專(zhuān)利名稱(chēng)：用于磁流量計(jì)的流體擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及用于過(guò)程流體控制的流量測(cè)量。更具體地，本發(fā)明涉及在遭受上游或下游流管擾動(dòng)(flow pipe disturbances)時(shí)的磁流量計(jì)的補(bǔ)償技術(shù)。
背景技術(shù)：
精確和準(zhǔn)確的流量控制對(duì)于大范圍的流體處理應(yīng)用至關(guān)重要，這里，大范圍的流體處理應(yīng)用包括大體積流體處理、食物和飲料制備、化學(xué)和藥物、水和空氣分配、烴類(lèi)抽提和加工、環(huán)境控制、和利用熱塑性塑料、薄膜、膠水、樹(shù)脂和其它流體材料的一系列制造技術(shù)領(lǐng)域。每個(gè)具體應(yīng)用中使用的流量測(cè)量技術(shù)取決于所包括的流體，以及相關(guān)的過(guò)程壓力、溫度和流速。代表性的技術(shù)包括渦輪裝置，其測(cè)量作為機(jī)械旋轉(zhuǎn)的函數(shù)的流量；畢托傳感器和壓差裝置，其測(cè)量作為白努利效應(yīng)或流量限制器上的壓降的函數(shù)的流量；漩渦和科里奧利裝置，其測(cè)量作為振動(dòng)效應(yīng)的函數(shù)的流量；和質(zhì)量流量計(jì)，其測(cè)量作為導(dǎo)熱率的函數(shù)的流量。磁流量計(jì)或“mags”與這些技術(shù)的區(qū)別在于磁流量計(jì)經(jīng)過(guò)法拉第定律來(lái)表征流量，法拉第定律取決于電磁作用，而不是機(jī)械或熱力效應(yīng)。具體地，磁流量計(jì)依靠過(guò)程流體的導(dǎo)電率，和當(dāng)流體流過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)或EMF。在“臟”(侵蝕和腐蝕)的流動(dòng)環(huán)境中，包括水力破碎和危險(xiǎn)的化學(xué)處理應(yīng)用中，并且當(dāng)其它技術(shù)需要不適當(dāng)?shù)膲航祷蚬?jié)流時(shí)，磁流量計(jì)具有特別的優(yōu)點(diǎn)。然而，因?yàn)榇帕髁坑?jì)取決于電磁感應(yīng)，它們也造成了一些工程上的挑戰(zhàn)。具體地，磁流量計(jì)是“單點(diǎn)”測(cè)量裝置， 而不是多點(diǎn)(平均)裝置，這使得它們?nèi)菀自馐苓^(guò)程流中的漩渦和其它不一致性擾動(dòng)的影響。為了降低流管擾動(dòng)的影響，典型地，安裝引導(dǎo)管線(xiàn)需要在磁流量計(jì)的上游和下游均延伸的“直管”安裝區(qū)。不幸的是，物理上、經(jīng)濟(jì)上和時(shí)間上的限制時(shí)常導(dǎo)致不可能?chē)?yán)格根據(jù)這些要求安裝流量計(jì)。因此，有必要提出補(bǔ)償流管擾動(dòng)的改進(jìn)的磁流量測(cè)量技術(shù)，其在降低安裝成本和給系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇提供更大靈活性的同時(shí)，提高了精度和準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及磁流量計(jì)和用于磁流量計(jì)的變送器。磁流量計(jì)包括管部分、線(xiàn)圈和橫跨管部分定位的至少兩個(gè)相對(duì)的探頭。變送器包括電流源、信號(hào)處理器和用戶(hù)界面。電流源給線(xiàn)圈通電，以便在管部分上產(chǎn)生磁場(chǎng)。探頭檢測(cè)由過(guò)程流通過(guò)磁場(chǎng)所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。信號(hào)處理器確定作為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)的過(guò)程流量。變送器還包括用戶(hù)界面。描述磁流量計(jì)安裝的流動(dòng)構(gòu)造輸入到界面，包括上游或下游流管擾動(dòng)。這允許信號(hào)處理器對(duì)流量進(jìn)行流動(dòng)擾動(dòng)補(bǔ)償，其確定作為流動(dòng)構(gòu)造的函數(shù)的補(bǔ)償流量。


圖1是具有變送器的磁流量計(jì)的示意側(cè)視圖；圖2是圖1中的磁流量計(jì)的示意端視圖。
