晶片型可插入磁通計(jì)的制作方法
【專利摘要】用于測(cè)量過程流體的流量的磁通計(jì)包括儀表主體，具有形成在所述儀表主體中的開口。儀表主體構(gòu)造成用于串聯(lián)插入承載過程流體的過程管道之間。能夠移動(dòng)的延伸部連接到儀表主體，并構(gòu)造成用于延伸進(jìn)入過程管道。線圈通過延伸部承載，并構(gòu)造成用于產(chǎn)生磁場(chǎng)。一對(duì)電極感測(cè)作為施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量的函數(shù)產(chǎn)生的在過程流體中的電動(dòng)勢(shì)。
【專利說明】晶片型可插入磁通計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及感測(cè)工業(yè)過程工廠中的過程流體的流量（flow)的磁通計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002] -般的現(xiàn)有技術(shù)的磁通計(jì)利用承載通過電磁鐵和電極的過程流體的電絕緣流管。 電極被承載在流管中，并且與流動(dòng)的流體進(jìn)行電接觸。電極感測(cè)在流體中磁性地感應(yīng)的電 動(dòng)勢(shì)。根據(jù)法拉第的電磁傳導(dǎo)定律，感測(cè)的電動(dòng)勢(shì)與施加的磁場(chǎng)和流速（flow rate)成比 例。
[0003] 流管一般被承載在有時(shí)稱為"焊接件"的具有凸緣端部的大圓柱主體中。焊接件的 凸緣端部被螺栓固定到承載在過程管道上的相似的凸緣，使得流管與過程管道串聯(lián)對(duì)齊， 并且過程流體的流流過流管。制造焊接件是昂貴的，并且焊接件要求在過程管道的兩個(gè)相 對(duì)端部之間的待安裝的巨大空間。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 用于測(cè)量過程流體的流量的磁通計(jì)包括儀表主體，具有形成在所述儀表主體中的 開口。儀表主體構(gòu)造成用于串聯(lián)插入承載過程流體的過程管道之間。能夠移動(dòng)的延伸部連 接到儀表主體，并構(gòu)造成用于延伸進(jìn)入過程管道。線圈通過延伸部承載，并且構(gòu)造成產(chǎn)生磁 場(chǎng)。一對(duì)電極感測(cè)作為施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量的函數(shù)產(chǎn)生的在過程流體中的電動(dòng) 勢(shì)。
[0005] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括連接到所述一對(duì)電極的測(cè)量電路，所述測(cè)量電路 構(gòu)造成用于提供表示作為感測(cè)的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)的過程流體的流速的輸出。
[0006] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述測(cè)量電路承載在儀表主體中。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述測(cè)量電路承載在儀表主體外部。
[0008] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中能夠移動(dòng)的延伸部通過鉸接件連接到儀表主體。
[0009] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述鉸接件允許能夠移動(dòng)的延伸部從平行于儀表 主體的平面的平面位置移動(dòng)到延伸進(jìn)入過程管道中的延伸位置。
[0010] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括多個(gè)能夠移動(dòng)的延伸部。
[0011] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述一對(duì)電極中的至少一個(gè)承載在能夠移動(dòng)的延 伸部上。
[0012] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述一對(duì)電極中的至少一個(gè)由儀表主體承載。
[0013] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括構(gòu)造成用于夾在所述儀表主體和所述過程管道的 凸緣之間的前緣環(huán)。
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述前緣環(huán)定位在儀表主體的上游。
[0015] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述前緣環(huán)構(gòu)造成用于推動(dòng)能夠移動(dòng)的延伸部延 伸進(jìn)入過程管道。
