磁流量计流管组件衬套

技术领域

本公开的实施例涉及磁流量计，更具体地，涉及与磁流量计一起使用的流管衬套。

背景技术

精确且正确的流量控制对于包括散装流体处理、食品和饮料制备、化学和制药、水和空气分配、碳氢化合物提取和处理、环境控制的范围广泛的流体处理应用以及使用例如热塑性塑料、薄膜、胶水、树脂和其他流体材料的一系列制造技术至关重要。在每种特定应用中使用的流量测量技术取决于所涉及的流体以及相关的处理压力、温度和流量。

示例性的流量测量技术包括：根据机械旋转来测量流量的涡轮装置、皮托传感器和根据伯努利效应或流量限制器上的压降来测量流量的压差装置、根据振动效应来测量流量的涡旋和科里奥利装置、以及根据导热率来测量流量的质量流量计。磁流量计与这些技术的区别在于，它根据法拉第定律来表征流量，其取决于电磁相互作用而不是机械或热力学效应。具体地，磁流量计依赖于过程流体的电导率、以及由于流体流过磁场的区域时所感生的电动势(EMF)。

常规的磁流量计包括传感器部分、发送器部分和流管组件。要测量的流体流通过流管组件的管道部分。将一对电极定位成接触流体。电极穿过不导电的聚合物衬套，该聚合物衬套使流体与管道部分电绝缘，并且防止流体在电极和管道部分之间形成短路。

发送器部分包括电流生成器，该电流生成器驱动通过传感器部分的线圈的电流，以在管道部分和所述流上生成磁场。磁场在所述流上感生出与流动速度成比例的EMF或电位差(电压)。磁流量计使用电极测量电压差，并且基于测得的电压差确定所述流的流量。

随着时间的流逝，流体可能会渗入衬套，并导致电极和管道部分之间的短路。这样的短路使磁流量计无法工作。

另外，可能发生真空事件，此时在所述管道部分和衬套的内部之中形成真空。这样的真空事件可以导致衬套从所述管道部分的内壁拉开。这可能会导致衬套的永久变形，并且失去流体流与管道部分之间的封隔。因此，这样的事件也可能使磁流量计无法工作。

可能会出现过程流体夹带的气体的渗透，在管道部分和衬套之间产生增压体积。在减压事件期间，这个增压体积将膨胀，导致衬套的永久变形。这样的事件也使磁流量计无法工作。

发明内容

本公开的实施例针对用于磁流量计的流管组件的流管衬套、包括该流管衬套的流管组件、以及一种方法。所述流管衬套的一个实施例包括：柱面壁，具有电绝缘内层和接合到内层的外表面的金属外层。

所述流管组件的一个实施例包括：管道部分、线圈、以及流管衬套。所述线圈被配置为：接收线圈电流并且在所述管道部分上产生磁场，所述磁场在通过所述管道部分的内部的流体流中感生电动势(EMF)。所述流管衬套包括柱面壁，其被容纳在所述管道部分的内部之中，并且包括电绝缘内层和接合到内层的外表面的金属外层。

在所述方法的一个实施例中，提供管道部分、线圈和流管衬套；以及，将所述流管衬套插入到所述管道部分之中。所述线圈被配置为：接收线圈电流并且在所述管道部分上产生磁场，所述磁场在通过所述管道部分的内部的流体流中感生电动势(EMF)。所述流管衬套包括：柱面壁，具有电绝缘内层和接合到内层的外表面的金属外层。

提供本发明内容以用简化形式介绍在下文的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不旨在标识所请求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在帮助确定所请求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实施方式。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的工业过程测量系统的示例的简图。

图2是根据本公开的实施例的磁流量计的示例的示意图。

图3是根据本公开的实施例的磁流量计的示例的简化截面图。

图4和图5分别是根据本公开的实施例的图3的流管衬套的沿着线4-4的简化截面图和图3的流管组件的一部分的简化的侧面截面图。

图6是根据本公开的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图更全面地描述本公开的实施例。使用相同或相似的附图标记标识的元件是指相同或相似的元件。然而，本公开的各实施例可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为受限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开是全面和完整的，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。

在下面的描述中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻的理解。然而，本领域的普通技术人员应理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所述实施例。例如，可以未示出或未以框图形式示出电路、系统、网络、过程、框架、支架、连接器、电机、处理器和其他组件，以避免以不必要的细节模糊所述实施例。

