专利名称：科氏流量计用的通用辅助放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有一辅助放大器的科氏流量计，该辅助放大器用于增大从流量计电子线路输送到流量计传感器的驱动信号的功率。更具体地说，本发明涉及一种可以在多种电压标准下和各种环境条件下与具有直的和弯的几何构型的流量管的流量计传感器一起工作的辅助放大器。
问题的提出如1985年1月1日授与J.E.Smith等人的美国专利No.4,491,025和1982年2月11日授与J.E.Smith的Re.31,450中公开的，已知用科氏质量流量计来测量与流过管线的物料有关的质量流和其它信息。这些流量计通常包括一个流量计电子线路部分和一个流量计传感器部分。流量计传感器有一个或多个直的或弯的几何构型的流量管。每种流量管几何构型有一组自然振动模式，它们可以是一种简单的弯曲的、扭转的、径向的或联接的类型。每根流量管受到驱动而以这些自然模式之一谐振振荡。振动的充满物料的系统的自然振动模式部分受流量管和流量管内物料的综合质量的限定。物料从流量计传感器的输入侧上的连接的管线流入流量计传感器。然后物料通过流量管流出流量计传感器连接在流量计传感器出口侧上的管线。
流量计传感器通常包括一个将振动力加到流量管上的驱动器。该驱动器接收从流量计电子线路来的驱动信号并引发流量管的谐振振动。具有直流量管构型的流量计传感器的驱动信号频率能够显著地不同于具有弯流量管构型的流量计传感器的驱动信号频率。
当没有物料流过流量计传感器时，沿流量管的所有点以基本上同一相位振荡。当物料流过流量管时，科氏加速度使沿流量管的各点具有不同的相位。流量计传感器的输入侧上的相位使驱动器滞后，而流量计传感器的输出侧上的相位使驱动器提前。
流量计传感器通常包括两个用于产生代表沿流量管不同点处流量管运动的正弦波信号的传感器。从这两个传感器收到的正弦波信号的相位差由流量计电子线路计算。这两个传感器信号之间的相位差正比于流过流量计传感器的物料的质量流速。
传感器信号之一也用于形成一个驱动信号控制回路。振动的充满物料的系统的自然振动模式由流量管和流量管内物料的综合质量来部分限定。管壁厚度的变化、管子振动刚性或流量管内物料的质量可以获得引发谐振的改变和驱动信号。驱动控制回路使流量计电子线路能够连续地产生引发流量管谐振的驱动信号。
流量计传感器的尺寸通常按照适合于流量计传感器的物料流速的范围来确定。为了增大物料流速，可以采用较大的流量管。增大流量管尺寸可以增大某些流量管参数如管壁厚度和振动刚性。从流量计电子线路收到的驱动信号可能要求附加的功率，以便使驱动器引发较大流量管的谐振。一个辅助放大器能够用来增大从流量计电子线路收到的驱动信号的功率。
流量计传感器和流量计电子线路通常通过沿一单独路径的9条导线连接。在流量计电子线路离流量计传感器远距离安装的场合，可以使用一根9线电缆。在流量计电子线路一体化安装在流量计传感器上的场合，可以使用一根9销连接线。在9根导线中，两根将流量计电子线路连接到驱动器，两根将流量计电子线路连接到一个传感器，两根将流量计电子线路连接到另一传感器，三根将流量计电子线路连接到温度传感器。辅助放大器通过沿连接流量计电子线路和流量计传感器的单独路径插入。
设计一个能够在多种AC电压标准下操作的辅助放大器是一个问题。科氏流量计在全世界使用。单独的国家和地区已经对电压水平标准化。例如，美国通用115伏AC标准，日本通用100伏AC标准，而欧洲通用230伏AC标准。
