專利名稱：采用線圈接地路徑檢測的磁流量計的制作方法
采用線圈接地路徑檢測的磁流量計
背景技術：
本發(fā)明涉及磁流量計。更具體地，本發(fā)明涉及采用線圈接地路徑檢測的磁流量計。磁流量計通過檢測流經(jīng)磁場的流體的速度來測量導電流體的體積流率。磁流量計系統(tǒng)典型地包括流量管裝置和變送器裝置。流量管裝置垂直或水平地安裝在過程管線中， 并且包括管道部分、線圈部分和電極。線圈位于管道橫截面的相對側。由來自變送器的線圈驅(qū)動電流來供電的線圈沿著管道的橫截面產(chǎn)生磁場。兩個電極沿著垂直于磁場的線彼此橫跨在管道上。流經(jīng)管道的流體是導電的。由于導體移動經(jīng)過磁場，在流體中產(chǎn)生電勢或電動勢(EMF)，其中可以在兩個電極之間檢測到該電勢或電動勢。因此，操作基于法拉第電磁感應定律。過程流體泄漏到線圈隔室中可以對磁流量計中的線圈造成危害。這會引起線圈和電接地之間的電路徑。包括老化或組件疲勞在內(nèi)的其他原因也會造成線圈與電接地之間的電路徑。電接地路徑導致施加到線圈的驅(qū)動信號減小，這是由于線圈驅(qū)動信號的一部分流向了電接地。這會導致所施加的EMF減小，以及導致來自感測電極的輸出的相應減小。這會導致不精確的流量測量。線圈驅(qū)動信號的損失典型地不能通過簡單地測量線圈驅(qū)動電流而檢測到。這是因為線圈驅(qū)動控制電路的輸出在設定的電流水平下是固定的，而與至接地的任何電流泄漏無關。

發(fā)明內(nèi)容
一種磁流量計，包括流量管，被布置為接收過程流體的流量；以及接近流量管的線圈，所述線圈被布置為向過程流體施加磁場。感測電極被布置為響應于所施加的磁場來感測流量管中的電壓電勢。所感測的電壓表示經(jīng)過流量管的過程流體的流率。診斷電路提供與線圈和電接地之間的電路徑有關的輸出。


圖1是雙線通信回路中的磁流量計的框圖。圖2是示出了用于磁流量計的橋式脈沖控制電流驅(qū)動器的示意圖。圖3A是示出了在一個配置中耦合至線圈的驅(qū)動電路的簡化圖。圖;3B是示出了在第二配置中耦合至線圈的驅(qū)動電路的簡化圖。圖4是示出了至接地電阻的線圈的測量的簡化圖。圖5是示出了本發(fā)明的示例步驟的簡化框圖。
具體實施例方式在圖1中，磁流量計系統(tǒng)2連接至承載電流I的雙線通信4_20mA回路以及AC電源線(未示出)。流量管4承載流體流量。變送器9向與流量管4相鄰的線圈沈提供線圈驅(qū)動電流l·，線圈26在流體中產(chǎn)生磁場。電極6、8沿著垂直于流體中磁場的線安裝在流量管4中，用于感測由流體流動而引起的EMF。變送器9感測電極6、8之間的EMF，并控制對感測到的EMF加以表示的DC輸出電流I，其中感測到的EMF與流體流量成比例。變送器9 在4-20mA電流回路上向遠程接收站11發(fā)送電流I。變送器9還可以使用HART數(shù)字協(xié)議、 Fieldbus協(xié)議、無線協(xié)議或其他技術以數(shù)字形式發(fā)送流量輸出。圖2示出了變送器9中的驅(qū)動器電路10。磁流量計系統(tǒng)2的H橋式流量管驅(qū)動器 10向負載(線圈)沈產(chǎn)生交流驅(qū)動電流Ip在H橋式驅(qū)動器10中，電源12對晶體管橋式電路14供電。在橋式電路14中，控制電路28和30連接至場效應晶體管(FET) 16,FET 18、 FET 20和FET 22的柵極，以將這些FET成對地接通，從而向負載沈提供交流電流。來自電源12的線連接至FET 16和18的漏極端子，并且連接至FET 20和22的源極端子。FET 16的源極端子和FET 20的漏極端子連接至負載沈的一側。控制電路觀和30將輸入的高 (HIGH)邏輯電平和低(LOW)邏輯電平轉(zhuǎn)換成期望的電壓偏置電平，所述期望的電壓偏置電平與晶體管16、18、20、22的柵極兼容，以在接通和關斷狀態(tài)之間切換。微處理器40根據(jù)感測到的電流，在期望的工作頻率(典型地，37. 5Hz)下產(chǎn)生控制輸出a和a’。輸出a和a’分別向電路觀和30提供邏輯電平。微處理器40連接至存儲器 44、時鐘46、操作者輸入/輸出(I/O)電路48和回路I/O電路49。存儲器44包含用于對微處理器40的操作加以控制的編程指令。微處理器40以由時鐘46確定的速度來工作，并且通過輸入/輸出電路48來接收操作者命令輸入。輸入/輸出電路49用于在4-20mA電流回路上提供輸出連接。作為回路連接的備選方案或附加方案，I/O電路49可以用于無線
