用于振動流體計量器的並置傳感器的製造方法
2023-05-09 13:10:46 2
用于振動流體計量器的並置傳感器的製造方法
【專利摘要】提供了一種用于振動計量器的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)。所述組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)包括具有至少第一磁體(211)的磁體部分(104B)。所述組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)進一步包括接收第一磁體(211)的至少一部分的線圈部分(204A、304A)。所述線圈部分(204A、304A)包括線圈繞線管(220)、圍繞線圈繞線管(220)卷繞的驅動器線(221)和圍繞線圈繞線管(220)卷繞的拾取器線(222)。
【專利說明】用于振動流體計量器的並置傳感器
【技術領域】
[0001]以下描述的實施例涉及振動計量器，並且更特別地涉及用于振動流體計量器的並置傳感器。
【背景技術】
[0002]振動計量器比如振動密度計量器和科裡奧利流量計量器等是眾所周知的，並且被使用來測量導管內的材料的質量流量和其它信息。所述材料可以是流動的或靜止的。示例性科裡奧利流量計量器在均屬於J.E.Smith等人的美國專利4，109，524、美國專利4，491，025和Re.31，450中公開。這些流量計量器具有呈直的或彎曲的構造的一個或多個導管。科裡奧利質量流量計量器中的每個導管構造具有一組自然的振動模式，其可以為簡單彎曲、扭轉或結合類型。每個導管可被驅動而以優選模式振蕩。
[0003]材料從連接的管道在流量計量器的入口側流動進入流量計量器中，被引導穿過導管，並穿過流量計量器的出口側離開流量計量器。振動的、填充有材料的系統的自然振動模式部分地由導管和在導管內流動的材料的組合質量限定出。
[0004]當沒有流體穿過流量計量器時，施加至導管的驅動力使沿著導管的所有點以相等相位或小的「零偏差」進行振蕩，所述零偏差是零流量時測得的時間延遲。隨著材料開始流動穿過流量計量器，科裡奧利作用力使沿著導管的每個點具有不同的相位。例如，流量計量器的入口端部處的相位滯後於居中驅動器位置處的相位，而出口處的相位領先於居中驅動器位置處的相位。導管上的拾取器傳感器產生代表導管的運動的正弦信號。從拾取器傳感器輸出的信號被處理來確定拾取器傳感器之間的時間延遲。兩個或更多個拾取器傳感器之間的時間延遲正比於流動穿過導管的材料的質量流量。
[0005]連接至驅動器的計量電子裝置生成驅動信號來操作驅動器，並從接收自拾取器傳感器的信號確定材料的質量流量和其它性能。驅動器可以包括許多眾所周知的配置之一；然而，磁體和相對的驅動線圈在振動計量器工業中已獲得巨大成功。適當的驅動線圈和磁體配置的示例在美國專利7，287，438以及美國專利7，628，083中被提供，這兩個美國專利都明顯被轉讓給Micro Motion公司，並通過引用併入本文。交流電流被傳至驅動線圈，用於以所需的流管振幅和頻率振動導管。本領域中還公知的是提供拾取器傳感器作為磁體和線圈配置，非常類似於驅動器配置。然而，在驅動器接收誘發運動的電流的同時，拾取器傳感器可使用由驅動器提供的運動來誘發電壓。由拾取器傳感器測得的時間延遲的幅度非常小，通常為納秒級。因此，有必要使換能器輸出非常精確。
[0006]圖1示出了現有技術振動計量器5的一個示例，其呈科裡奧利(Coriolis)流量計量器的形式，包括傳感器組件10和計量電子裝置20。計量電子裝置20與傳感器組件10電連通，以測量流動材料的特性，比如密度、質量流量、體積流量、總計質量流量、溫度和其它信息。
[0007]傳感器組件10包括一對法蘭101和101』、歧管102和102』、和導管103A和103B。歧管102、102』固定至導管103AU03B的相對端部。現有技術科裡奧利流量計量器的法蘭101和101』固定至間隔器106的相對端部。間隔器106維持歧管102、102』之間的間隔，以防止導管103A和103B中的非所需振動。導管103A和103B以本質上平行的方式從歧管向外延伸。當傳感器組件10被插入承載流動材料的管道系統(未示出)中時，材料穿過法蘭101進入傳感器組件10、穿過入口歧管102，在這裡材料總量被引導以進入導管103A和103B，流動穿過導管103A和103B，並回到出口歧管102』中，在這裡它穿過法蘭101』離開傳感器組件10。
[0008]現有技術傳感器組件10包括驅動器104。驅動器104被固定至導管103A和103B處於一定位置，在這裡驅動器104可例如以驅動模式振動導管103AU03B。更具體地，驅動器104包括固定至導管103A的第一驅動器部件104A和固定至導管103B的第二驅動器部件104B。驅動器104可以包括許多眾所周知的配置之一，比如安裝至導管103A的線圈以及安裝至導管103B的相對磁體。