具體實(shí)施例方式圖1是集成了變送器20的磁流量計(jì)10的示意側(cè)視圖。流量計(jì)本體11包括具有內(nèi)襯13和過(guò)程接頭14的管部分12，具有變送器安裝件16的殼體15，線(xiàn)圈17，探頭18和探頭蓋19。管部分12和內(nèi)襯13使用點(diǎn)劃線(xiàn)或虛線(xiàn)以截面表現(xiàn)方式顯示。位于流量計(jì)本體內(nèi)部的線(xiàn)圈17和探頭18也以虛線(xiàn)顯示。變送器20在變送器安裝件16處安裝到流量計(jì)本體11。變送器20包括變送器殼體21、接線(xiàn)盒22、電子/本地操作者接口(LOI)組件23、接線(xiàn)蓋M和導(dǎo)電連接25。接線(xiàn)盒 22和LOI組件23在變送器殼體21的內(nèi)部，并以虛線(xiàn)顯示。在圖1的具體實(shí)施例中，變送器20經(jīng)變送器安裝件16直接安裝到流量計(jì)本體11， 變送器安裝件16提供用于變送器20和流量計(jì)10之間的電連接的內(nèi)部通路。在可選實(shí)施例中，變送器20遠(yuǎn)程地安裝，并且設(shè)置有到變送器本體11的外部電連接和數(shù)據(jù)連接。在集成的和遠(yuǎn)程安裝的實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)“磁流量計(jì)”包括區(qū)別于變送器20的流量計(jì)本體11，和流量計(jì)本體11與變送器20的組合。在該實(shí)施例中，管部分12提供通過(guò)流量計(jì)本體11的過(guò)程流通道。典型地，管部分12包括具有圓形截面的一段過(guò)程流管或?qū)Ч?。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，管部分12包括內(nèi) (內(nèi)部)直徑PD大約為8英寸(8"，或大約20cm)的圓形管，但是該尺寸根據(jù)應(yīng)用而變。在一些實(shí)施例中，例如，PD在2英寸和12英寸(2〃 -12"，或大約5cm-30cm)之間的范圍內(nèi)。 在其它實(shí)施例中，管直徑PD在該范圍之外，或者，可選地，管部分12形成為橢圓形、矩形或其它非圓形導(dǎo)管。典型地，管部分12由耐用的、可機(jī)加工的、抗腐蝕和非磁性金屬制成，例如不銹鋼、鋁、銅或黃銅，或這些材料的組合。在可選實(shí)施例中，管部分12由耐用的聚合材料形成， 例如PVC (聚氯乙烯)塑料或ABS (丙烯腈丁二烯苯乙烯)塑料，或其它塑料聚合物。內(nèi)襯13沿直徑PD襯墊管部分12，在管部分12和過(guò)程流之間形成電的、化學(xué)的和機(jī)械的屏障。內(nèi)襯13使管部分12與過(guò)程流隔離開(kāi)，不與過(guò)程流電接觸，并且防止過(guò)程流體中的化學(xué)劑和磨蝕劑引起的侵蝕和腐蝕。典型地，內(nèi)襯13包括聚氨酯或其它非磁性絕緣聚合材料，但是成分根據(jù)過(guò)程流體流而變化。在一些實(shí)施例中，例如，為了對(duì)不同過(guò)程流體范圍提供化學(xué)的、電的和腐蝕保護(hù)， 保護(hù)性?xún)?nèi)襯13包括Teflon , TefzelNeoprene, Ryton PPS或天然橡膠。用于內(nèi)襯13 的這些和其它合適的材料可以從各種商業(yè)供應(yīng)商獲得，包括德拉威州維明頓的DuPont公司、德克薩斯州伍德蘭的Chevron Phillips Chemical公司、和明尼蘇達(dá)州Chanhassen的 Rosemount有限公司、Emerson Process Management公司。在可選實(shí)施例中，管部分12禾口內(nèi)襯13利用適用于管部分12和內(nèi)襯13的耐用的、絕緣的和非磁性材料形成在一起，例如利用PVC塑料或ABS塑料。保護(hù)性/絕緣內(nèi)襯13具有厚度T，使得通過(guò)流量計(jì)本體11的流動(dòng)通道具有直徑D = PD-2T。厚度T通常與管直徑PD成比例，盡管該關(guān)系不是嚴(yán)格的線(xiàn)性。對(duì)于8英寸QOcm)
5的管，例如，典型地，絕緣內(nèi)襯13的厚度T大約0. 188英寸(0.188〃或大約4. 8mm)。在其它實(shí)施例中，厚度T的范圍從大約十分之一英寸或更小(T ( 0. 10"或大約2. 5mm)變化到大約四分之一英寸或更大(T彡0.25"或大約6. 4mm)。該范圍與直徑PD大約2英寸至1 英尺、2" -12〃，或大約5-30cm)的管大致對(duì)應(yīng)。過(guò)程接頭14形成到管部分12的一端或兩端上，以便形成到過(guò)程流系統(tǒng)的流體接頭。接頭14典型地包括與管部分12相同的材料，并且經(jīng)機(jī)加工、鉆孔、切削、焊接和其它制造技術(shù)的組合形成到管部分12上。過(guò)程接頭14的具體結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)施例而變，以便適合大范圍的不同過(guò)程流連接。 這些包括但不限于通孔螺栓安裝接頭法蘭(如圖1所示)、外部環(huán)和軸套安裝(ring and collar mount)、螺紋管裝配、壓配合、和適用于機(jī)械或化學(xué)焊接的以系列不同表面。流量計(jì)殼體15由強(qiáng)的、耐用的、可機(jī)加工的材料(包括不銹鋼、黃銅、鋁、銅和各種耐用聚合物，例如PVC或ABC塑料)的組合而形成。這些材料形成為一些側(cè)壁、端壁、蓋板和其它結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)機(jī)械方法組裝，例如焊接、螺紋和螺栓連接。殼體15形成大致環(huán)形絕緣和保護(hù)性外殼，該外殼包圍管部分12的中心區(qū)域，該中心區(qū)域包括線(xiàn)圈17、探頭18和流量計(jì)本體11的其它內(nèi)部元件。典型地，外殼15還形成管部分12上的壓力密封，以防止腐蝕流體、爆炸氣體和其它危險(xiǎn)物的流入。