磁流量計的輸出校驗的製作方法

2023-09-16 15:39:35 2

專利名稱：磁流量計的輸出校驗的製作方法
磁流量計的輸出校驗
背景技術：
磁流量計用於流體處理裝置內的液體流量測量，如化工廠、食品加工 廠和製漿和造紙工廠。磁流量計包括一個安裝在管道系統內的流量管組 件。磁流量計還包括一個變送器，所述變送器通過電纜與流量管組件相連， 或者變送器可被集成地安裝於流量管組件內。
類似於其它基於微處理器或數位訊號處理器(DSP)的變送器，磁流 量計包括測量電路和輸出電路，所述測量電路用於測量流體的與流量相關 的參數(流速、體積等)，所述輸出電路用於將與流量相關的輸出傳送至 儀器儀表和控制設備。通常，該傳送利用模擬電路，例如4-20mA電流環， 所述電流環要求模擬輸出電路。此外，流量計通常利用脈衝輸出電路傳送 與流量相關的信息，以將脈衝傳送至計數器，所述計數器對脈衝進行計數 以恢復與流量相關的信息。
由於極端溫度、振動、化學腐蝕等原因，磁流量計易出現故障。當故 障發生時，需要對故障進行快速診斷，並對系統受損壞的部分進行替換。 確定磁流量計哪部分出現了故障可能非常困難，特別是，當流量管組件安 裝在難於接近的地方時。當流量計自身的模擬或脈衝輸出被考査時，這種 確定磁流量計的不同部分是否正遇到麻煩的困難是非常具有挑戰性的。自 動故障診斷是期望的，這樣服務人員能夠快速地確定變送器是否需要更換 或者流量管組件和電纜是否需要更換。
上述的討論僅被提供用於普通背景信息，並不是用於幫助確定所要求 的主題的範圍。

發明內容
磁流量計變送器包括流量管和測量電路，所述測量電路提供與通過流 量管的流量相關的輸出。輸出電路，例如模擬和脈衝輸出電路，提供與通 過流量管的流量相關的變送器輸出。變送器的輸出校驗電路與輸出電路耦合，並通過分析輸出信號對輸出電路的正常操作提供校驗。


圖l為磁流量計的部分剖切視圖，各實施例特別用於所述流量計中； 圖2為磁流量計的簡圖，各實施例特別用於所述流量計中； 圖3為磁流量計的簡圖，各實施例特別用於所述流量計中； 圖4為部分磁流量計的簡圖，所述部分磁流量計在一個實施例中示出
了模擬輸出電路和輸出校驗電路。；
圖5為圖4中輸出校驗電路的一個實施例的一部分的簡圖6為圖4中輸出校驗電路的另一個實施例的一部分的簡圖7為部分電磁流量計的簡圖，所述部分磁流量計在一個實施例中示
出了脈衝輸出電路和輸出校驗電路；
圖8為圖7中輸出校驗電路的一個實施例的一部分的簡圖9為圖7中輸出校驗電路的另一個實施例的一部分的簡圖10為部分磁流量計的簡圖，所述磁流量計部分示出了一些實施例
的可調脈衝觸發器特徵。
以及圖11示出了相對於圖IO所描述的脈衝波形的圖。
具體實施例方式
被公開的磁流量計提供輸出電路校驗或診斷。特別是，實施例包括 輸出校驗電路或功能以校驗磁流量計的模擬或脈衝輸出。
圖l為磁流量計的部分剖視圖，在所述磁流量計中，本發明的實施例 是非常有用的。磁流量計20包括流量管22，所述流量管由低導磁率材料構 成，且具有電絕緣套筒23，電磁鐵26由線圈、鐵磁芯或屏蔽28和電極30、 32構成。電磁鐵26和電極30、 32通過導線連到變送器電路34，如同接地電 極35。在工作屮，變送器電路通過電流驅動電磁鐵26，並且電磁鐵26在流 量管22內部產生箭頭所示的磁場36。過程液體21流過流量管22內的磁場， 並且該流動在液體21內引起電動勢(EMF，電壓)。絕緣套筒23防止EMF 從液體21內洩漏到金屬流量管22。電極30、 32與液體21相接觸，並且拾取 或檢測EMF，根據法拉第定律，所述EMF與流量管22內的液體21的流速成比例。
圖2為磁流量計變送器的簡圖，在所述簡圖中，本發明的實施例是非