[0009]在現有技術科裡奧利流量計量器的本示例中，驅動模式是第一異相彎曲模式，並且導管103AU03B被選擇並適當地安裝至入口歧管102和出口歧管102』，以便提供平衡的系統，其分別圍繞彎曲軸線W-W和W』-W』具有大致相同的質量分布、慣性矩和彈性模量。在本示例中，其中驅動模式是第一異相彎曲模式，導管103A和103B圍繞它們相應的彎曲軸線W-W和W』-W』沿相反方向被驅動器104驅動。呈交流電流形式的驅動信號可由計量電子裝置20提供，比如經由路徑110，並穿過線圈以使兩導管103A、103B振蕩。本領域技術人員將理解:現有技術科裡奧利流量計量器可以使用其它驅動模式。
[0010]所示傳感器組件10包括一對拾取器(Pick-Off) 105、105』，其被固定至導管103A、103B。更具體地,第一拾取器部件105A和105』 A定位在第一導管103A上,而第二拾取器部件105B和105』B定位在第二導管103B上。在所示示例中，拾取器105、105』可以是電磁檢測器，例如拾取器磁體和拾取器線圈，其產生代表導管103AU03B的速度和位置的拾取器信號。例如，拾取器105、105』可以將拾取器信號經由路徑111、111』供給至計量電子裝置
20。本領域技術人員將理解的是:導管103AU03B的運動通常與流動材料的某些特性成比例，例如，流動穿過導管103AU03B的材料的密度和質量流量。然而，導管103AU03B的運動還包括可在拾取器105、105』處測得的零流動延遲或偏差。零流動偏差可由多個因素造成，比如儀表中的不成比例的阻尼、殘留柔性反應、電磁串擾或相位延遲。
[0011]在許多現有技術流體計量器中，通常通過測量零流動狀態時的偏差並從流動期間進行的後續測量減去測量偏差，來修正零流動偏差。雖然該途徑在零流動偏差保持恆定時提供足夠的流動測量，但是實際上偏差會因多種因素而變化，包括周圍環境(比如溫度)的小變化或材料流動穿過其中的管道系統的變化。如可理解的，零流動偏差的任何變化都導致所確定流動特性的誤差。在正常操作期間，可能在無流動狀態之間存在長的時間周期。零流動偏差隨時間推移的變化可能導致所測流量的顯著誤差。
[0012]本 申請人:已經開發了一種用於確定和修正流動期間的零流動偏差的變化的方法，其在題為 「In-Flow Determination Of Left And Right Eigenvectors In A CoriolisFlowmeter」的美國專利7，706，987中有描述並通過引用併入本文。在『987專利中使用的這種所謂的「直接科裡奧利測量」(DICOM)說明了:如果使用了兩個或更多個驅動器而不是典型的單個驅動器系統，則科裡奧利流量計量器系統的左右本徵矢量可被確定。在物理意義上，右本徵矢量確定特定模式被激發時在反應點(拾取器)之間的相位。右本徵矢量是通常在振動流量計量器比如現有技術流量計量器5中測量和確定的值。左本徵矢量確定最佳地激發特定模式的驅動器之間的相位。在沒有零流動偏差的情況下，這兩個相位是相同的。因此，如『987專利中勾勒出的，如果左和右本徵矢量可被確定，則可從流體流動中區分零流動偏差。
[0013]儘管DICOM通過允許零流動偏差的流動中確定來允許增加流動測量的精確性，但是本 申請人:已發現DICOM需要並置的(collocated)傳感器部件。儘管『987專利描述了並置傳感器部件的使用，但是實際上，『987專利採用了兩個分離且不同的驅動器傳感器部件和兩個分離且不同的拾取器傳感器部件。『987專利嘗試將驅動器和拾取器傳感器部件定位成在流動導管上彼此直接相對來提供並置。然而，因為驅動器傳感器部件和拾取器傳感器部件被單獨地附接至流動導管103AU03B，所以精確的並置是不切實際的，並且即使小的錯位也能導致誤差傳播遍及流動測量。
[0014]明顯被轉讓給了本 申請人:的美國專利6，230，104公開了組合式驅動器和拾取器傳感器。『104專利中公開的組合式驅動器和拾取器傳感器可被使用來減少傳感器部件的數量，其減少布線從而降低成本。此外，該組合式驅動器和拾取器傳感器可被使用來進行DIC0M。然而，由於『104專利中公開的組合式傳感器部件的構造，測量是複雜的並且需要過量的動力。此外，『104專利中公開的構造容易被導致不精確。『104專利使用相同線圈來施加驅動信號和接收拾取器信號。線圈的這種雙重用途需要複雜地分離作為所需速度測量的反電動勢(反EMF)與由驅動信號施加的所測換能器電壓。以『104專利中示出的組合式傳感器部件來確定反EMF需要至少兩個補償。反EMF可通過公式(I)定特徵。..(611
[0015]
【權利要求】
1.一種用于振動計量器的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，包括: 磁體部分(104B)，其至少包括第一磁體(211)； 線圈部分(204A、304A)，其包括: 線圈繞線管(220)； 圍繞所述線圈繞線管(220)卷繞的驅動器線(221);和 圍繞所述線圈繞線管(220)卷繞的拾取器線(222)。