图1是根据本公开的实施例的示例性的工业过程测量系统100的简图。系统100可以用于材料(例如，处理介质)的处理，以将材料从价值较低的状态转换为价值更高且更有用的产品，例如，药品、化学品、纸张、食品等。例如，系统100可以在执行工业过程的炼油厂中使用，该工业过程可以将原油加工成汽油、燃料油和其他石化产品。

系统100包括：磁流量计102，例如，其被配置为感测诸如通过管道部分106的过程流体流104的流量。磁流量计102包括传感器部分108和发送器110。传感器部分108通常被配置为测量或感测流体流104的流量。发送器110通常被配置为：控制传感器部分108以测量流量，并且可选地将测得的流量传送到外部计算设备112(例如，计算机化的控制单元)，外部计算设备可以远离流量计102进行设置，例如，在系统100的控制室114中。

发送器110可以通过合适的过程控制环路与外部计算设备112通信。在一些实施例中，过程控制环路包括物理通信链路(例如，两线控制环路116)或无线通信链路。外部计算设备112和发送器部分之间的通信可以根据常规的模拟和/或数字通信协议在控制环路116上执行。在一些实施例中，两线控制环路116包括4-20毫安控制环路，其中可以通过流过两线控制环路116的环路电流IL的水平表示过程变量。示例性数字通信协议包括：例如根据

可以从任何合适的电源(例如，AC或DC电源)向磁流量计102供电。例如，磁流量计102可以完全由流过控制环路116的环路电流IL供电。也可以使用一个或多个电源向过程磁流量计102供电，例如内部或外部电池。还可以将发电机(例如，太阳能板、风力发电机等)用于为磁流量计102供电，或为磁流量计102使用的电源充电。

发送器110可以直接附接到传感器部分108，例如，包含传感器部分108的壳体，也可以远离传感器部分108设置(例如，10-1000英尺)。当发送器110远离传感器部分108设置时，发送器110与传感器部分108之间的电连接可以由一根或多根连接电缆或传输线118提供，其可以由电缆、导线、数据总线、控制总线或用于电气和数据通信的其他合适的连接形成。

图2是根据本公开的实施例的磁流量计102的简图。传感器部分108可以包括：流管组件120，具有流体流104通过的管道部分122。流管组件120还包括：EMF传感器123，具有电极124，例如，电极124A和124B；并且，流管组件120包括：一个或多个场线圈或线圈导线126，例如，线圈126A和/或126B。电极124A和124B、以及线圈126A和126B均可以被定位在管道部分122的彼此相反的两侧上，如图2所示。

数字处理器130可以表示一个或多个处理器，作为对指令的执行的响应，一个或多个处理器控制磁流量计102的组件，以执行本文所描述的一个或多个功能，所述指令可以被存储在非暂时性的专利合格的存储器中。在一些实施例中，数字处理器130基于磁流量计102的工作设定点向电流生成器132提供控制信号，以生成线圈电流IC，包括例如交替变换通过线圈126的方向的DC电流脉冲(例如，方波电流脉冲)。也可以使用交替变换线圈电流的其他类型。

在一些实施例中，电流生成器132包括控制器140和功率放大器142。控制器140可以表示一个或多个处理器，例如，作为对来自数字处理器130的控制信号和/或指令的执行的响应，一个或多个处理器控制功率放大器142的组件以执行本文所述的一个或多个功能，所述指令可以被存储在由控制器140所表示的非暂时性的专利合格的存储器中。

控制器140基于磁流量计102的设定点水平来控制功率放大器142以生成线圈电流IC。控制器140可以周期性地从电流采样电路143接收线圈IC的电流水平测量值作为反馈，以确定为了匹配磁流量计102的设定点水平是否需要对线圈电流IC进行调整，这是正确的流量测量所必需的。电流采样电路143可以采用任何合适的形式。例如，电流采样电路143可以操作以感测与(例如，在图2所示的位置处的)线圈电流IC相关的电压，以及，使用模数转换器将已采样的电压转换成数字信号，将数字信号作为测得的电流水平呈现给控制器140。控制器140可以基于测得的电流水平来调整线圈电流IC，以试图使线圈电流IC的电流水平与由磁流量计102的工作设定点指示的设定点电流水平相匹配。