一种传统的设计科氏流量计用的辅助放大器的途径是制造用于每种电压标准的独立的辅助放大器模型。但是，当辅助放大器的型式增加时，必须制定规格的、采购的和库存的部件数目增多，由于工艺的复杂性而增加了制造成本和劳动费用，而且最终产品的库存增多。
另一个问题是设计一种能够放大用于直流量管和弯流量管几何构型的驱动信号的辅助放大器。用于具有弯流量管构型的流量计传感器的驱动信号可能要求约40Hz的驱动频率。用于具有直流量管构型的流量计传感器的驱动信号可能要求约800Hz的驱动频率。当流量管的谐振频率增大时，驱动系统中的不精确度放大，导致质量流测量的误差。
一种传统的设计用于要求较高频率的驱动信号的流量管的辅助放大器的途径是增大驱动信号的功率。但是，提供标准AC电压的电源可能没有足够的功率传送给驱动信号。标准AC电压的例子是美国通用的115伏AC标准、日本通用的100伏AC标准和欧洲通用的230伏AC标准。
又一问题是设计一种满足爆炸性环境用的管理机构安全标准的辅助放大器。科氏流量计用于各种环境，从惰性环境到爆炸性环境。当流量计的操作环境变得较严酷时，流量计必须满足增多的严格要求。单独的国家和地区已经通过管理机构对流量计的安全要求标准化。例如，在美国UL确定了流量计安全要求，在欧洲CENELEC确定了流量计安全要求，在加拿大CSA确定了流量计安全要求，而在日本TIIS确定了流量计安全要求。一种设计成满足机构对爆炸性环境的安全要求的辅助放大器通常能满足机构对较不严酷的环境的要求。但是，一种满足一家机构对爆炸性环境的安全要求的辅助放大器可能并不满足另一家机构对爆炸性环境的标准。为了这种讨论的目的，爆炸性环境是一种包括如果在该环境内引入火花、过量的热或过多能量时就会点燃的易挥发物质的环境。
满足流量计对爆炸性环境的安全要求的一种途径是将辅助放大器封装在一个防爆外罩内。用于获得防爆外罩的方法包括密封、增压和防火包围。一个防爆外罩防止环境内的易挥发物料接触那个装置，其中该装置的受热表面或从该装置中的电路来的火花可能引起易挥发物质的点燃。一个防爆外罩也可能提供一条足够长的火焰路径来冷却罩内的在接触罩外易挥发物质之前的任何点燃。满足流量计对爆炸性环境的安全要求的另一途径是将辅助放大器制成具有内在的安全性。一种具有内在安全性的装置是一种其中装置的所有电路都以一定的低能水平操作的装置。由于以低能水平操作，该装置不能产生火花或足够的热量来引起爆炸。
设计科氏流量计用的辅助放大器的一种传统途径是对每种遇到不同管理机构安全标准的操作环境制造独立的辅助放大器模型。但是，当辅助放大器的型式增加时，必须制定规格的、采购的和库存的部件数目增多，由于工艺的复杂性而增加了制造成本和劳动费用，而且最终产品的库存增多。
又一问题是设计一种能容易地使用和安装的满足管理机构对爆炸性环境的安全标准的辅助放大器。一种设计成满足管理机构对爆炸性环境的安全标准的辅助放大器可能包括复杂的安装和使用要求。辅助放大器可能包括一种对独立的接地极和装置的安装要求，为了满足流量计对爆炸性环境的安全要求，这种独立的接地极和装置必须在使用该辅助放大器时更换。
一个辅助放大器严格说来包括接收从流量计电子线路来的驱动信号、放大该驱动信号和将该驱动信号送到流量计传感器所需的导体、电路和外罩、但是，流量计电子线路通常通过一条单独的路径将流量计操作中所需的所有信号发送到流量计传感器和从流量计传感器接收。因此，为了这种讨论，在从流量计电子线路来的用于驱动信号的路径包括附加信号的场合，一个辅助放大器也可以包括将附加信号发送到流量计传感器和从流量计传感器收到附加信号所需的所有导体和外罩。