線(xiàn)圈17包括一些銅或其它導(dǎo)電線(xiàn)繞組。線(xiàn)圈17靠近管部分12的外半徑定位，以便當(dāng)設(shè)置有通電電流時(shí)產(chǎn)生橫跨過(guò)程流通道的磁通。在一些實(shí)施例中，線(xiàn)圈17包括軟鐵芯，以增加磁通或成形磁力線(xiàn)。在另一些實(shí)施例中，流量計(jì)本體11包括額外的軟磁通返回部件，以提高場(chǎng)強(qiáng)度和一致性，并且降低殼體 15外部的彌散場(chǎng)。探頭(或探頭電極)18包括電傳感器或電極，其響應(yīng)于流過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程流橫跨管部分12所感應(yīng)的EMF。探頭電極18由抗腐蝕和耐侵蝕的導(dǎo)電材料制成，其根據(jù)過(guò)程流的特性和期望的壽命而變。在一些實(shí)施例中，探頭電極18由不銹鋼(例如^6SST)或由鉭、白金、鈦、Hastelloy⑧或其它特殊合金制成。這些類(lèi)型的探頭可從Rosemoimt有限公司和其它的商業(yè)供應(yīng)商獲得，包括印地安那州科科莫的Haynes International公司。流量計(jì)10包括兩個(gè)相對(duì)的探頭18，管部分12的每側(cè)上都設(shè)置一個(gè)探頭。探頭電極18有時(shí)繞軸向中心線(xiàn)C廣時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)”或旋轉(zhuǎn)，如下面的圖2所示，從而使得它們不共享一個(gè)水平面。在一些實(shí)施例中，每個(gè)探頭電極18被探頭蓋19覆蓋，但是這里僅顯示一個(gè)。當(dāng)使用時(shí)，探頭蓋19在流量計(jì)本體11上形成機(jī)械和壓力密封。在一些實(shí)施例中，為了接觸到探頭18，探頭蓋19能夠移除，并且在其它一些實(shí)施例中，在安裝探頭18之后，探頭蓋19被焊接到流量計(jì)本體11或被永久地連接到流量計(jì)本體11。變送器殼體21由耐用材料制造，例如金屬或耐用塑料、或這些材料的組合，形成圍繞接線(xiàn)盒22、電子/LOI組件23和變送器20的其它內(nèi)部元件的保護(hù)外殼。該外殼提供電和熱絕緣，屏蔽了不利的環(huán)境情況，包括濕氣和腐蝕或爆炸物，并且防止與加工機(jī)械、工具、 下落物和其它潛在危險(xiǎn)物的意外接觸。變送器殼體21還提供內(nèi)部安裝結(jié)構(gòu)，其將內(nèi)部元件固定在適當(dāng)位置。接線(xiàn)盒22包括由耐用塑料或絕緣材料制成的塊體，帶有一些導(dǎo)電端子連接件。這
6些端子連接件給變送器20提供電力，并且允許輸入/輸出(I/O)和經(jīng)環(huán)線(xiàn)、控制總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、數(shù)據(jù)電纜或過(guò)程系統(tǒng)通信的類(lèi)似裝置的過(guò)程控制訪問(wèn)(access)。接線(xiàn)盒蓋對(duì)與變送器殼體21形成壓力密封，并且提供到達(dá)接線(xiàn)盒22上的連接件的入口。導(dǎo)電連接件25提供用于外部電路的導(dǎo)管引入。電子/LOI組件23包括本地操作者接口(LOI)和一些不同的電路元件，包括但不限于用于控制磁流量計(jì)10和變送器20的控制器、用于給線(xiàn)圈17通電的電流源或電壓源、 用于處理來(lái)自探頭18的電壓信號(hào)的信號(hào)處理器、和用于在變送器20和過(guò)程控制系統(tǒng)之間通信的遠(yuǎn)程用戶(hù)接口。在一些典型的實(shí)施例中，電子/LOI組件23包括不同的LOI和電流源部件，以及微處理器/控制器(參見(jiàn)下面的圖2、。電子/LOI蓋(在變送器20的背面上，在圖1中未顯示)提供接觸LOI的操作者入口，并且容納交互顯示器。LOI為用戶(hù)提供流量計(jì)的安裝流動(dòng)構(gòu)造(包括上游和下游流管擾動(dòng))的輸入。圖1表示大范圍的可選實(shí)施例。盡管以集成或直接安裝實(shí)施例顯示變送器20，但是，例如在其它實(shí)施例中，變送器20遠(yuǎn)程地位于與流量計(jì)10相距達(dá)到1000英尺(1，000'， 或大約300m)。在遠(yuǎn)程實(shí)施例中，變送器20和流量計(jì)本體11之間的電連接經(jīng)電纜、電線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)或電和數(shù)據(jù)通信的其它裝置提供，這類(lèi)似于過(guò)程控制系統(tǒng)的上述裝置。各個(gè)流量計(jì)和變送器元件在一個(gè)個(gè)的實(shí)施例中在形式和細(xì)節(jié)上有所變化。如圖1 所示，例如，流量計(jì)10表示具體的8700-系列磁流量計(jì)，這可從Rosemoimt有限公司獲得。 在可選實(shí)施例中，流量計(jì)10表示任一種大范圍的商業(yè)可獲得或定制的磁流量計(jì)設(shè)計(jì)，其采用了本文所描述的區(qū)別的測(cè)量和補(bǔ)償技術(shù)。在流量計(jì)10工作時(shí)，變送器20給線(xiàn)圈17提供激勵(lì)電流。