用於流體流量計的傳感器組件的製作方法
2023-05-09 05:48:56
專利名稱：用於流體流量計的傳感器組件的製作方法
技術領域：
本發明總地涉及磁性流量計，且更具體地涉及一種具有傳感器組件的磁性流量計，該傳感器組件形成溼氣屏障並同時提供精確流量測量。
背景技術：
磁性流量計用於測量諸如通過管路或管道的水的導電流體的流量。這種流量計利用法拉第定律測量運動經過管道的流體的流量或流速。法拉第定律規定了運動經過磁場的導體產生電壓。例如，水是導體，因而，當水經過磁場時它產生電壓。電壓的大小直接與流體(即，水)運動經過磁場的速度成比例。傳統的流量計包括傳感器內部的電磁線圈和傳感器上的電極，這些電磁線圈形成磁場，而電極則測量由運動經過那些磁場的流體所產生的電壓。磁場的平面通常橫向定位， 以使導電流體經過磁場，感應出電壓。流量計通常包括彼此間隔開並與流體電氣接觸的多個電極，以測量感應電壓。所測得的電壓用於確定流體流經管路的平均速度。大多數的流量計包括傳感器或傳感器組件，而傳感器組件包括磁源和一組或多組電極。傳感器組件定位成使電極與流經管路的流體接觸。為了獲得精確的速度測量，在電極之間的測量區域內保持磁場是有益的。防止溼氣接觸和破壞內部迴路也是重要的，這會導致不精確的測量。現有的流量計通常包括包圍或延伸到流體柱內的本體。流量計包含感測電極，電極的一端延伸到流體內，而相對的一端至少部分地延伸到本體內，其中，連接到電極的繞線穿過本體內的內部空間，該繞線包括磁性線圈。本體內的開口形成溼氣進入內部的路徑並將內部迴路暴露於來自迴路內的流體的溼氣。當管道內的流體壓力增大時，溼氣將運動通過該路徑並進入傳感器內部的可能性增大。這樣的溼氣影響內部迴路的工作並由於故障或失效而導致不精確的流量測量，並且增加維修和更換的成本。因此，現有的傳感器限於具有處於或低於IOOOpsi(磅/平方英尺)的壓力的管道。超過lOOOpsi，現有的傳感器不能阻止溼氣進入傳感器內部。除了壓力的限制，一些現有的傳感器具有多孔塑料本體，該本體還使溼氣被本體吸收以及隨時間進入本體。因此，需要有一種提供不透溼氣的屏障同時還提供精確的流量測量的流量計。
發明內容
本傳感器組件提供對管路內的流體流量的精確測量並有助於防止溼氣損壞組件的磁性傳感器。本發明的一個實施例提供一種用於流量計的傳感器組件，包括具有中空內部的本體，其中，本體構造成具有防止溼氣在極端流體壓力下進入內部的不透溼氣的屏障。該組件包括安裝到本體上的至少一個電極和構造成可移除地插入本體的中空內部的線圈組件，其中，線圈組件包括當線圈組件插入本體的中空內部時，與至少一個電極電氣隔離的至少一個磁性線圈。
本發明的另一實施例提供一種用於流量計的傳感器組件，包括具有外表面的圓筒形本體，其中，該本體形成縱向軸線、中心盲孔和兩個通道。兩個通道平行於縱向軸線並在外表面上以指定角度徑向彼此隔開。感測電極組件安裝到兩個通道中的一個內，且接地電極組件安裝到兩個通道中的另一個內，其中，感測電極組件和接地電極組件中的至少一個包括多個間隔開的電極。線圈組件構造成可移除地插入本體的中心盲孔內。線圈組件包括多個磁性線圈，當線圈組件插入本體的中心盲孔時，每個磁性線圈都與感測電極組件上的多個電極中的一個電極電氣隔離並與該電極對齊。
圖1是插入管路的傳感器組件和將傳感器組件固定在位的安裝組件的實施例的剖視圖。圖2是圖1的傳感器組件的立體圖。圖3是圖2的傳感器組件的側視圖。圖4是總體沿圖2的線4-4剖切的傳感器組件的剖視圖。圖5A是圖1的本體的側視圖，示出了包括感測電極組件的諸通道中的一個通道。圖5B是圖5A的本體的端視圖。圖6A是圖1的線圈組件的側視圖。圖6B是圖6A的線圈組件的端視圖。圖7A是圖1中所示的蓋子的側視圖。圖7B是圖7A的蓋子的左側端視圖。圖7C是圖7A的蓋子的右側端視圖。圖8是示出從本體移除了線圈組件和蓋子的傳感器組件的側向分解圖。圖9是傳感器組件的另一實施例的側向分解圖。