常有用的。磁流量計120包括流量管124，所述流量管具有適於傳送流動液 體128的絕緣套筒126，所述流動液體128與流量管124電耦合，並且通常與 接地電極UU相連。當過程管道與過程流體電耦合時，管道與流量管之間 的電連接為過程流體128和流量管提供所需的電耦合。線圈134被定位以響 應來自驅動電路152的驅動信號對過程流體施加磁場。電極138和140分別 通過放大器150、 148與測量電路154進行耦合。根據已知的技術，測量電 路154提供與流量相關的輸出。例如，測量電路154可包括適當編程的或配 置的微處理器或數位訊號處理器(DSP)電路。
測量電路154的輸出被提供至輸出電路158，用於傳送至遠離磁流量 計120的控制或監測電路。在不同實施例中，輸出電路158包括單一的模擬 輸出電路或脈衝輸出電路，或上述兩種電路。輸出電路158的輸出總體用 160顯示。例如，如圖3所示，輸出160可為與4-20mA電流環304相耦合的 兩端子輸出，模擬和/或脈衝輸出通過所述電流環被傳送至控制或監測電 路302，所述控制或監測電路通常遠離流量計120。
輸出校驗電路156接收輸出160,並且對模擬和/或脈衝輸出進行診斷 分析以校驗輸出電路158正常工作。根據診斷分析的結果，輸出校驗電路 156產生診斷輸出157,所述診斷輸出157可表示出模擬或脈衝輸出是否正 常工作。在一些實施例中，輸出校驗電路156被包含在作為測量電路154 的相同的DSP內，儘管並不需要如此。為表示在相同的DSP內實現測量電 路和輸出校驗電路的可選擇性實施方式，虛線162被使用以表示DSP。變 送器120的其它功能也可在DSP電路162內實現，即使未顯示在所示的虛線 內。
圖4為在一個特別實施例中一部分磁流量計120的簡圖。在本實施例 中，輸出電路158包括模擬輸出電路158-1，所述模擬輸出電路用於控制電 流環304上的電流，以將與流量相關的信息傳送至控制/監測電路302。在 本實施例中，輸出校驗電路156與模擬輸出160耦合，以校驗模擬輸出電路 158-1正常工作。利用不同的校驗技術，輸出校驗電路提供診斷輸出157-1。
圖5為一個輸出校驗電路156的實施例的特徵的簡圖，所述輸出校驗電路156用於提供診斷輸出157-1。在本實施例中，輸出校驗電路156包括 壓頻(電壓-頻率)孤立電路502，所述壓頻孤立電路接收模擬輸出160作 為輸入。壓頻電路502將檢測的電壓轉換為表示頻率504。表示頻率504然 後被送入頻率比較電路508的頻率輸入端，在所述頻率比較電路內表示頻 率與參考頻率5l)6進行比較。參考頻率506表不出對于于貞計模擬輸出所期望 的表示頻率。根據所述比較，頻率比較電路508提供診斷輸出157-1，所述 診斷輸出表示出模擬輸出電路158-1是否正常工作。
圖6為另一個輸出校驗電路156的實施例的特徵的簡圖，所述輸出校 驗電路用於提供診斷輸出157-1。在本實施例中，輸出校驗電路156包括模 數轉換器(ADC) 602，所述模數轉換器602接收模擬輸出160作為輸入。 模數轉換器602將來自模擬信號的檢測電壓轉換為表示數字電壓值604。數 字電壓值604然後被送入比較電路608，在所述比較電路中所述數字電壓值 與參考數字值606相比較。參考數字值606表示出對於預期的模擬輸出所期 望的表示數字電壓值604。根據該比較，電路608提供診斷輸出157-1，所 述診斷輸出表示出模擬輸出電路158-1是否正常工作。
圖7為在另一個特定實施例中一部分磁流量計120的簡圖。在本實施 例中，輸出電路158包括模擬輸出電路158-2，所述模擬輸出電路158-2用 於產生適於通過傳輸線進行通訊的脈衝輸出，例如，通過電流環304，以 將與流量相關的信息傳送至控制/監測電路302。典型地，在這些實施例中， 控制/監測電路302包括用於對傳輸脈衝進行計數的脈衝計數器，從而確定 流量信息。在本實施例中，輸出校驗電路156與脈衝輸出I60耦合，以校驗 脈衝輸出電路158-2正常工作。利用不同的校驗技術，輸出校驗電路提供 診斷輸出157-2。