線(xiàn)圈17產(chǎn)生橫跨管部分12中的過(guò)程流的磁場(chǎng)，并且探頭18檢測(cè)由磁場(chǎng)感應(yīng)的橫跨過(guò)程流的EMF。然后變送器 20確定作為感應(yīng)的EMF的函數(shù)的過(guò)程流量，感應(yīng)的EMF經(jīng)在探頭18和電子/LOI組件23之間的電連接件來(lái)采樣。與以前的磁流量計(jì)設(shè)計(jì)相反，變送器20還基于靠近流量計(jì)10 (過(guò)程流系統(tǒng)中的實(shí)際安裝)的流管構(gòu)造來(lái)校正測(cè)量的流量。這與以前的設(shè)計(jì)形成對(duì)照，以前的設(shè)計(jì)假設(shè)安裝與建議的直線(xiàn)管或直線(xiàn)流動(dòng)安裝區(qū)域一致，直線(xiàn)管或直線(xiàn)流動(dòng)安裝區(qū)域在流量計(jì)10的上游和下游延伸，以便提供通過(guò)磁場(chǎng)的一致流動(dòng)。建議的直線(xiàn)流動(dòng)安裝區(qū)典型地基于管部分12的內(nèi)部直徑PD延伸5個(gè)管直徑或更大。例如，一個(gè)具體的安裝區(qū)域在磁流量計(jì)10上游至少延伸5個(gè)管直徑，并且在磁流量計(jì) 10的下游除了管部分12自身的長(zhǎng)度之外還額外地延伸2個(gè)管直徑。然而，由于尺寸上、工程上、成本上和時(shí)間上的限制，這不總是實(shí)際可行的。結(jié)果，一些流量計(jì)以非一致性的構(gòu)造安裝，其中流管擾動(dòng)位于建議的“直線(xiàn)流動(dòng)”安裝區(qū)域中。正好位于圖1的流量計(jì)10的上游的管肘沈表示一種這樣的非一致性流管擾動(dòng)。 具體地，管肘沈在上游安裝區(qū)中形成90度的轉(zhuǎn)彎流擾動(dòng)，從管部分12的上游端測(cè)量，該上游安裝區(qū)在流量計(jì)本體11的5個(gè)管直徑內(nèi)。管肘沈改變過(guò)程流F的方向，給過(guò)程流引入渦流、漩渦和其它非一致性或非軸向成分。這些影響在管肘沈的入口和出口處尤其明顯，但會(huì)在上游和下游方向上從初始結(jié)構(gòu)延伸。
典型地，非一致性流動(dòng)成分在直線(xiàn)流動(dòng)區(qū)域減少，這是因?yàn)榻ㄗh的直線(xiàn)流動(dòng)安裝區(qū)包圍流量計(jì)10。因此，在一致性的安裝中，通常具有足夠的直線(xiàn)流動(dòng)，以確保沿中心線(xiàn)Q 通過(guò)管部分12的大致一致且軸向的流動(dòng)。然而，在非一致性的安裝中，不具有足夠的直線(xiàn)管長(zhǎng)度，導(dǎo)致非軸向且不對(duì)稱(chēng)的流動(dòng)成分，這降低了磁流量計(jì)的精度。通過(guò)按照實(shí)際安裝的流動(dòng)構(gòu)造的函數(shù)來(lái)校正流量測(cè)量，流量計(jì)10解決了這個(gè)問(wèn)題。具體地，安裝區(qū)域中的流管擾動(dòng)經(jīng)LOI組件或與過(guò)程控制系統(tǒng)通信的遠(yuǎn)程用戶(hù)接口輸入到變送器20。這允許基于流量計(jì)的上游和下游的流管擾動(dòng)、使用大范圍的不同擾動(dòng)的大量的校準(zhǔn)測(cè)試來(lái)校正測(cè)量值。一些流管擾動(dòng)使過(guò)程流轉(zhuǎn)彎，例如管肘沈和具有一定轉(zhuǎn)彎角度范圍的其它彎管結(jié)構(gòu)，包括雙-彎管、j_管和U-管。使過(guò)程流轉(zhuǎn)彎、以及使過(guò)程流合并成會(huì)聚流或分成分支流的三通管和相關(guān)裝置。其它的流過(guò)擾動(dòng)改變管直徑(和截面面積)，包括管擴(kuò)大器、管收縮器和其它管適配器或節(jié)流器。閥和其它流動(dòng)控制裝置還改變截面流動(dòng)面積，以便控制流量。通過(guò)按照安裝的流動(dòng)構(gòu)造的函數(shù)來(lái)補(bǔ)償過(guò)程流測(cè)量值，磁流量計(jì)10提供了精確的流量測(cè)量，即使在非一致性安裝中。這不僅提高了過(guò)程控制，而且還提供更廣和更靈活范圍的安裝選擇，減少了設(shè)計(jì)要求并且降低了安裝時(shí)間和成本。圖2是磁流量計(jì)10的示意端視圖。流量計(jì)10包括具有管部分12(以對(duì)角線(xiàn)顯示)的流量計(jì)本體11。圖2還顯示變送器20，但是變送器部件示意地顯示，而不是顯示物理形狀。流量計(jì)本體11包括具有內(nèi)襯13的管部分12、殼體15、變送器安裝件16、線(xiàn)圈17 和具有電極蓋19的探頭電極18。流量計(jì)殼體15形成包圍管部分12、內(nèi)襯13、線(xiàn)圈17和如上所述具有探頭蓋19的電極18的環(huán)形外殼，探頭蓋19在殼體15的每側(cè)上覆蓋電極18。保護(hù)內(nèi)襯13沿內(nèi)部管直徑襯墊管部分12，形成通過(guò)流量計(jì)本體11的絕緣的過(guò)程流通道。在圖2中，過(guò)程流穿過(guò)線(xiàn)圈17提供的磁場(chǎng)B被引導(dǎo)到紙張之外。管部分12的末端上的過(guò)程接頭在該視圖中未顯示。