具體實施例方式當與電信號轉換器結合使用時，本傳感器組件是用於精確測量流經管路或開口通道的流量並阻止溼氣進入組件的流量計。參見圖1至9，本傳感器組件10包括由諸如金屬的不透溼氣的材料製成的細長圓筒形傳感器本體12，該傳感器本體具有縱向軸線14並形成中空內部16。在所述實施例中， 本體12是圓筒形的並具有大體圓形的橫截面。還可設想，本體可具有其它合適形狀的橫截面。此外，在該實施例中，金屬傳感器本體12由不鏽鋼製成，但可由任何合適的不透溼氣的材料或這種材料的組合製成。本體12形成平行於縱向軸線14沿本體長度延伸的多個通道 18。應當理解到本體可形成一個或多個通道，且通道18可各自具有小於本體12的長度或具有任何合適的長度。同樣，通道18較佳地都具有相同的長度，但可設想通道可具有不同的長度。在圖示實施例中，本體12形成徑向彼此隔開的三個通道18a、18b和18c。通道18a、 18b和18c可等間隔或以不同角度間隔。在一實施例中，通道以指定角度徑向彼此隔開，而指定角度為15°到90°。應當理解到一個或多個通道可以任何合適的角度或距離彼此隔開。為了阻止溼氣進入本體12，本傳感器組件構造有不透溼氣的屏障。為了形成這種屏障，一條或若干條通道18在本體內形成到指定深度，而該深度不延伸到中空內部16。這種構造確保在通道18和中空內部16之間沒有開口或開口空間，這些開口或開口空間將使流體或來自流體的溼氣如與現有的傳感器組件那樣進入盲孔。同樣為了消除使溼氣進入傳感器本體內部的任何路徑，本傳感器組件可用於測量具有達10，OOOpsi的流體壓力的管道中的流體流量。如上所述，現有的傳感器組件限於達IOOOpsi的流體壓力，因此本傳感器組件可用於比現有的傳感器組件明顯更多的應用場合。除了上述以外，本體12由基本上不透的材料製成，諸如不鏽鋼。這有助於進一步防止流體和溼氣進入中空內部16。這對於具有由比金屬大的孔隙率的塑料或類似材料製成的本體的現有傳感器組件來說是顯著優點，其中，溼氣更容易被那些材料吸收並隨時間穿過那些材料，從而引起對諸如磁性線圈和繞線的內部迴路的損壞。本體12具有第一端20和相對的第二端22。第一端20通過使閉合的第一端與本體一體形成或通過將蓋子M焊接到本體上進行閉合，以提供蓋子和本體間的密封。第二端 22包括通過焊接或其它任何合適的連接方式而連接到本體12的凸緣M。凸緣M形成中心通孔沈，該中心通孔具有略微大於本體外徑的內徑。凸緣M還形成用於如下所述容納緊固件的六個外通孔28。通孔觀較佳地彼此等間隔，但還能以不同的距離或角度相對於彼此間隔開。應當理解到凸緣M不限於六個孔，且可包括任何合適數目的通孔或其它孔。多個電極組件30安裝在本體12的外表面32上。具體來說，每個電極組件30包括諸如金屬帶34的導電帶，該導電帶構造成插入由本體12形成的諸通道18中的一個通道。 金屬帶34可由不鏽鋼或任何其它合適的導電材料或這些材料的組合製成。在插入通道18 之前，多個電極36安裝在每根金屬帶34上。在另一實施例中，帶34本身能通過穿過敷加到帶的絕緣塗層而露出帶的導電錶面的一個或多個部分來作為電極進行操作。在所述實施例中，電極36可沿帶34等間隔或以其它指定位置間隔開。電極36使用合適的導電機械緊固方法附連於帶34，以保持連續的金屬導電性。合適的繞線連接到每根帶34並沿本體12 在對應的通道18內延伸，並穿過由本體12的第二端22處的凸緣M形成的通孔26。在圖示實施例中，兩個電極組件30是感測電極組件30a和30b並以指定位置位於流體流中以對流量進行測量。第三電極組件是參考或接地電極組件30c並位於朝向流體流上遊。在另一實施例中，第三電極組件可以其它方向或位置在流體柱內定位。應當理解，為了測量管路或開口通道內的流量，本傳感器組件10可具有任何合適數目的、安裝在本體12的外表面32上的電極組件30。電極組件中的兩個是感測電極組件。 應當理解任何合適的偶數個電極組件可以是感測電極組件。一個或多個電極組件可以是接地或參考電極組件，並且可以位於相對於流體在管路或開口通道內流動的方向的任何位置處。同樣，感測電極組件30a和30b在相同位置處具有相同數目的電極36，而接地電極組件 30c可具有與感測電極組件相同或不同數目的電極並且處於相對於感測電極組件上的電極相同或不同位置。在電極組件30a、30b和30c安裝到由本體12形成的對應的通道18a、18b和18c 內之前，不導電的塗層38敷加到本體12。然後，不導電的塗層或粘結劑38a敷加到電極組件和繞線，以將組件和繞線密封和固定到本體上並使組件和繞線與本體電氣隔離。一旦塗層38a固化或凝固，就去除覆蓋電極36的周界表面的任何塗層，因而，電極可有效地感測流體流量並產生通信到與流量計關聯的信號轉換器的相關電信號。