线圈电流IC通过合适的电连接(例如图1和图2所示的传输线118)被输送到流管120的场线圈126A和/或126B。这导致线圈126A和/或126B在管道部分122上生成以所希望的激励频率改变方向的磁场。通过管道部分122的内部144的过程流体流104充当移动的导体，移动的导体根据法拉第电磁感应定律在流体中感生EMF。电极124A和124B采集流体流104中存在的电压，所述电极124A和124B可以包括与导电过程流体进行电容性耦合或与导电过程流体进行直接电耦合的电极组件。在电极124A和124B处的电压上的差异与流体流104的速率成比例。

发送器110的信号处理器128连接到电极124A和124B。流管组件120可以电接地到管道部分122、凸缘或管道部分上游或管道部分122的下游、或另一合适的接地连接。数字处理器130控制信号处理器128，以对电极124A和124B之间的电压差进行采样，并且使用任何合适的技术将测得的电压差提供给数字处理器130。例如，这可能涉及将模拟差分电压信号转换成提供给数字处理器130的数字值。数字处理器130可以对测得的差分电压进行进一步的信号处理，以建立对过程流体流104的流量的流量测量。可以使用通信接口134，例如，通过上面讨论的有线或无线通信协议中的一种，将测得的流量传送到计算设备112。

图3是根据本公开的实施例的磁流量计102的示例的简化截面图。在一些实施例中，磁流量计102包括：发送器壳体150，其可以包含形成信号处理器128、数字处理器130、通信接口134、控制器140、功率放大器142和/或其他组件的电路。磁性隔室152可围绕流管组件120的管道部分122，并且包含一个或多个场线圈126、电极124和/或其他组件。如上所述，场线圈126可以彼此相反地设置在管道部分122的外侧上(例如，在管道部分122的上方和下方)。

根据在本文描述的一个或多个实施例形成的流管组件120的流管衬套160将管道部分122与流体流104通过的内部144封隔开。电极124可以穿过管道部分122的通道162，同时与管道部分122电绝缘。电极也可以穿过衬套160的孔164，并且进入内部144，以接触流体流104。孔164可以被设置在衬套160的相对的侧上，例如，如通过图2中的孔164A和164B所指示的。例如，衬套160可以根据需要包括另外的孔164，以容纳另外的电极124，例如参考电极。衬套160在孔164处提供与电极124密封，以防止流体渗透到管道部分122。

流管衬套160的实施例提供了比常规的流管衬套改进的防止过程流体渗透到管道部分122的保护，因此提供了防止将使磁流量计102无法工作的流体流104、管道部分122和电极124A或124B之间的短路的改进的保护。另外，流管衬套160的实施例提供了比常规的流管衬套改进的防止由于在管道部分122的内部144之中形成真空而引起衬套160的陷缩的保护。

图4和图5分别是根据本公开的实施例的图3的流管衬套160的沿着线4-4取得的截面图和图3的衬套160的一部分的侧面截面图。所示出的特征未按比例示出。

在一些实施例中，流管衬套160包括多层柱面壁166。该壁包括不导电或绝缘内层170和金属外层172。如图4所示，电绝缘内层通常包围与管道部分的内部144相对应的内部，并且啮合流体流104，而金属外层接合到内层170的外表面174。外层172可以直接接合到内层170的外表面174，或者外层172可以通过一个或多个中间层(未示出)接合到内层170的外表面174。在一些实施例中，金属外层是导电的。

在一个实施例中，内层170包括聚合物。聚合物可以形成实质上全部(例如，大于体积或重量的90％)的内层170。聚合物的示例包括：氟聚合物、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)、聚醚酰亚胺(PEI)、丙烯酸、尼龙、交联聚乙烯(PEX)和聚甲醛(POM)。在一个实施例中，内层170不包括高结晶度氟聚合物。

在一个实施例中，外层172包括金属。金属可以形成实质上全部(例如，大于体积或重量的90％)的外层172。金属的示例包括：铝、不锈钢、金、铜、钛、铬、钽、钒、镍和金属氧化物。

在一些实施例中，外层172可以通过任何合适的方式形成在内层170上。例如，外层172可以通过真空沉积工艺、电弧或火焰喷镀、化学镀、电镀或其他合适的工艺形成在内层170上。因此，内层和外层之间的接合可以包括机械和/或化学接合。

外层172用作针对透过内层170的液体和蒸气的屏障。因此，与必须使用相对较厚的柱面壁(例如，最多0.5英寸厚)来减少液体和蒸气渗透的常规的流管衬套不同，流管衬套160可以使用相对较薄的聚合物层来形成内层170和薄的外层172，同时减少或消除液体和蒸气透过衬套160。例如，内层170的厚度176(图5)可以是大约0.2英寸，而外层172的厚度178可以是大约