變送器20包括變送器殼體21，其包裹接線(xiàn)盒(T/B) 22和電子/LOI組件，電子/LOI 組件包括微處理器/控制器(μΡ)31、電流源(Is) 32和用戶(hù)接口 /存儲(chǔ)器裝置(I/F)33。通過(guò)連接到外部電源(未圖示)，接線(xiàn)盒M給微處理器/控制器31和變送器20 的其它部件提供電力。在一些實(shí)施例中，通過(guò)單環(huán)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)外部連接，其還通過(guò)附加的數(shù)字或模擬信號(hào)來(lái)提供過(guò)程控制通信。在其它一些實(shí)施例中，通信發(fā)生在標(biāo)準(zhǔn)模擬線(xiàn)環(huán)、控制總線(xiàn)和數(shù)據(jù)電纜的任一組合上或通過(guò)紅外、光學(xué)、RF(射頻)和其它無(wú)線(xiàn)裝置發(fā)生。變送器20還利用各種不同的過(guò)程通信協(xié)議，包括但不限于標(biāo)準(zhǔn)的模擬(4-20mA)協(xié)議、混合模擬-數(shù)字協(xié)議(例如HART )、和數(shù)字測(cè)量和控制協(xié)議(例如Fieldbus inundation 和PROFI BUS/ PR0FI NET)。構(gòu)造用于這些和其它通信裝置的變送器可從Rosemoimt有限公司和其它商業(yè)供應(yīng)商獲得。微處理器/控制器31經(jīng)探頭線(xiàn)PO和Pl (在圖2中它們被組合)與探頭18電通信。微處理器/控制器31包括信號(hào)處理器和電流控制器，信號(hào)處理器用于計(jì)算作為探頭信號(hào)的函數(shù)(即，作為感應(yīng)的EMF或法拉第電壓的函數(shù))的流量，電流控制器用于控制電流源 32。
在一些實(shí)施例中，用戶(hù)接口 /存儲(chǔ)器裝置(I/F)33僅是LOI (本地操作者接口)。 這允許用戶(hù)/安裝者在安裝之后立刻輸入和存儲(chǔ)流動(dòng)構(gòu)造34，例如通過(guò)直接安裝到變送器 20的交互顯示器輸入。在一些其它實(shí)施例中，I/F 33表示遠(yuǎn)程過(guò)程控制接口，并且流動(dòng)構(gòu)造34通過(guò)過(guò)程控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程地輸入。在另一些實(shí)施例中，流動(dòng)構(gòu)造34在制造期間輸入，或輸入一些不同的構(gòu)造和基于安裝構(gòu)造選擇一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造。更具體地，用戶(hù)I/F和存儲(chǔ)器裝置33表示用于將流動(dòng)構(gòu)造34輸入到構(gòu)造成接收和存儲(chǔ)用于補(bǔ)償流量計(jì)10的輸出的流動(dòng)構(gòu)造34的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、硬件或軟件寄存器或緩存器、數(shù)據(jù)盤(pán)或其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置或媒介的LOI、過(guò)程控制接口、編程接口或其它裝置或媒介中的任一種。電流源31包括電流受限的或電壓受限的電源，其通過(guò)線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)線(xiàn)CO和Cl給線(xiàn)圈 17通電。在一些典型的實(shí)施例中，線(xiàn)圈17通過(guò)線(xiàn)圈回路CR被“菊花鏈?zhǔn)竭B接”(或串聯(lián)連接)。在一些實(shí)施例中，每個(gè)線(xiàn)圈17承載相同電流，并且對(duì)整個(gè)場(chǎng)強(qiáng)的貢獻(xiàn)大致相等。在其它一些實(shí)施例中，電流/電壓源31為一些不同的線(xiàn)圈17提供單獨(dú)控制的通電電流。當(dāng)電流源32給流量計(jì)10通電時(shí)，線(xiàn)圈17在管部分12內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)均勻的磁場(chǎng) B，磁場(chǎng)B橫跨保護(hù)內(nèi)襯13內(nèi)的過(guò)程流導(dǎo)管。在大的操作范圍內(nèi)，場(chǎng)強(qiáng)(磁通密度)與通電電流大致成比例。如圖2所示，磁場(chǎng)B橫跨管部分12垂直地定向，使得過(guò)程流以入射的法向角與磁場(chǎng)相交。探頭18延伸穿過(guò)管部分12和內(nèi)襯13，以便與過(guò)程流形成直接電接觸。如圖2所示，探頭18橫跨管部分12在直徑上相對(duì)，但是典型地圍繞中心軸線(xiàn)相對(duì)于水平方向“時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)”或旋轉(zhuǎn)大約四十五度)?？蛇x地，探頭18沒(méi)有時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，使得它們水平地對(duì)齊。 