[0016] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述前緣環(huán)包括金屬并且構(gòu)造成用于提供電連接 到過程管道。
[0017] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述能夠移動(dòng)的延伸部包括能夠彎曲的絕緣材 料。
[0018] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中所述能夠彎曲的絕緣材料包括聚合物。
[0019] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括構(gòu)造成用于連接到過程控制回路的、承載在儀表 主體上的電連接器。
[0020] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中測(cè)量電路定位到儀表主體外部并且進(jìn)一步包括電 連接器，所述電連接器承載在儀表主體上，并構(gòu)造成用于連接到測(cè)量電路。
[0021] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括電連接器，所述電連接器承載在儀表主體上，并構(gòu) 造成用于將線圈連接到外部電源。
[0022] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括承載在第二能夠移動(dòng)的延伸部上的第二線圈。
[0023] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括第二能夠移動(dòng)的延伸部，并且其中一對(duì)電極承載 在各個(gè)能夠移動(dòng)的延伸部上。
[0024] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括絕緣層，所述絕緣層將能夠移動(dòng)的延伸部從過程 管道分開。
[0025] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器布置成用 于感測(cè)施加的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0026] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，其中能夠移動(dòng)的延伸部由多個(gè)能夠折疊的瓣形成。
[0027] 根據(jù)本實(shí)用新型的磁通計(jì)，包括絕緣層，所述絕緣層在多個(gè)能夠折疊的瓣之間延 伸

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1A和1B是包括顯示磁通計(jì)和過程管道的分解視圖的工業(yè)過程的視圖。
[0029] 圖2是圖1A的磁通計(jì)和安裝環(huán)的分解透視圖。
[0030] 圖3是安裝環(huán)和磁通計(jì)的側(cè)視圖。
[0031] 圖4是裝配到磁通計(jì)的安裝環(huán)的正面透視圖。
[0032] 圖5是裝配到磁通計(jì)的安裝環(huán)的后面透視圖。
[0033] 圖6是顯示安裝到過程管道的磁通計(jì)的部分分解圖。
[0034] 圖7是顯示安裝到過程管道的磁通計(jì)和安裝環(huán)的透視圖。
[0035] 圖8是顯示安裝在相對(duì)的過程管道之間的磁通計(jì)和安裝環(huán)的側(cè)視圖。
[0036] 圖9是磁通計(jì)的簡化方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 在各種方面，本實(shí)用新型提供用于磁通計(jì)主體的薄的、圓盤或類似晶片（wafer) 的構(gòu)造。磁通計(jì)主體可以構(gòu)造成通常地圓盤形狀，使得所述磁通計(jì)主體可以被安裝在過程 管道的相對(duì)的端部之間，并且要求小空隙。磁通計(jì)主體支撐至少一個(gè)鉸接瓣（或延伸部）。 鉸接瓣構(gòu)造成打開進(jìn)入過程管道，并且承載用于在過程流體中產(chǎn)生磁場(chǎng)的電線線圈。一對(duì) 電極用于感測(cè)由于施加的磁場(chǎng)和過程流體的流動(dòng)的合成電動(dòng)勢(shì)（EMF)。測(cè)量電路可以承載 在儀表主體上、在延伸部上或可以外部地定位到儀表主體。測(cè)量電路接收感測(cè)的電動(dòng)勢(shì)并 且提供涉及過程流體的流量的輸出。該構(gòu)造消除"焊接件"并且減小安裝和對(duì)齊磁通計(jì)與 過程管道所需要的空間的大小。不同于其中延長的流管與過程管道串聯(lián)定位的現(xiàn)有技術(shù)設(shè) 計(jì)，延伸部同軸地對(duì)齊在過程管道內(nèi)并且在過程管道內(nèi)部延伸。進(jìn)一步，磁通計(jì)可以被容易 地移除，并且因此十分適合在要求檢查或清潔諸如水和廢水管理的系統(tǒng)中。