圖8為在脈衝輸出實施例的示例中輸出校驗電路156的一些特徵的簡 圖。通過對脈衝輸出採樣和將此信息反饋輸入至DSP或其它檢測或處理電 路，可確認脈衝輸出正常工作，以提供變送器性能的校驗。通過經過設定 時間間隔連接脈衝輸出端子和數字輸入與計數脈衝，可校驗脈衝輸出。通 過直接監測脈衝輸出和將其反饋至DSP或微處理器電路以提供連續的輸 出校驗，也可實現校驗。
在圖8所示的實施例中，輸出校驗電路156包括脈衝計數器802，所述脈衝計數器802接收脈衝輸出，或作為脈衝輸出的函數產生的脈衝信號， 以及產生脈衝計數804。脈衝計數804可為在經過特定的預定時間期間的計 數、自某一初始化時間起的總計數或其它類型的脈衝計數。在本例子中， 輸出校驗電路156還包括脈衝計數比較電路808，所述脈衝計數比較電路 808將脈衝計數804與參考脈衝計數806相比較，參考脈衝計數806被選擇以 表示如果輸出電路158-2正常工作時期望的脈衝計數。根據比較，比較電 路808產生診斷輸出157-2。例如，如果脈衝計數與參考脈衝計數相差大於 某一個設定範圍，診斷輸出157-2可表示脈衝輸出電路158-2工作不正常。 另一方面，如果脈衝計數在參考脈衝計數的設定範圍內，則診斷輸出157-2
可表示脈衝輸出電路正常工作。
圖9為在脈衝輸出實施例的另一示例中輸出校驗電路156的一些特徵 的簡圖。如圖9所示，但也適用於其它所述實施例，脈衝輸出可通過耦合 設備850，如光耦合器或變壓器，與校驗電路的數字輸入相連。這樣可對 脈衝輸出進行分析，且不影響脈衝輸出自身。
輸出校驗電路156的另一個可選擇的特徵是分頻電路(frequency divide-down circuit) 852，所述分頻電路可用於對分析的脈衝輸出的頻率 進行劃分(divide down)(也就是，降低)，以減小對其它檢測電路的要求。 然後，最終的分頻脈衝輸出854可通過其它檢測電路被分析。但是，分頻 功能並不需要在所有的實施例中實行。
採樣電路856可被包括以對脈衝輸出(或者分頻脈衝輸出)進行採樣 以產生採樣的頻率信號858。然後，頻壓轉換器860產生電壓862，所述電 壓表示採樣頻率。模數轉換器864接收該表示電壓作為輸入，並作為輸出 產生對應於電壓862的數字值866，從而表示釆樣頻率。比較電路868對數 字電壓值866與參考數字值870進行比較，參考數字值870被選擇以表示如 果輸出電路158-2正常工作時期望的脈衝計數頻率。根據比較，比較電路 868產生診斷輸出157-2以表示故障或正常的性能。
圖10為在另一個實施例中一部分磁流量計變送器120的簡圖，所述實 施例可與其它已公開的實施例組合實現或獨立於其它已公開的實施例。使 用流量計變送器的用戶通常有可編程邏輯控制器(PLC)系統，所述可編 程邏輯控制器系統可實現脈衝計數器904對變送器120的脈衝輸出中的脈衝進行計數。用戶PLC系統具有觸發電平，在所述觸發電平上變送器的脈
衝輸出被評估。觸發電平可隨用戶設置而改變。在圖io所示的實施例中， 通過在脈衝反饋電路中提供可調整的觸發電平，變送器120在用戶所用的
相同觸發電平上校驗脈衝輸出信號。
如圖10所示，在一些磁流量計變送器120的實施例中，電晶體902用 作輸出電路158的一部分以產生脈衝輸出信號，如圖10中參考號903所示。 例如，圖11的波形930示出了對於環線(例如，過程環304、其它電力線路 等)上的特定組的寄生電容效應，可能的脈衝輸出信號的波形。如上所述， 用戶的脈衝計數器904典型地具有可調整的觸發電平932，在所述觸發電平 處脈衝將被識別。結果是脈衝寬度936，可被計數器904所見，如波形934 中所示。如果觸發電平932被調整，脈衝寬度936典型地會發生改變。