解决方案本发明提供的辅助放大器解决了上述和其它问题并取得了该技术的进步。本发明的第一个优点是该辅助放大器能够利用多种电压操作。本发明的第二个优点是该辅助放大器能够放大直流量管和弯流量管几何构型的驱动信号。本发明的第三个优点是该辅助放大器能满足许多管理机构对爆炸环境的安全标准。本发明的第四个优点是该辅助放大器易于使用和安装。
本发明提供的辅助放大器可以通过使用离线开关电源电路而利用多种不同的标准电压工作。标准电压的例子是美国通用的115伏AC、日本通用的100伏AC和欧洲通用的230伏AC。离线开关电源电路从一个电源接受AC电压，将该AC电压整流为相应的DC电压并将该相应的DC电压转换为一种单一的DC电压。该驱动电路通过该离线开关电源电路而在该单一的DC电压的输出下操作。
本发明提供的辅助放大器能放大直流量管和弯流量管几何构型用的驱动信号。具有弯流量管几何构型的流量计传感器用的驱动信号能够获得一个约40Hz的驱动频率。具有直流量管几何构型的流量计传感器用的驱动信号能够获得一个约800Hz的驱动频率。当流量管的谐振频率增大时，驱动信号的相位必须更精确，以便有效地引发流量管的谐振。相位变换电路改变从流量计电子线路收到的驱动信号的相位而有效地引发流量管的谐振。
本发明提供的辅助放大器满足许多管理机构对爆炸性环境的安全标准。管理机构对爆炸性环境设置的流量计安全要求的例子是美国的UL、欧洲的CENELEC、加拿大的CSA和日本的TIIS。本发明提供的辅助放大器通过使用屏蔽电路和环境无害的外罩来满足爆炸性环境的管理安全标准。环境无害的外罩使用多种防爆外罩技术来满足爆炸性环境的管理安全标准，包括防爆箱罩和火焰路径包围。
为了放大从流量计电子线路收到的驱动信号，该辅助放大器使用超过内在安全阀的功率。辅助放大器的具有内在安全导体或电路的部分用的外罩使用防爆箱罩技术来满足对爆炸性环境的管理安全标准。
为了避免对整个辅助放大器使用防爆箱罩技术，辅助放大器的具有非内在安全导体或电路的部分与辅助放大器的其余部分隔离。屏蔽电路将非内在安全导体和电路与内在安全电路或导体隔离。在辅助放大器操作期间和短路的情况下，屏蔽电路防止超过内在安全阈的功率从非内在安全电路传输到从流量计电子线路收到的驱动信号。用于屏蔽保护邻近辅助放大器的包括非内在安全电路或导体的部分的内在安全导体的外罩使用火焰路径包围技术来满足管理机构对爆炸性环境的标准。火焰路径包围技术提供一条足够长度的火焰路径来在接触罩外易挥发物质之前冷却任何罩内的点燃。
环境无害的外罩可以包括一个界面外罩部件、一个驱动电路外罩部件和一个放大的驱动信号导管部件。但是，流量计电子线路通常通过一条单独的路径向流量计传感器发送和从流量计传感器接收流量计操作中需要的所有信号。因此，该环境无害的外罩也可以包括一个非驱动信号导管部件。该非驱动信号导管部件为任何在包括驱动信号的路径上收到的附加信号提供从界面外罩部件到流量计传感器的外罩。
该界面外罩部件接收从流量计电子线路来的驱动信号。该界面外罩部件用作在包括驱动信号的路径上收到的驱动信号和其它信号的结合部，用作辅助放大器的安装托架，并用作流量计电子线路的终端的容器。该界面外罩部件提供一条在界面外罩部件和驱动电路外罩部件之间的火焰路径。该界面外罩部件使用火焰路径包围技术来满足管理机构对爆炸性环境的标准。