磁性線圈組件或線圈樹狀物(coil tree)40產生測量流體流量所需的磁場並構造成插入由本體12形成的中空內部16。在圖示實施例中，磁性線圈組件40包括細長杆42， 該細長杆具有第一自由端44和包括凸緣48的相對的第二端46以及附連於杆的磁性線圈 50。凸緣48形成彼此間隔開的三個通孔52和三個螺紋凹孔M。六個孔52和M與由連接到本體12的凸緣M形成的六個外通孔28對齊。線圈組件40的杆42可由諸如不鏽鋼、 塑料或任何合適的材料或各材料的組合製成。如圖8中所示，杆42構造成插入本體12的中空內部16並具有至少等於本體的長度。磁性線圈50在與電極36對齊的位置附連於杆 42，而電極36與安裝到本體12的外表面32的感測電極組件30a和30b相關聯。每個磁性線圈50包括繞線筒56和以指定繞匝數圍繞繞線筒卷繞的金屬線58。繞線筒56較佳由諸如鐵的磁性金屬製成，但可以用塑料或任何其它合適的材料製成。如圖8 中所示，每個繞線筒56通過緊固件固定到杆42。應當理解到繞線筒56還可使用粘合材料、 焊接或任何合適的連接方法來固定到杆42。金屬線58較佳為銅線，但可以是任何合適的線或各種線的組合。線58基於所需產生的磁場強度以指定繞匝數圍繞繞線筒56卷繞，這是因為磁場的強度直接與線的匝數和線中的電流的乘積成正比。合適的繞線連接到每個磁性線圈50，以將電流供給到那些線圈中的線58。在圖示實施例中，外部磁性線圈50b、50c和50d與內部磁性線圈50a串聯地卷在一起。合適的線連接到內部磁性線圈50a並沿杆42延伸，並且穿過由杆42的第二端46處的凸緣48形成的孔60。應當理解，磁性線圈50可以如上串聯地捲起來或者單獨捲起來，其中，每個線圈的繞線沿杆42延伸並穿過由凸緣48形成的孔60。繞線被預塗敷或絕緣以避免在使用時不利地與線圈50或杆42接地。替代地，繞線可塗敷有上述不導電的塗層38。 繞線從線圈50延伸到將電供給到線圈的電源(未示出)。供給到線圈50的電使線圈通電， 從而產生上述磁場。電纜外殼或保護套通常附連於線圈組件的端部，以提供與溼氣密封開的電纜終端。在圖1、2、3和5A-8中所示的一個實施例中，電纜外殼包括安裝到杆42的第二端46上的蓋子62。蓋子62包括三個一體形成的部件凸緣部64、錐形部66和安裝構件68。三個部件還可單獨製造並通過焊接或任何其它合適的連接方法連結起來。凸緣部64具有大體圓形的形狀並形成通孔70和彼此間隔開的三個外螺紋孔72。錐形部66具有內端74、外端 76以及與凸緣部64的中心孔70連通的內部中空區78。安裝構件68形成與錐形部66的中空區78連通並具有比錐形部的外端76小的直徑的通孔80。線圈組件40的線或繞線經由通孔70饋送到凸緣部64內並作為單根電纜82 一起連結到錐形部66的中空區78內。電纜82從中空區78經由安裝構件68的通孔80延伸到信號轉換器。本體12、線圈組件40和蓋子62—起連接並作為單個單元安裝到諸如管道84的管路內。具體來說，線圈組件40被插入由本體12形成的中空內部16。螺紋緊固件86插入穿過由本體12的凸緣M形成的對齊盲孔觀中的三個盲孔並插到線圈組件40的凸緣48的螺紋孔M內，以將這些部件固定到一起。電極組件30和線圈組件40中的繞線被饋送到蓋子62內並被連接到一起，以形成延伸穿過安裝構件68並連接到信號轉換器的電纜82。附加的螺紋固定件86插入穿過由本體12的凸緣M形成的三個另外的盲孔28、由線圈組件 40的凸緣48形成的三個對應的盲孔52並插入由蓋子62形成的三個凹陷螺紋孔72，以將本體、線圈組件和蓋子固定到一起。在圖示實施例中，至少一個0形環密封構件88插到本體、線圈組件和蓋子的凸緣和凸緣部對、48及64之間，以有助於防止流體和溼氣進入傳感器組件10。然後，組裝好的傳感器組件10經由接頭(nipple)壓縮密封件90插入埠，該密封件通常具有如圖1中所示連接到管道84的閥92。