為提供設置輸出校驗電路觸發電平的能力以使其與用戶的脈衝計數 器904所用的觸發電平相匹配，可調整觸發電平機構被使用。在圖10中， 脈衝輸出被提供至比較器卯8的輸入906端。例如，提供在輸入906處的脈 衝信號可能具有類似於圖11中所示波形938的波形。由比較器908提供的圖 10中的反饋脈衝輸出916在圖11中由波形942表示。利用觸發電平調整輸入 914以將數位訊號輸入910提供至DAC912，用於比較器908的可調整觸發電 平940能夠被實現。因此，如果脈衝輸出電路正常工作，觸發電平940能夠 被控制使其與觸發電平932相同，以確保由比較器908所檢測的脈衝寬度 944與脈衝寬度936相匹配。然後，反饋脈衝916可被變送器120內的脈衝計 數器918計數以產生脈衝計數920。之後，例如，脈衝計數920用於提供診 斷輸出157-2，如上所述。
在一些實施例中，觸發電平調整輸入可自動調整至不同的觸發電平， 以評估電力線路上的寄生電容，脈衝輸出通過所述電力線路被傳送(例如， 環304)，或確定電力線路是否處於期望的狀況D因此，在本實施例或其它 實施例中，觸發電平調整輸入914不必位於變送器的外部，相反可通過變 送器內的處理電路從內部控制。
包含在一些磁流量計變送器的實施例中的另一個可選擇的特徵是脈 衝波形分析電路925。在包含脈衝波形分析電路的實施例中，脈衝信號被 反饋輸入電路925用于波形分析。電路925對脈衝信號數位化，然後分析波形以得到特性或特點，如上升時間、佔空比和幅值。
儘管本發明參考示例實施例被描述，但本領域的技術人員能夠認識 到可在不偏離本發明的精神和範圍內對形式和細節進行改變。例如，模擬 和脈衝輸出電路能夠，以及經常在同一變送器內實現，即使為清楚起見， 在一些實施例中這些模擬和脈衝輸出電路被分別顯示。同樣地，不同實施 例的不同特徵可被組合用於特定的實施方式。儘管已採用結構特徵和/或 方法動作的特定語言描述了主題，但應當理解在權利要求中限定的主題不 必限制於所述的特定特徵或動作。相反，上述特定的特徵和動作作為實現 權利要求的示例形式被公開。
權利要求
1.一種磁流量計變送器，包括流量管；測量電路，所述測量電路被配置以提供與通過流量管的流量相關的輸出；輸出電路，所述輸出電路與測量電路耦合，並被配置以提供與通過流量管的流量相關的變送器輸出；以及輸出校驗電路，所述輸出校驗電路與輸出電路耦合，並被配置以校驗輸出電路的正常工作。
2. 根據權利要求l所述磁流量計變送器，其中，輸出電路包括模擬輸 出電路，所述模擬輸出電路被配置以通過控制模擬電流環提供模擬輸出， 以便經模擬電流環傳送流量信息。
3. 根據權利要求2所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被配置 以測量與模擬輸出相關的參數，並將測量的參數與已知值進行比較以用於 校驗。
4. 根據權利要求2所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被配置 以將模擬輸出轉換為孤立的頻率，並利用所述孤立的頻率校驗模擬輸出電 路的正常工作。
5. 根據權利要求l所述磁流量計變送器，其中，輸出電路包括脈衝輸 出電路，所述脈衝輸出電路被配置以在電力線路上提供脈衝輸出，以便傳 送流量信息。
6. 根據權利要求5中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被配 置以校驗脈衝輸出頻率，從而對脈衝輸出電路的正常工作進行校驗。
7. 根據權利要求6中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路包括 脈衝計數電路，所述脈衝計數電路被配置以計數來自脈衝輸出的脈衝，並 校驗脈衝輸出頻率，所述脈衝輸出頻率為來自脈衝輸出的計數的脈衝的函 數。
8. 根據權利要求7中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路包括 脈衝計數比較電路，所述脈衝計數比較電路被配置以對來自脈衝輸出的計數脈衝與參考脈衝計數進行比較，以及根據所述比較，校驗脈衝輸出電路 的正常工作。