2.如權利要求1所述的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，其中，所述拾取器線(222)被卷繞在所述驅動器線(221)的至少一部分之上。
3.如權利要求1所述的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，其中，所述線圈繞線管(220)包括用於接收所述驅動器線(221)的第一卷繞區域(322)和用於接收所述拾取器線(222)的第二卷繞區域(322』)。
4.如權利要求3所述的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，其中，所述第一卷繞區域和第二卷繞區域(322、322』)彼此間隔開。
5.如權利要求4所述的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，進一步包括:磁通引導環(330)，其定位在所述第一卷繞區域與第二卷繞區域(322、322』)之間。
6.如權利要求1所述的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，其中，所述線圈繞線管(220)包括用於接收所述磁體(211)的至少一部分的磁體接收部分(220』)。
7.如權利要求1所述的組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，其中，所述第一磁體(211)對應於所述驅動器線(221)，並且所述磁體部分(104B)進一步包括聯接至所述第一磁體(211)對應於所述拾取器線(222)的第二磁體(311)。
8.—種振動計量器(400),包括: 計量電子裝置(20)； 傳感器組件(40)，其與所述計量電子裝置(20)電連通，並包括: 一個或多個流動導管(103AU03B);和 一個或多個組合式驅動器和拾取器傳感器部件(200、300)，其聯接至所述一個或多個流動導管(103AU03B)中的至少一個，且所述組合式驅動器和拾取器傳感器部件中的每個包括磁體部分(104B)和線圈部分(204A)，其中所述線圈部分(204A)包括線圈繞線管(220)、圍繞所述線圈繞線管(220)卷繞的驅動器線(221)、和圍繞所述線圈繞線管(220)卷繞的拾取器線(222)。
9.如權利要求8所述的振動計量器(400)，進一步包括:第一電引線(411)，其聯接至所述驅動器線(221)，並與所述計量電子裝置(20)電連通，用於傳達驅動信號；和第二電引線(411』)，其聯接至所述拾取器線(222)，並與所述計量電子裝置(20)電連通，用於傳達拾取器信號。
10.如權利要求8所述的振動計量器(400)，其中，所述磁體部分(104B)至少包括第一磁體(211)。
11.如權利要求10所述的振動計量器(400)，其中，所述線圈繞線管(220)包括用於接收所述第一磁體(211)的至少一部分的磁體接收部分(220』)。
12.如權利要求8所述的振動計量器(400)，其中，所述拾取器線(222)被卷繞在所述驅動器線(221)的至少一部分之上。
13.如權利要求8所述的振動計量器(400)，其中，所述線圈繞線管(220)包括用於接收所述驅動器線(221)的第一卷繞區域(322)和用於接收所述拾取器線(222)的第二卷繞區域(322』)。
14.如權利要求13所述的振動計量器(400)，其中，所述第一卷繞區域和第二卷繞區域(322、322』)彼此間隔開。
15.如權利要求14所述的振動計量器(400)，進一步包括:磁通引導環(330)，其定位在所述第一卷繞區域與第二卷繞區域(322、322』)之間。
16.一種用於與一個或多個流動導管形成包括傳感器組件的振動計量器的方法，包括以下步驟: 圍繞線圈繞線管卷繞驅動器線； 圍繞所述線圈繞線管卷繞拾取器線； 將所述線圈繞線管聯接至所述一個或多個流動導管之一； 將所述驅動器線電聯接至計量電子裝置用於傳達驅動信號；以及 將所述拾取器線電聯接至所述計量電子裝置用於傳達拾取器信號。
17.如權利要求16所述的方法，進一步包括以下步驟:將磁體聯接至所述一個或多個流動導管的第二流動導管，以使所述線圈繞線管接收所述磁體的至少一部分。
18.如權利要求16所述的方法，其中，卷繞所述拾取器線的步驟包括將所述拾取器線卷繞在所述驅動器線之上。
19.如權利要求16所述的方法，其中，卷繞所述驅動器線和拾取器線的步驟包括:將所述驅動器線卷繞在第一卷繞區域中，以及將所述拾取器線卷繞在與所述第一卷繞區域間隔開的第二卷繞區域中。
20.如權利要求19所述的方法，進一步包括以下步驟:在所述第一卷繞區域與第二卷繞區域之間將磁通引導環聯接至所述線圈繞線管。
【文檔編號】G01F1/84GK104011512SQ201180074440
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2011年10月26日 優先權日:2011年10月26日
【發明者】C.G.拉森, M.J.倫興, A.M.尼爾森, R.S.洛文 申請人:微動公司