有時(shí)不為探頭構(gòu)造提供探頭蓋19，但是流量計(jì)本體11在具有或不具有探頭蓋19的情況下包括時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的和非時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)引導(dǎo)過(guò)程流體流過(guò)磁場(chǎng)B時(shí)，橫跨探頭電極18形成法拉第回路。這允許磁流量計(jì)10產(chǎn)生感應(yīng)EMF信號(hào)或法拉第電壓，其是過(guò)程流量和磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)。探頭18檢測(cè) EMF,并且經(jīng)探頭線(xiàn)PO和Pl將它傳送到信號(hào)處理器(微處理器/控制器31)。感應(yīng)EMF信號(hào)與過(guò)程流體的流速大致成比例，其也與體積流量成比例。更具體地， 感應(yīng)EMF (E)與平均流速(V)、平均磁場(chǎng)強(qiáng)度B和流動(dòng)通道的直徑D成比例。即E = kBDV [1]其中k( “k-因子”)是比例常數(shù)，其取決于測(cè)量的E，B，D和V的單位。轉(zhuǎn)變等式 1，給出作為感應(yīng)電勢(shì)、磁場(chǎng)強(qiáng)度和直徑D的函數(shù)的過(guò)程流速F =[2]
kBD因此，流速與感應(yīng)EMF成正比例，并且與磁場(chǎng)強(qiáng)度和流動(dòng)通道的直徑成反比例。因此，體積流量剛好是流速乘以流通面積。在一些實(shí)施例中，變送器20構(gòu)造成用于脈沖的DC (直流)磁流量測(cè)量。在這些實(shí)施例中，微處理器/控制器31改變或調(diào)整電流源32，以便降低信號(hào)噪聲。脈沖-DC測(cè)量減少了過(guò)程流體和探頭電極18之間的電解反應(yīng)的效應(yīng)，以及線(xiàn)圈15和外部電系統(tǒng)之間的容性耦合、寄生電壓和電流回路、過(guò)程流阻抗引起的相位移動(dòng)、和正交電壓效應(yīng)，該正交電壓效應(yīng)包括磁場(chǎng)、過(guò)程流體和探頭信號(hào)線(xiàn)之間的感性耦合。然而，即使最復(fù)雜的磁流量計(jì)設(shè)計(jì)也對(duì)非一致性流動(dòng)敏感。具體地，等式1和2假設(shè)流速剛好由平均值V表示，但是在理想的直線(xiàn)管流動(dòng)條件下，這也是近似的。典型地，管流是湍流，因此橫跨流動(dòng)通道的速度分布是變化的。為了說(shuō)明這種影響，通過(guò)比較測(cè)量流量和通過(guò)其它手段獲得的“絕對(duì)”流量值，在大的工作范圍內(nèi)校準(zhǔn)流量計(jì)。本質(zhì)上，這些校準(zhǔn)量調(diào)節(jié)k_因子，以便獲得更精確地反映通過(guò)流量計(jì)的實(shí)際過(guò)程流的流量測(cè)量值。當(dāng)流管擾動(dòng)在上游或下游方向上位于磁流量計(jì)附近時(shí)，它們扭曲了速度分布。具體地，管流擾動(dòng)引入漩渦和其它非軸向的、非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的流動(dòng)成分，從而使得校準(zhǔn)的測(cè)量函數(shù)不再與實(shí)際流量對(duì)應(yīng)。典型地，該影響是有規(guī)律的，并且產(chǎn)生固定的或比例偏差值，該固定的或比例偏差值降低大范圍的流量的測(cè)量精度。通過(guò)按照安裝的流動(dòng)構(gòu)造34的函數(shù)來(lái)補(bǔ)償流量，磁流量計(jì)10解決了這個(gè)問(wèn)題，如上所述，流動(dòng)構(gòu)造34輸入到接口 33并且經(jīng)到微處理器/控制器31的數(shù)據(jù)連接(Comp)提供。典型地，流動(dòng)構(gòu)造通過(guò)根據(jù)類(lèi)型以及擾動(dòng)的位置描述每個(gè)相關(guān)的流體擾動(dòng)的菜單輸入到I/F 33，前述類(lèi)型包括但不限于彎管、擴(kuò)大管、收縮管、閥、三通管，是否在流量計(jì)10 的上游或下游，前述擾動(dòng)的位置通常以管直徑測(cè)量。輸入還包括一些具體類(lèi)型的參數(shù)、包括彎管或彎角、管直徑的擴(kuò)大或縮小、和截面面積的變化。閥擾動(dòng)還需要閥位置參數(shù)，其描述一系列不同的門(mén)閥、球心閥、球形閥、蝶形閥和其它閥類(lèi)型的比例流量減少。輸入到I/F 33的流動(dòng)構(gòu)造34還包括旋轉(zhuǎn)角度α，其在流量計(jì)本體11的豎直軸線(xiàn) V和流體擾動(dòng)的方位角S之間確定。在圖2中，例如，旋轉(zhuǎn)角度α表示彎管沈繞流動(dòng)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)大約四十五度。這影響流量測(cè)量，因?yàn)楦鞣N非一致性流動(dòng)成分不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。