低于內(nèi)在安全閾值的功率工作，所述內(nèi)在安全閾值是各種機構(gòu)允許設(shè)備在操作時能保證來自電路的火花或熱量不會點燃環(huán)境中揮發(fā)性材料的最大功率。在該實施例中，驅(qū)動控制電路210經(jīng)引線211和212接收來自電源230的功率，并且把驅(qū)動信號經(jīng)路徑100中的路徑110的引線341-342施加到驅(qū)動器104上。(也參見圖1)。
拾取信號調(diào)節(jié)電路220經(jīng)引線343-347接收來自拾取傳感器105-105′、溫度傳感器107的(參見圖1)的信號，如下所述，引線343-347穿過流量計組件屏障電路330。接著，輸出信號被施加到路徑221的引線321和323上。引線321和323需要支持傳統(tǒng)的4-20ma(multi-amp)或RS405協(xié)議。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到把輸出信號應(yīng)用到引線212-212也是可能的，通過引線212-212接收來自主系統(tǒng)200的功率。
信號調(diào)節(jié)器201還包括主機方保護電路320和流量計組件保護電路330，該主機方保護電路320防止信號調(diào)節(jié)器201把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接信號調(diào)節(jié)器201和遠程主系統(tǒng)200的引線上。該流量計組件保護電路330防止信號調(diào)節(jié)器201把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接信號調(diào)節(jié)器201和流量計組件10的電線341-349上。內(nèi)在安全閾值是各種機構(gòu)允許設(shè)備操作及被評定為內(nèi)在安全的功率的最大量。
主機方保護電路320包括功率保護電路322和信號保護電路324。功率保護電路322經(jīng)第一引線211和第二引線212接收功率，并且確保在操作期間或者在發(fā)生短路時，信號調(diào)節(jié)器201不會經(jīng)引線211-212施加功率。信號保護電路324確保信號調(diào)節(jié)器201不會把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到引線321和-323上。
流量計組件保護電路330包括驅(qū)動保護電路331和傳感器保護電路332。驅(qū)動器保護電路331防止驅(qū)動電路210把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到與驅(qū)動器104(如圖1所示)連接的電線341-342上。傳感器保護電路332防止拾取信號調(diào)節(jié)電路220在操作期間或者在發(fā)生短路時把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到電線343-347上。
為了使系統(tǒng)內(nèi)在地安全，遠程主系統(tǒng)200不能把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到與信號調(diào)節(jié)器201連接的電線上。遠程主系統(tǒng)200內(nèi)的屏障310防止超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接主系統(tǒng)200和信號調(diào)節(jié)器201的引線211-212和321和323上。屏障310包括電源保護電路311和第二處理保護電路312。
電源保護電路311經(jīng)路徑313-314接收來自電源230的功率，其包括在正常操作期間或者在發(fā)生短路時防止正被施加給引線211-212的功率超過內(nèi)在安全閾值的電路?？梢砸砸€211-212上的電流量或電壓量的形式測定功率量。
第二處理保護電路312經(jīng)路徑221內(nèi)的引線321和323接收來自信號調(diào)節(jié)電路220的信號，并且把輸出信號經(jīng)電線315-316傳遞給第二信號處理系統(tǒng)250。第二處理保護電路312防止在正常操作期間或者發(fā)生短路時超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加給路徑221的引線321和323。
以上描述了具有信號調(diào)節(jié)器的科里奧利流量計的儀表電子器件，所述信號調(diào)節(jié)器能夠內(nèi)在地安全并且消除了對傳統(tǒng)9線電纜的需要。
權(quán)利要求
1.一種流量計信號處理系統(tǒng)，包括儀表電子器件(20)，其特征在于所述儀表電子器件(20)包括信號調(diào)節(jié)器(201)；遠離所述信號調(diào)節(jié)器并與其相連的主系統(tǒng)(200)；其中所述信號調(diào)節(jié)器(201)和所述遠程主系統(tǒng)(200)在內(nèi)在安全閾值內(nèi)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計信號處理系統(tǒng)，其中所述信號調(diào)節(jié)器(201)包括連接到流量計組件(5)的流量計組件保護電路(330)和連接到所述主系統(tǒng)(200)的主方保護電路(220)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計信號處理系統(tǒng)，其中所述流量計組件保護電路(330)包括驅(qū)動保護電路(331)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的流量計信號處理系統(tǒng)，其中所述流量計組件保護電路包括傳感器保護電路(332)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計信號處理系統(tǒng)，其中所述主系統(tǒng)包括一個屏障(310)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的流量計信號處理系統(tǒng)，其中所述屏障包括連接到所述信號調(diào)節(jié)器(201)的電源保護電路(311)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的流量計信號處理系統(tǒng)，其中所述屏障(310)包括連接到所述信號調(diào)節(jié)器(201)的第二處理保護電路(312)。