ififn。在一個實施例中，電源12是開關電源。如下所述，橋式電路14周期性地將電源12 交變或換向地通過負載26。在第一交變(alternation)或狀態(tài)期間，信號a變?yōu)楦?，a’變?yōu)榈??？刂齐娐穼⑿盘朾驅(qū)動為高，而將信號b’驅(qū)動為低，從而使晶體管16和22導通，而晶體管18和20截止，進而沿著箭頭所示的方向提供電流l·。類似地，在第二交變或狀態(tài)期間，信號a變?yōu)榈停?而信號a’變?yōu)楦摺？刂齐娐酚^和30將信號b驅(qū)動為低，而將信號b’驅(qū)動為高，從而使晶體管18和20導通，而晶體管16和22截止，進而沿著與箭頭所示方向相反的方向提供電流 Ilo在正常操作期間，這種交變是在37. 5Hz下進行的，在一些情況下是在6Hz下進行的。然而也可以使用其他頻率。來自電源12的電流Is通過感測電阻器I^sense 52流向返回路徑50。電阻器52還連接至信號接地討。模數(shù)轉(zhuǎn)換器58連接至感測電阻器52，并向微處理器40提供對流經(jīng)負載(線圈)26的電流加以表示的輸出。A/D電路58的輸出表示流經(jīng)感測電阻器52的電流 Is的大小。微處理器40如下所述監(jiān)控電流Is的大小。圖3A和;3B是示出了正常操作期間場效應晶體管16-22的狀態(tài)的簡化圖。晶體管 16-22被示為開關。在圖3A中，場效應晶體管16和22處于閉合狀態(tài)，而場效應晶體管18 和20處于斷開狀態(tài)。這允許來自電源12的電流沿著所指示的方向流經(jīng)線圈沈。相反，在圖3B中場效應晶體管16和22處于斷開位置，而晶體管18和20處于閉合位置。這允許來自電源12的電流沿著所指示的方向流動。還示出了與過程接地相對應的電接地61。在典型的流量管中，線圈沈與電接地之間的電阻實質(zhì)上是無限的。然而，即使形成了至接地的高電阻性路徑，所產(chǎn)生的流量測量也將是不精確的。本發(fā)明提供了一種對線圈26與電接地61之間的泄漏電阻進行測量的技術。這可以用于向操作者提供警報以及提供流量管需要維護的指示。電阻還用于計算丟失的電流驅(qū)動信號的百分比和/或可以用于對電路泄漏所引起的誤差加以校正。圖4是示出了本發(fā)明配置的一個示例的簡化電學示意圖，其中，微處理器40和模數(shù)轉(zhuǎn)換器58被配置為起到診斷電路的作用，以測量線圈沈與電接地61之間的接地路徑電阻70。如圖4所示，場效應晶體管16閉合。這為來自電源12的電流提供了至線圈沈的電路徑。然而，在該配置中，場效應晶體管18、20和22是斷開的。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器58所測量的流經(jīng)感測電阻器52的任何電流都與流經(jīng)接地路徑電阻70的電流有關?？梢愿鶕?jù)R = V/I來計算接地路徑的電阻70，其中R是接地路徑電阻，V是線圈沈兩端的電壓，I是通過線圈沈的電流。在另一示例配置中，場效應晶體管16和18都處于閉合狀態(tài)，而晶體管20 和22是斷開的。在另一示例配置中，僅場效應晶體管18處于閉合狀態(tài)。通過經(jīng)驗測試，可以確定如果電阻70是IOOkQ或更小，則流量測量的精度不受到顯著影響(即，小于0. 01%)o可以通過將線圈電阻與線圈至接地電阻70并聯(lián)，并解出驅(qū)動電流中不會經(jīng)過線圈沈從而在移動流體中產(chǎn)生電場的百分比，來計算出信號損失。例如， 可以假定10Ω的典型線圈電阻。這得到了表1:電阻
實際值測量值信號損失無窮大/開路3. 2M0. 000%900k685k0. 001%800k637k0. 001%700k538k0. 001%600k483k0. 002%500k424k0. 002%400k344k0. 002%300k277k0. 003%200k185k0. 005%100k94. 2k0. 010%50k47. 3k0. 020%IOk9. 6k0. 100%
權利要求