具體地，彎管沈相對(duì)于探頭18和磁場(chǎng)B的旋轉(zhuǎn)改變了觀察的EMF信號(hào)和實(shí)際流量之間的關(guān)系， 并且因此需要結(jié)合有旋轉(zhuǎn)角度α的補(bǔ)償函數(shù)。為了校正這些影響中的每個(gè)，對(duì)于非一致性安裝的流量計(jì)10校準(zhǔn)，非一致性安裝的特征在于大范圍的不同流管擾動(dòng)。每個(gè)擾動(dòng)在流量計(jì)的上游和下游不同位置引入，并且構(gòu)造有各種不同的旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)彎角度和其它具體的擾動(dòng)參數(shù)。然后，這種未補(bǔ)償?shù)牧髁颗c實(shí)際流量相比較，允許磁流量計(jì)10以任何一種測(cè)試構(gòu)造來(lái)實(shí)驗(yàn)地校正。數(shù)學(xué)校正還用于在測(cè)試點(diǎn)之間預(yù)測(cè)和擴(kuò)大校準(zhǔn)范圍。在某種意義上，校準(zhǔn)過(guò)程等于基于實(shí)際安裝流動(dòng)構(gòu)造而不是理想的“直線(xiàn)流動(dòng)”安裝來(lái)再計(jì)算K-因子。典型地，在大的工作范圍上校正是大致恒定的，例如，在每分鐘200至 1000加侖之間或更多(即從大約200gpm至1，OOOgpm,或大約101/s至751/s)。在其它一些實(shí)施例中，校正還是流量、溫度、或其它過(guò)程參數(shù)的函數(shù)?？刹僮鞯?，校正能夠以?xún)蓚€(gè)步驟或以單個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行。前述兩個(gè)步驟包括首先利用理想的或一般的K-因子計(jì)算流量，然后按照實(shí)際安裝的構(gòu)造的函數(shù)來(lái)校正結(jié)果。前述單個(gè)步驟簡(jiǎn)單地使用具體的安裝K-因子。具體的安裝K-因子是基于靠近流量計(jì)的位置處的實(shí)際的非一致性流管擾動(dòng)，而不是基于在流量計(jì)的上游和下游具有直線(xiàn)流動(dòng)的理想的或一致性的構(gòu)造的普通的K-因子。這顯著提高了非一致性安裝中的精度。流量計(jì)10的額定精度例如大致小于實(shí)際體積流量的百分之一(1% )，并且典型地在實(shí)際體積流量的百分之零點(diǎn)二至百分之零點(diǎn)五或更小之間(0.2% <0.5%)。在以前的設(shè)計(jì)中，非一致性安裝不總是能獲得這樣的精度。然而，通過(guò)基于上游和下游流管擾動(dòng)補(bǔ)償測(cè)量的流量，即使在非一致性流動(dòng)構(gòu)造中，流量計(jì)10實(shí)現(xiàn)了它的額定精度，顯著提高了過(guò)程控制，并且提供了更大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是所用的術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明的目的，而不是限制。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行變化。
權(quán)利要求
1.一種用于磁流量計(jì)的變送器，所述變送器包括電流源，所述電流源用于給磁流量計(jì)通電，使得磁流量計(jì)響應(yīng)于過(guò)程流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)流動(dòng)構(gòu)造，其中所述流動(dòng)構(gòu)造描述過(guò)程流中的流管擾動(dòng)；和信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器確定作為所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和所述流動(dòng)構(gòu)造的函數(shù)的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)位于從磁流量計(jì)開(kāi)始延伸至5個(gè)管直徑的區(qū)域內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)位于磁流量計(jì)的上游的5個(gè)管直徑內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)位于磁流量計(jì)的下游的2個(gè)管直徑內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變送器，其中所述信號(hào)處理器將流量的精度確定到0.5%或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)包括閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)包括收縮管或擴(kuò)大管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)包括彎管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中所述流管擾動(dòng)包括三通管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中所述流動(dòng)構(gòu)造的函數(shù)包括流管擾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括用于向存儲(chǔ)器輸入所述流動(dòng)構(gòu)造的本地用戶(hù)界面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括用于向存儲(chǔ)器輸入所述流動(dòng)構(gòu)造的遠(yuǎn)程界