驱动电路外罩部件罩住屏蔽电路、相位变换电路、离线开关电源电路和驱动电路。驱动电路外罩部件连接在界面外罩部件和放大的驱动信号导管部件上。驱动电路外罩部件接收从界面外罩部件来的驱动信号和从顾客提供的电源来的标准电压。在驱动电路外罩部件内罩住的电路和导体可以超过内在安全阈。该驱动电路外罩部件使用防爆箱罩技术来满足管理机构对爆炸环境的标准。
放大的驱动信号导管部件罩住放大的驱动信号。该放大的驱动信号导管部件连接在驱动电路外罩部件和流量计传感器上。在该放大的驱动信号导管部件内罩住的电路和导体可以超过内在安全阈。该放大的驱动信号导管部件使用防爆箱罩技术来满足管理机构对爆炸性环境的标准。
流量计电子线路通常通过一条单独的路径来给流量计传感器发送和从流量计传感器接收所有在流量计操作中需要的信号。因此，该环境无害的外罩也可以包括一个非驱动信号导管部件。该非驱动信号导管部件对在包括该驱动信号的路径上收到的任何附加信号提供从界面外罩部件到流量计传感器的外罩。因为该非驱动信号导管部件并不包含非内在安全导体或电路而且并不邻近包含非内在安全导体或电路的外罩，所以为了满足管理机构对爆炸性环境的标准，并不需要防爆外罩技术。
本发明提供的辅助放大器增加使用和安装的方便性。屏蔽电路可以包括电流隔离装置电路(GID)。该GID不需要屏蔽电路用的单独的接地级。不需要单独的接地极能减少费用和增加顾客使用和安装的方便性。该放大的驱动信号导管部件可以包括第一和第二连接部件与一个允许拆卸和重新使用该放大的驱动信号导管部件的导管部件。拆卸和重新使用放大的驱动信号导管部件增加使用辅助放大器的方便性。
从上述可以看到，本发明的一个方面是一种科氏流量计，包括一个辅助放大器，适用于接收从流量计电子线路来的驱动信号、接受从电源来的电压、将放大的驱动信号延伸到流量计传感器中的驱动器以引发所述流量计传感器的流量管的振动，并可以在一个可能包括易挥发物质的环境中操作，所述辅助放大器包括一个适用于接收从所述流量计电子线路来的所述驱动信号的输入端；
所述辅助放大器的特征在于用于接收从所述输入端来的所述驱动信号的屏蔽电路；用于接收从所述屏蔽电路来的所述驱动信号的驱动电路，所述驱动电路将所述驱动信号转换为放大的驱动信号；所述驱动电路的输出将所述放大的驱动信号延伸到所述流量计传感器的所述驱动器，以引发所述流量管振动；环境无害的外罩封闭所述辅助放大器，以防止点燃所述操作环境内的易挥发物质；用于接收从所述电源来的多种标准AC电压之一的离线开关电源电路；所述离线开关电源电路将所述多种标准AC电压之一转换成一个单一的DC电压，所述单一的DC电压作为所述辅助放大器的电源；以及所述屏蔽电路用于防止过大的功率从所述驱动电路加到所述输入上。
另一方面是所述离线开关电源电路适用于转换具有85至265 AC伏范围的电压的所述多种标准AC电压之一。
另一方面是所述屏蔽电路包括适用于防止将所述过大的功率从所述驱动电路加到所述驱动信号上的电流隔离装置电路。
另一方面是所述辅助放大器还包括连接在所述屏蔽电路上的相位变换电路，所述相位变换电路改变所述驱动信号的相位；以及所述相位变换电路的用于将所述改变的驱动信号延伸到所述驱动电路上的输出端。
另一方面是所述相位变换电路适用于改变具有30至800Hz范围的频率的所述驱动信号的相位。