[0038] 圖1A和1B是顯示對(duì)準(zhǔn)過程管道14和16的磁通計(jì)12的分解圖的工業(yè)過程環(huán)境 10的簡化示意圖。圖1A示出其中電子元件被承載在磁通計(jì)12的環(huán)形主體中的構(gòu)造。圖 1B示出其中至少一些電子元件被承載在分開的殼體12A中的另一個(gè)示例實(shí)施例，所述分開 的殼體12A可以物理地連接到磁通計(jì)12的環(huán)形主體或從磁通計(jì)12的環(huán)形主體隔離分開。 前緣環(huán)18定位在磁通計(jì)12的上游側(cè)上。磁通計(jì)12被固定在過程管道14和16的凸緣20 和凸緣22之間。在一個(gè)例子實(shí)施例中，磁通計(jì)12通過通信鏈路32與諸如中央控制室30 的遙遠(yuǎn)的位置通信。中央控制室30圖示為通常與雙線工業(yè)過程控制回路一起使用的類型 的電阻34和電壓源36。在這種控制回路中，流速可以通過控制流過電流回路32的電流傳 送。其他示例過程控制回路包括那些承載數(shù)字信息的回路，諸如那些根據(jù)HART?通信協(xié) 議的回路。其他示例數(shù)字通信協(xié)議包括Foundation Fieldbus和PR0FIBUS。而且，回路 32可以包括其中數(shù)據(jù)使用RF通信技術(shù)通信的無線通信連接。一個(gè)示例無線通信鏈路根據(jù) WirelessHAR'_P'_ 通信協(xié)議。
[0039] 圖2是磁通計(jì)12和前面邊緣環(huán)18的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖，并且圖3是所述 實(shí)施例的側(cè)面俯視圖。在圖2和3中，磁通計(jì)12示出在其折疊位置，其中磁通計(jì)延伸部42、 44對(duì)準(zhǔn)具有流量計(jì)12的外部安裝環(huán)或金屬主體40的平面。電連接器64被設(shè)置用于連接 至IJ，例如，承載在圖1B中示出的殼體12A中的回路32或外部測(cè)量電路。前緣環(huán)18具有外 部接地環(huán)46和延伸部致動(dòng)環(huán)48。接地環(huán)46電接觸承載在外部的安裝環(huán)40上的電接地襯 墊49。延伸部42承載電線圈122并且延伸部44承載電極124。
[0040] 圖4和5分別是靠著磁通計(jì)12定位的前緣環(huán)18的正面透視圖和后面透視圖。如 圖4和5所示，延伸部致動(dòng)環(huán)48推動(dòng)延伸部42、44進(jìn)入打開位置，其中該延伸部42、44在 朝向磁通計(jì)12的后緣（或下游緣）的方向上延伸。延伸部42、44在鉸接區(qū)域50、52處分 別地連接到外部安裝環(huán)40。這些可以包括，例如，活的（或"活動(dòng)的"）鉸接件等。優(yōu)選地， 在一個(gè)例子實(shí)施例中，磁通計(jì)12由非傳導(dǎo)的能夠彎曲材料制成，并且可以形成具有外部的 安裝環(huán)40和延伸部42、44的單獨(dú)的一塊。前緣環(huán)18可以由金屬制成，并且構(gòu)造成將延伸 部42、44保持在打開位置。接地環(huán)46電連接到過程管道14或凸緣20。前緣環(huán)18作為襯 里保護(hù)器，以在過程流體的流量移動(dòng)穿過外部的安裝環(huán)40并且通過延伸部42、44時(shí)提供平 穩(wěn)的過渡。優(yōu)選地，延伸部42、44以這種方式延伸，使得該延伸部42、44與管16的內(nèi)部直 徑平齊并且彎曲以符合管16的內(nèi)部外形。這減小穿過管道16的過程流體的任何流動(dòng)的拖 延并且減小在流動(dòng)中導(dǎo)致的渦流的量。
[0041] 圖4和5還圖示通過打開的延伸部42、44形成的圍繞外部的圓周定位的絕緣層 60。絕緣層60提供在過程流體和過程管道16的傳導(dǎo)的內(nèi)壁之間的絕緣層。這允許電動(dòng)勢(shì) (EMF)由于過程流體和施加的磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生在過程流體中。沒有這種絕緣層，在電極 124的區(qū)域中的過程流體可以電連接到地，因而電短路任何產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。絕緣層60可以 由薄的橡膠或其他的能夠彎曲的絕緣材料形成，使得在延伸部42、44移動(dòng)進(jìn)入圖4和5示 出的開口位置時(shí)，所述絕緣層60圍繞通過延伸部42、44形成的外部的圓周拉伸。圖5還圖 示磁通計(jì)電路140,結(jié)合圖9在下面更詳細(xì)地說明。電路140可以全部模塑在外部的安裝環(huán) 40中。還示出電連接器64,可以用于提供功率到電路140和/或可以用于例如涉及測(cè)量的 流速的信息的通信。連接器64電連接到電路140并且可以，例如，耦合到圖1中示出的過 程控制回路32。連接器64可以構(gòu)造為插頭、擰上的連接器柱等。在一些構(gòu)造中，連接器64 封閉在保護(hù)殼體（未示出）中。進(jìn)一步，圖5示出諸如霍耳效應(yīng)傳感器的可選擇的磁場(chǎng)強(qiáng) 度傳感器68,如下面更詳細(xì)地描述，所述傳感器連接到可以用于測(cè)量施加的磁場(chǎng)的強(qiáng)度的 測(cè)量電路140。雖然具體地討論霍耳效應(yīng)傳感器，但是任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅骺梢杂糜诟袦y(cè)施加 的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在一些構(gòu)造中，可能有利的是包括增強(qiáng)由線圈122施加的磁場(chǎng)的磁通 量返回路徑（未示出）。例如，延伸部42可以承載磁性屏蔽以提供這種返回路徑。