13.一種磁流量計(jì)，包括 管部分；線(xiàn)圈，所述線(xiàn)圈靠近管部分的徑向外邊界；電流源，所述電流源用于給線(xiàn)圈通電，以便在管部分內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)；探頭，所述探頭延伸通過(guò)所述管部分，以便檢測(cè)由過(guò)程流通過(guò)磁場(chǎng)所感應(yīng)的法拉第電壓；存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)表示靠近磁流量計(jì)的流管擾動(dòng)的構(gòu)造；和處理器，所述處理器確定作為法拉第電壓的函數(shù)的過(guò)程流，以及基于所述流管擾動(dòng)來(lái)校正過(guò)程流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁流量計(jì)，其中流管擾動(dòng)在磁流量計(jì)的5個(gè)管直徑內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁流量計(jì)，其中所述流管擾動(dòng)包括截面流通面積的改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁流量計(jì)，其中所述流管擾動(dòng)包括流動(dòng)方向的改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁流量計(jì)，其中所述信號(hào)處理器將過(guò)程流量的精度校正到或更小。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁流量計(jì)，還包括用于向存儲(chǔ)裝置輸入表示流管擾動(dòng)構(gòu)造的界面。
19.一種用于測(cè)量流量的方法，所述方法包括如下步驟 存儲(chǔ)描述過(guò)程流中的擾動(dòng)的流動(dòng)構(gòu)造；產(chǎn)生橫跨過(guò)程流的磁場(chǎng)；檢測(cè)由磁場(chǎng)橫跨過(guò)程流所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)；和確定作為電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)和作為流動(dòng)構(gòu)造的另外的函數(shù)的流量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中存儲(chǔ)流動(dòng)構(gòu)造的步驟包括存儲(chǔ)過(guò)程流中的擾動(dòng)的上游或下游位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中存儲(chǔ)流動(dòng)構(gòu)造的步驟包括存儲(chǔ)過(guò)程流中的擾動(dòng)的類(lèi)型。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中存儲(chǔ)流動(dòng)構(gòu)造的步驟包括存儲(chǔ)過(guò)程流中的擾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角度。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中流動(dòng)構(gòu)造的另外的函數(shù)包括 當(dāng)遭受過(guò)程流中的擾動(dòng)時(shí)基于流量的校準(zhǔn)的K因子。
全文摘要
一種用于磁流量計(jì)的變送器，包括電流源、存儲(chǔ)器和信號(hào)處理器。電流源給磁流量計(jì)通電，使得磁流量計(jì)響應(yīng)于過(guò)程流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)流動(dòng)構(gòu)造，該流動(dòng)構(gòu)造描述過(guò)程流中的流管擾動(dòng)。信號(hào)處理器確定作為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)和作為流動(dòng)構(gòu)造的另外的函數(shù)的流量。
文檔編號(hào)G01F1/56GK102203569SQ200980143918
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者布雷特·A·沙納漢 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司