1.一種磁流量計，包括流量管，被布置為接收過程流體的流量； 與流量管接近的線圈，所述線圈被布置為向過程流體施加磁場； 感測電極，被布置為響應于所施加的磁場來感測流量管中的電壓電勢，所述電壓電勢指示經(jīng)過流量管的過程流體的流率；以及診斷電路，具有對線圈與電接地之間的電路徑加以指示的輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，包括電流源，被布置為向線圈提供電流。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中，電流源包括H電橋。
4.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中，診斷電路控制H電橋的開關的操作。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，診斷電路將來自線圈的電流返回路徑中電連接斷開。
6.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，診斷電路閉合電流源與線圈之間的電連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，診斷電路響應于接收到的指令。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，診斷電路周期性地測量線圈與接地之間的電阻。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，診斷電路在施加到線圈的驅(qū)動信號的半周期期間，測量線圈與接地之間的電阻。
10.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，診斷電路測量通過感測電阻的電流。
11.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，診斷電路比較與線圈和接地之間的電阻有關的測量值，并將所述測量值與閾值相比較。
12.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，診斷電路基于線圈和電接地之間的電阻來補償流量測量。
13.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，來自診斷電路的輸出耦合至雙線過程控制回路。
14.一種用于測量磁流量計的線圈與電接地之間的電阻的方法，包括 向與流體流量接近的線圈施加交流電流；感測過程流體中的電壓，并響應于此來確定流體流量；根據(jù)以下步驟來測量線圈至接地電阻在線圈與電流源之間提供電路徑；斷開線圈的電流返回路徑；以及測量流經(jīng)線圈的對流至電接地的電流加以指示的電流。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，包括提供H電橋，以產(chǎn)生交流電流。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，包括控制H電橋的開關的操作。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，測量是響應于命令的。
18.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，測量發(fā)生在施加到線圈的交流電流的半周期期間。
19.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，測量包括測量通過感測電阻的電流。
20.根據(jù)權利要求14所述的方法，包括將跟線圈和接地之間的電阻有關的測量值與閾值相比較。
21.根據(jù)權利要求14所述的方法，基于所測量的電流來補償流量測量。
22.根據(jù)權利要求14所述的方法，包括在雙向過程控制回路上提供與所測量的電流有關的輸出。
全文摘要
一種磁流量計(2)，包括流量管(4)，被布置為接收過程流體的流量；以及流量管接近的線圈(26)，所述線圈(26)被布置為向過程流體施加電場。感測電極(68)被布置為響應于所施加的電場來感測流量管中的電壓電勢。所感測的電壓表示經(jīng)過流量管的過程流體的流率。診斷電路(40)提供與線圈和電接地之間的電路徑有關的輸出。
文檔編號G01F1/60GK102341680SQ201080010275
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權日2009年3月5日
發(fā)明者斯科特·R·弗斯, 羅伯特·K·舒爾茲 申請人:羅斯蒙德公司