衬套160的每个孔164都穿过层170和172。电极124中的每一个都通过电极124的壳体、或通过接收在孔164中的围绕电极124的绝缘套管与外层172绝缘。

附加的实施例针对包括根据本文所述的一个或多个实施例(例如，图3所示)形成的流管衬套160的流管组件120或磁流量计102、以及方法。图6是根据本公开的实施例的方法的流程图。

在该方法的180处，提供流管组件120。在一个示例中，例如，流管组件120包括：管道部分122；以及，一个或多个线圈126，被配置为接收线圈电流IC，以及，在管道部分122上产生磁场，所述磁场在通过(例如，如图2和图3所示的)管道部分122的流体流104中感生EMF。

在该方法的182处，提供根据本文描述的一个或多个实施例形成的流管衬套160。在一个实施例中，流管衬套160包括柱面壁166，柱面壁166包括电绝缘内层170和金属外层172。在184处，将衬套160插入到管道部分122的内部144之中。在一些实施例中，流管衬套160的外直径与管道部分122的内直径相匹配，使得衬套160与管道部分122过盈配合，并且一旦插入通常就保持其在管道部分122内的位置。在一些实施例中，将流管衬套160的外表面186接合到管道部分122的内表面188。

在一个实施例中，将外层172接合到电绝缘内层170的外表面174，如图4和图5所示。因此，将外层172的外表面接合到管道部分122的内部表面，例如，如图5所示。可以将任何合适的技术用于将外层172的外表面接合到管道部分122的内部表面，例如，使用合适的胶粘剂。

在一些实施例中，管道部分122包括如图3所示的中心轴190，并且将流管衬套160插入到管道部分122之中，使流管衬套160与中心轴190实质上同轴心。流管衬套160可以包括：相对的端部192，端部192在最初将衬套160插入到管道部分122中时(步骤184)延伸到管道部分122的外部，如图3中的虚线所示。然后可以使用合适的张开工具使流管衬套160的端部192张开，使得端部192远离中心轴190延伸，如图3和图5所示。可以将张开的端部夹在附接到管道部分122的凸缘194和邻接管道部分122的管道部分的凸缘之间，可以通过管道部分122(例如，图1所示的管道部分106)接收和排出流体流104。

流管衬套160可包括孔164，孔164穿过层170和172，并且通常被定位在衬套160的相对的侧上，如上文所述。另外，管道部分122可包括与孔164对准的通道162。该方法可以包括：对电极124进行定位，使电极124各自延伸穿过通道162中的一个和孔164中的一个，并且进入管道部分122和流管衬套160的内部144，如图2所示。这将电极124暴露给流体流104以进行电压测量。

在工作时，流管衬套160的外层172进行工作，以提供比对应的常规聚合物流管衬套改进的用于防止液体和蒸气从流体流104渗透到管道部分122的保护。结果，使用包括流管衬套160的流管组件120的磁流量计102不太可能由于液体或蒸气渗透而引起的短路变得而无法工作。此外，由于使用外层172作为液体和蒸气渗透阻挡层、而不是像常规的流管衬套那样的厚的聚合物层，因此流管衬套160可以形成得比常规的流管衬套更薄。

另外，使用包括流管衬套160的流管组件120的磁流量计102不太可能由于流管衬套160的真空塌缩而变得无法工作。这是由于，与常规的流管衬套的单聚合物层相比，由金属外层172为流管衬套160的柱面壁166的提供了改进的结构弹性。另外，可以将外层172接合到管道部分122的内表面188，进一步减小真空塌缩的可能性。

此外，在磁流量计102的安装期间，流管衬套160对相对于管道部分122的偏移比常规的流管衬套具有更低的敏感性。这种偏移可能导致电极124接触管道部分122并且使电极124短路，或在电极124处引入泄漏。这些条件中的任何一个都将使磁流量计102无法工作。例如，流管衬套160的相对于常规的流管衬套的弹性更大的结构允许在安装期间与管道部分122更牢固的过盈配合，并且减少了衬套160在磁流量计102的安装期间偏移的可能性。附加地或备选地，可以将流管衬套160接合到管道部分122，这进一步减小衬套160在磁流量计102的安装期间偏移的可能性。

虽然已经参考优选实施例对本公开进行了描述，但本领域技术人员将会认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出修改。