8.一種處理流量計信號的方法，其包括以下步驟提供儀表電子器件(20)；其特征在于所述方法還包括以下步驟提供一個信號處理系統(tǒng)(20)給所述儀表電子器件，它具有連接到流量計組件(5)的一個信號調(diào)節(jié)器(201)和一個主系統(tǒng)(5)；在一個內(nèi)在安全閾值內(nèi)運作所述信號調(diào)節(jié)器(201)遠離所述信號調(diào)節(jié)器(201)并且在一個內(nèi)在安全閾值內(nèi)運作所述主系統(tǒng)(200)在所述信號調(diào)節(jié)器(201)處接收來自所述流量計組件(5)的信號；處理該信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運作所述信號調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括以下步驟產(chǎn)生一個驅(qū)動信號；和將所述驅(qū)動信號施加到連接于所述流量計組件(5)的驅(qū)動器(104)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運作所述信號調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括由連接到所述流量計組件(5)的至少一個拾取傳感器(105)接收信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運作所述信號調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括由所述主系統(tǒng)(200)接收電能。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運作所述信號調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括提供信號給所述主系統(tǒng)(200)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9、10、11、或12的方法，還包括在所述信號調(diào)節(jié)器(201)工作期間或在一個短狀態(tài)期間，防止功率超出所述內(nèi)在安全閾值范圍的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述防止功率超出安全閾值的步驟包括提供一個保護電路給所述信號調(diào)節(jié)器(201)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運作所述主系統(tǒng)(200)的步驟包括將電能提供給所述信號調(diào)節(jié)器(201)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運作所述主系統(tǒng)(200)的步驟包括接收來自所述信號調(diào)節(jié)器(201)的信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的方法，還包括在所述信號調(diào)節(jié)器(201)工作期間或在一個短狀態(tài)期間，防止功率超出所述內(nèi)在安全閾值范圍的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述防止功率超出安全閾值的步驟包括提供一個保護電路給所述主系統(tǒng)(200)。
全文摘要
信號調(diào)節(jié)器(201)接收來自主系統(tǒng)(200)內(nèi)的電源(230)的功率，該主系統(tǒng)(200)遠離該信號調(diào)節(jié)器(201)；信號調(diào)節(jié)器(201)內(nèi)的驅(qū)動電路(210)產(chǎn)生驅(qū)動信號，并且把該驅(qū)動信號施加到驅(qū)動器(104)上；在信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號調(diào)節(jié)電路(220)接收來自第一拾取傳感器(105)和第二拾取傳感器(105′)的輸入信號，并從輸入信號產(chǎn)生指示流經(jīng)導(dǎo)管的材料的特性的信息，并且傳輸輸出信號；在信號調(diào)節(jié)器(201)內(nèi)的主方保護電路(320)防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到連接所述信號調(diào)節(jié)器和主系統(tǒng)(200)的引線上；以及在信號調(diào)節(jié)器內(nèi)的流量計組件保護電路(330)防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到把信號調(diào)節(jié)器(201)連接到驅(qū)動器(104)、第一拾取傳感器(105)以及第二拾取傳感器(105′)上的引線(100)上。
文檔編號H02H9/00GK1607377SQ20041001175
公開日2005年4月20日 申請日期2000年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者W·M·曼斯菲爾德, M·J·佐洛克 申請人:微動公司