9. 根據權利要求6中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路包括 採樣電路，所述採樣電路被配置以提供採樣頻率信號； 頻壓轉換電路，所述頻壓轉換電路被配置以將採樣頻率信號的頻率轉換為表示電壓；模數轉換器，所述模數轉換器被配置以將表示電壓轉換為表示數字電 壓值；以及其中，脈衝輸出校驗電路被配置以校驗脈衝輸出頻率，所述脈衝輸出 頻率為所述數字電壓值的函數。
10. 根據權利要求6中所述磁流量計，其中，輸出校驗電路還包括可 調整的脈衝反饋觸發電平電路，所述可調整的脈衝反饋觸發電平電路被配 置以調整觸發電平，在所述觸發電平以上，脈衝輸出內的脈衝將會被檢測。
11. 根據權利要求10中所述磁流量計，其中，所述可調整的脈衝反饋 觸發電平電路被配置以調整觸發電平，所述觸發電平為觸發電平調整輸入 的函數。
12. 根據權利要求10中所述磁流量計，其中，所述可調整的脈衝反饋 電路被配置以自動調整至不同的觸發電平，以評估電力線路上的寄生電容 或者確定電力線路是否處於期望的狀況。
13. 根據權利要求5中所述磁流量計變送器，還包括脈衝波形分析電 路，所述脈衝波形分析電路被配置以對脈衝輸出數位化，並分析脈衝輸出 波形的上升時間、佔空比和幅度中的至少之一。
14. 一種磁流量計變送器，用於監測通過流量管的流量，所述磁流量 計變送器包括測量電路，所述測量電路被配置以檢測通過流量管的流量，並提供與 通過流量管的流量相關的輸出；輸出電路，所述輸出電路與測量電路耦合，並被配置以提供與通過流 量管的流量相關的變送器輸出；以及輸出校驗電路，所述輸出校驗電路與輸出電路耦合，並被配置以校驗 輸出電路的正常工作。
15. 根據權利要求14中所述磁流量計變送器，其中，所述變送器被配 置以與模擬電流環耦合，並且，其中輸出電路被配置以在模擬電流環上提 供模擬輸出，從而通過模擬電流環傳送流量信息。
16. 根據權利要求15中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路位於變送器的內部，並被配置以測量與所述模擬輸出相關的參數，且將測量 的參數與己知值進行比較用於校驗。
17. 根據權利要求16中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被 配置以將所述模擬輸出轉換為孤立的頻率，並利用所述孤立的頻率校驗輸 出電路的正常工作。
18. 根據權利要求15中所述磁流量計變送器，其中，所述變送器被配 置以與通信線路耦合，並且，其中所述輸出電路被配置以在通信線路上提 供脈衝輸出以傳送流量信息。
19. 根據權利要求18中所述磁流量計變送器，其中，所述通信線路為 模擬電流環。
20. 根據權利要求18中所述磁流量計變送器，其中，輸出校驗電路被 配置以校驗脈衝輸出頻率，從而校驗輸出電路的正常工作。
21. 根據權利要求18中所述磁流量計，其中，輸出校驗電路還包括可 調整的脈衝反饋觸發電平電路，所述可調整的脈衝反饋觸發電平電路被配 置以調整觸發電平，在所述觸發電平以上，脈衝輸出內的脈衝將會被輸出 校驗電路所檢測。
全文摘要
磁流量計變送器(120)包括流量管(124)和測量電路(154)，所述測量電路提供與通過流量管(124)的流量相關的輸出。輸出電路(158)，例如模擬和脈衝輸出電路，提供與通過流量管(124)的流量相關的變送器輸出。變送器(120)的輸出校驗電路(156)與輸出電路(158)耦合，並通過分析輸出信號，提供輸出電路(158)正常工作的校驗。
文檔編號G01F15/06GK101688798SQ200880012710
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月16日 優先權日2007年4月19日
發明者K·A·亨特, R·K·舒爾茲, S·R·弗斯, W·G·託騰哈根 申請人:羅斯蒙德公司