[0042] 在一個(gè)例子實(shí)施例中，磁通計(jì)12制成作為諸如橡膠、聚亞安酯、EPDM(三元乙丙橡 膠）等的絕緣彈性材料的單個(gè)的塊。線圈122和電極124可以在制造磁通計(jì)12期間通過 全部模塑過程安裝。線圈122可以完全地密封在磁通計(jì)12的延伸部42中。然而，電極124 應(yīng)該通過延伸部44暴露，借此該電極124電接觸任何過程流體。例如，電極124可以具有 延伸通過全部模塑的凸起的部分，借此該電極124電接觸過程流體。在另一個(gè)例子中，電極 124由定位在延伸部的外部表面上的傳導(dǎo)的補(bǔ)塊（patches)形成。用于形成線圈122和電 極124的電路可以是能夠彎曲的電路，其中在延伸部打開和彎曲以匹配過程管道16的內(nèi)部 輪廓時(shí)，電路可以彎曲。噴射模塑技術(shù)可以使用，使得材料模塑在能夠彎曲的電路上。
[0043] 圖6和7是顯示放置磁通計(jì)12到管16的凸緣22上的透視圖。在圖6中，磁通 計(jì)12定位在凸緣22上并且前緣環(huán)18與磁通計(jì)12對(duì)齊。在圖7中，前緣環(huán)18靠著延伸部 42、44推動(dòng)使得該延伸部42、44打開進(jìn)入管16的內(nèi)部。因此，延伸部42和44具有在打開 位置稍微小于管16的直徑，并且與管16同軸地延伸。在關(guān)閉的位置，流量計(jì)12的側(cè)面輪 廓相對(duì)地薄，允許該流量計(jì)12插入具有非常小的空隙的相對(duì)的管凸緣之間。例如，對(duì)于四 英寸直徑的磁通計(jì)，需要管凸緣20和22之間的僅約0. 75英寸間距。
[0044] 圖8是顯示將流量計(jì)12固定在各個(gè)凸緣20和22之間的管道14和16的側(cè)面俯 視圖。在該構(gòu)造中，通過與圖2中示出的接地環(huán)46和電接觸件48電連接，流量計(jì)12與過 程管道14、16電接觸。如上所述，電接觸件48由外部的安裝環(huán)40承載并且具有暴露的外 部表面，該外部表面構(gòu)造成接觸前緣環(huán)18并且因而將電連接提供到由過程管道14提供的 電接地。
[0045] 在圖9中，方框圖示出用于測(cè)量傳導(dǎo)的過程流體的流量的流量計(jì)電路140的一個(gè) 實(shí)施例。線圈122構(gòu)造成響應(yīng)從線圈驅(qū)動(dòng)器130施加的驅(qū)動(dòng)電流施加磁場(chǎng)到流體流。電動(dòng) 勢(shì)傳感器（電極）124電耦合到流體流，并且提供電動(dòng)勢(shì)信號(hào)輸出134到放大器132,該電動(dòng) 勢(shì)信號(hào)輸出134與由于施加的磁場(chǎng)和流體速度而在流體流中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相關(guān)。模擬到數(shù) 字的轉(zhuǎn)換器142提供數(shù)字化電動(dòng)勢(shì)信號(hào)到微處理器系統(tǒng)148。微處理器系統(tǒng)148耦合到電 動(dòng)勢(shì)輸出134并且提供與流體速度相關(guān)的輸出160。
[0046] 微處理器系統(tǒng)148根據(jù)在法拉第定律中詳盡地解釋的電動(dòng)勢(shì)輸出134和流量速度 之間的關(guān)系，計(jì)算通過過程管道16的流體速度，法拉第定律表明：
[0047]

【權(quán)利要求】
1. 一種磁通計(jì)，該磁通計(jì)用于測(cè)量過程流體的流量，所述磁通計(jì)包括： 儀表主體，所述儀表主體具有形成在該儀表主體中的開口，所述儀表主體構(gòu)造成用于 串聯(lián)插入承載過程流體的過程管道之間； 能夠移動(dòng)的延伸部，所述能夠移動(dòng)的延伸部連接到儀表主體，并且構(gòu)造成用于延伸進(jìn) 入過程管道； 線圈，所述線圈承載在能夠移動(dòng)的延伸部上，構(gòu)造成用于產(chǎn)生被引導(dǎo)進(jìn)入過程流體中 的磁場(chǎng)；和 一對(duì)電極，所述一對(duì)電極構(gòu)造成用于感測(cè)作為施加的磁場(chǎng)和過程流體的流量的函數(shù)產(chǎn) 生的在過程流體中的電動(dòng)勢(shì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括連接到所述一對(duì)電極的測(cè)量電路，所述測(cè)量電 