傳感器組件通過安裝組件94固定在位。安裝組件94包括圓筒形彈簧外殼96、連接到彈簧外殼的安裝板98和諸如細長螺栓100 的至少兩根細長安裝杆。彈簧外殼96形成構造成容納諸如卷簧102的偏置構件的內部空間。卷簧102的第一端104構造成裝配到蓋子62的安裝構件68上並配合錐形部電纜外殼 66的外端76，而第二端106與安裝板98鄰接。較佳地，彈簧外殼96與安裝板98 —體形成， 但可以通過焊接或任何合適的連接方法而連接到安裝板。安裝板98形成用於容納電纜82 的盲孔108。具體而言，電纜82從蓋子62伸出並穿過彈簧外殼96內的彈簧102並穿過由安裝板98形成的盲孔108，然後延伸到如上所述的信號轉換器。螺栓100插入穿過由安裝板98形成的緊固件孔112，其中，螺栓110的第一端114被擰到和固定到由與接頭90關聯的凸緣116形成的對應的螺紋孔。螺栓110的第二端118通過合適的墊圈120和鎖定螺母 122固定到安裝板98。彈簧外殼96具有比蓋子62的彈簧102和安裝構件68大的直徑，因而，外殼上的向內壓力使其向內朝蓋子和彈簧與安裝構件外側運動。傳感器組件10安裝到管道84內，直到端部20與形成管道的壁IM配合。為了確保端部20在使用期間不會由於管道84內的流動壓力而相對於壁IM運動或移出，通過調節安裝組件94而將壓力施加到傳感器組件10。具體來說，鎖定螺母122被擰緊，從而使安裝板98和彈簧外殼96朝管道向內運動。當安裝板98向內運動時，彈簧102被壓縮抵靠蓋子62的錐形部66的外端76。彈簧102的壓縮將向內的壓力施加到傳感器組件10上，這又致使端部20以增大的力壓抵壁124。鎖定螺母122被擰緊直到端部20在壁IM上的力在 400到600psi之間為止，因而，端部在使用期間並不運動。當完全插入時，線圈組件40的線圈50與感測電極組件30a和30b上的電極36對齊，以提供精確的管道84內的平均流速。在上述實施例中，安裝組件94用於相對於諸如管道84或開口通道(未示出)的管路而將傳感器組件10固定和保持在位。應當理解到安裝組件94 一般用於具有達500psi 的流體壓力的諸如管道的管路。超過500psi，本傳感器組件通過焊接到管道或通過使用其它合適的高壓密封件而固定到管道接頭或管道。還應當理解到上述實施例不限於安裝組件 94且任何合適的安裝組件或安裝裝置可用於將本傳感器組件附連並固定到管路。在操作中，磁性線圈50被通電以在流體流中產生圍繞每個線圈的磁場。當流體流經對應的磁場時，流體產生通過感測電極組件30a和30b上的電極36感測到的電壓。作為來自電極的電信號，感測到的電壓通信到與流量計關聯的信號轉換器(未示出)。電信號通過信號轉換器轉換成平均流速並顯示在信號轉換器或流量計監視器的顯示屏或電腦屏幕上。如上所述，本體12和帶34較佳地塗敷有不導電塗層38和38a以使傳感器組件的每個部件電氣隔離。組合由不透的材料製成的本體12以及去除本體12的中空內部16與電極36之間的任何開口或空間都有助於顯著地防止流體和/或溼氣進入本體、損壞內部迴路並不利地影響磁性線圈50的測量能力。因此，本傳感器組件10更為耐久並提供精確的流量測量，而磁性線圈和傳感器組件的其它內部部件的劣化最少。
參見圖9，示出傳感器組件10'的另一實施例，其中，傳感器組件包括由不透溼氣的材料製成的本體12'，該本體形成通道18'，具有一個電極36'的導電帶34'安裝在該通道中。線圈組件40'插入由本體形成的中空內部，其中，線圈組件包括一個磁性線圈 50'，當線圈組件插入本體時，該磁性線圈與電極36'對齊。傳感器組件10'如上所述進行操作以精確地測量管路內的流速，同時防止溼氣進入本體並損壞內部迴路。在上述實施例中，可從管道84中移除傳感器組件10，以使其可如需要進行清潔、 檢查、維修和/或更換。此外，線圈組件40可插入和/或移出本體12，以使其可被維修和/ 或更換。這減少組裝和維修的成本，這是因為如果線圈組件40、磁性線圈50或組件的其它部件有故障或損壞，不必更換整個傳感器組件10。儘管已在此描述了本傳感器組件的具體實施例，但對本領域的技術人員來說應當理解的是，可以不脫離本發明而在更寬泛的方面對其進行變化和修改。