路構(gòu)造成用于提供表示作為感測(cè)的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)的過程流體的流速的輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁通計(jì)，其中所述測(cè)量電路承載在儀表主體中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁通計(jì)，其中所述測(cè)量電路承載在儀表主體外部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，其中能夠移動(dòng)的延伸部通過鉸接件連接到儀表主 體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁通計(jì)，其中所述鉸接件允許能夠移動(dòng)的延伸部從平行于儀 表主體的平面的平面位置移動(dòng)到延伸進(jìn)入過程管道中的延伸位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括多個(gè)能夠移動(dòng)的延伸部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，其中所述一對(duì)電極中的至少一個(gè)承載在能夠移動(dòng)的 延伸部上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，其中所述一對(duì)電極中的至少一個(gè)由儀表主體承載。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括構(gòu)造成用于夾在所述儀表主體和所述過程管 道的凸緣之間的前緣環(huán)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁通計(jì)，其中所述前緣環(huán)定位在儀表主體的上游。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁通計(jì)，其中所述前緣環(huán)構(gòu)造成用于推動(dòng)能夠移動(dòng)的延伸 部延伸進(jìn)入過程管道。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁通計(jì)，其中所述前緣環(huán)包括金屬并且構(gòu)造成用于提供電 連接到過程管道。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，其中所述能夠移動(dòng)的延伸部包括能夠彎曲的絕緣 材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁通計(jì)，其中所述能夠彎曲的絕緣材料包括聚合物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括構(gòu)造成用于連接到過程控制回路的、承載在儀 表主體上的電連接器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁通計(jì)，其中測(cè)量電路定位到儀表主體外部并且進(jìn)一步包 括電連接器，所述電連接器承載在儀表主體上，并構(gòu)造成用于連接到測(cè)量電路。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括電連接器，所述電連接器承載在儀表主體上， 并構(gòu)造成用于將線圈連接到外部電源。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括承載在第二能夠移動(dòng)的延伸部上的第二線圈。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括第二能夠移動(dòng)的延伸部，并且其中一對(duì)電極承 載在各個(gè)能夠移動(dòng)的延伸部上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括絕緣層，所述絕緣層將能夠移動(dòng)的延伸部從過 程管道分開。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，包括磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器布置成 用于感測(cè)施加的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通計(jì)，其中能夠移動(dòng)的延伸部由多個(gè)能夠折疊的瓣形成。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的磁通計(jì)，包括絕緣層，所述絕緣層在多個(gè)能夠折疊的瓣之 間延伸。
【文檔編號(hào)】G01F1/58GK204064357SQ201420405946
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】約瑟夫·艾倫·史密斯, 杰弗里·艾倫·科塔, 布賴恩·斯科特·揚(yáng)克, 史蒂文·布魯斯·羅杰斯 申請(qǐng)人:羅斯蒙特公司