權利要求
1.一種用於流量計的傳感器組件，包括具有中空內部的本體，所述本體構造成具有防止溼氣在極端流體壓力下進入所述內部的不透溼氣的屏障；安裝到所述本體上的至少一個電極；線圈組件，所述線圈組件構造成可移除地插入所述本體的所述中空內部，所述線圈組件包括當所述線圈組件插入所述本體的所述中空內部時與至少一個電極電氣隔離的至少一個磁性線圈。
2.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述本體包括外表面，所述至少一個電極安裝到所述外表面上。
3.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述本體由基本上不透溼氣的材料製成。
4.如權利要求3所述的傳感器組件，其特徵在於，所述不透溼氣的材料是不鏽鋼。
5.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述本體形成至少一個通道，而所述至少一個電極安裝在所述通道內。
6.如權利要求5所述的傳感器組件，其特徵在於，還包括為了插入所述通道而構造的導電帶，所述至少一個電極安裝在所述帶上。
7.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，還包括敷加到所述本體和所述至少一個電極中的至少一個的不導電塗層。
8.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，還包括連接到所述線圈組件的蓋子， 所述蓋子包括用於使所述本體抵抗管路壁偏置的偏置構件。
9.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，還包括多個電極，所述電極安裝在所述本體上。
10.如權利要求9所述的傳感器組件，其特徵在於，所述本體形成多個通道，而所述電極安裝在每個所述通道內。
11.如權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述極端流體壓力包括500到 10，OOOpsi 的壓力。
12.一種用於流量計的傳感器組件，包括具有外表面的圓筒形本體，所述本體形成縱向軸線、中心盲孔和兩個通道，所述兩個通道平行於所述縱向軸線並在所述外表面上以指定角度徑向彼此隔開；安裝到所述兩個通道中的一個通道內的感測電極組件；安裝到所述兩個通道中的另一通道內的接地電極組件，所述感測電極組件和所述接地電極組件中的至少一個包括多個間隔開的電極；線圈組件，所述線圈組件構造成可移除地插入所述本體的所述中心盲孔內，所述線圈組件包括多個磁性線圈，當所述線圈組件插入所述本體的所述中心盲孔內時，每個所述磁性線圈與所述感測電極組件上的所述多個電極中的一個電極電氣隔離並與所述電極對齊。
13.如權利要求12所述的傳感器組件，其特徵在於，所述本體由金屬製成。
14.如權利要求12所述的傳感器組件，其特徵在於，還包括敷加到所述本體、所述感測電極和所述接地電極中至少一個的不導電塗層。
15.如權利要求12所述的傳感器組件，其特徵在於，所述指定角度為15°到90°。
16.如權利要求12所述的傳感器組件，其特徵在於，所述本體形成與所述兩個通道間隔開的附加通道。
17.如權利要求16所述的傳感器組件，其特徵在於，還包括安裝在所述附加通道內的附加感測電極組件，所述附加感測電極組件包括與所述感測電極組件上的所述電極對齊的、多個間隔開的電極。
全文摘要
一種用於流量計的傳感器組件，包括具有中空內部的本體，其中，本體構造成具有防止溼氣在極端流體壓力下進入內部的不透溼氣的屏障。該組件包括安裝到本體上的至少一個電極和構造成可移除地插入本體的中空內部的線圈組件，其中，線圈組件包括當線圈組件插入本體的中空內部時，與至少一個電極電氣隔離的至少一個磁性線圈。
文檔編號G01F1/00GK102341678SQ201180001396
公開日2012年2月1日 申請日期2011年1月5日 優先權日2010年1月6日
發明者E·D·米克爾森, G·E·戴維斯, J·L·克萊門斯, P·霍博斯 申請人:麥克科羅米特股份有限公司