另一方面是所述环境无害的外罩包括一个用于罩住所述输入端的界面外罩部件；一个连接在所述界面外罩部件上以罩住所述屏蔽电路、所述驱动电路和所述离线开关电源电路的驱动电路外罩部件；具有第一和第二连接器与一个导管的放大的驱动信号导管部件，所述第一连接器连接在所述驱动电路外罩部件上，所述第二连接器连接在所述流量计传感器上，而所述导管连接所述第一和第二连接器；所述界面外罩部件提供一条在所述界面外罩部件和所述驱动电路外罩部件之间的火焰路径，以防止点燃所述操作环境内的所述易挥发物质；所述驱动电路外罩部件提供所述屏蔽电路、所述驱动电路和所述离线开关电源电路的防爆箱罩，以防止点燃所述操作环境内的所述易挥发物质；以及所述放大的驱动信号导管部件提供从所述驱动电路外罩部件到所述流量计传感器的所述放大的驱动信号的防爆箱罩，并防止点燃所述操作环境内的所述易挥发物质。
另一方面是所述放大的驱动信号导管部件还包括具有一体化的阴阳螺纹的所述第一和第二连接器；在第一和第二端部上具有一体化的阳螺纹的所述导管；与所述导管和所述驱动电路外罩部件螺纹啮合的所述第一连接器；与所述导管和所述流量计传感器螺纹啮合的所述第二连接器；以及防止点燃所述操作环境内的易挥发物质的所述放大的驱动信号导管部件。
另一方面是所述环境无害的外罩还包括一个具有第一和第二端部的非驱动信号外罩部件，所述第一端部连接在所述界面外罩部件上，而所述第二端部连接在所述流量计传感器上；以及所述非驱动信号导管部件为在一条从包括所述驱动信号的所述流量计电子线路来的路径上收到的附加信号提供外罩。
另一方面是所述驱动电路外罩部件还为所述相位变换电路提供外罩。
另一方面是所述辅助放大器一体化地安装在所述流量计电子线路上。
另一方面是所述辅助放大器一体化地安装在所述流量计传感器上。
另一方面是所述辅助放大器一体化地安装在所述流量计传感器和所述流量计电子线路上。
另一方面是一种放大科氏流量计的驱动信号的方法，该方法的特征在于从电源接受多种标准AC电压中的一种；将所述多种标准AC电压中的一种转换为一种单独的DC电压；接收从流量计电子线路来的驱动信号；产生从由所述多种标准AC电压接收的所述单一的DC电压来的放大的驱动信号；将所述放大的驱动信号加到流量计传感器的驱动器上；将所述放大的驱动信号罩在一个防止点燃所述流量计的操作环境内的易挥发物质的防爆封闭外罩中；将加在所述驱动器上的所述放大的驱动信号罩在一个防止点燃所述流量计的操作环境内的易挥发物质的防爆封闭外罩中；将从所述流量计电子线路收到的所述驱动信号罩在一个火焰路径包围外罩中，该火焰路径包围外罩提供在所述放大的驱动信号用的外罩和所述收到的驱动信号用的外罩之间的火焰路径包围，以防止点燃所述流量计的所述操作环境内的所述易挥发物质；以及防止超过内在安全阈的功率从所述放大的驱动信号加到从所述流量计电子线路收到的所述驱动信号上。
附图简述结合附图阅读本发明的详细描述可以更容易地理解本发明的上述和其它优点，附图中
图1例示一种科氏流量计传感器和电子线路；图2例示一个带有辅助放大器的科氏流量计的简化的框图；图3例示一个带有本发明提供的辅助放大器的科氏流量计的框图；图4例示本发明的一个优选实施例的辅助放大器的分解图；以及图5例示本发明的一个优选实施例的辅助放大器的完全装配图。
详细说明下面参照附图更充分地描述本发明的优选实施例。该技术的专业人员将会理解，本发明可以用许多不同形式实施，而不应当限于本文提出的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本专利的公开彻底而完全，并向该技术的专业人员更充分地说明本发明的范围。附图中，相同的标号指示所有相同的部件。
图1表示一台包括科氏流量计传感器10和科氏流量计电子线路20的示范的科氏流量计5。流量计电子线路20通过路径100连接在流量计传感器10上，以便在路径26上提供例如(但不限于)密度、质量流动速率、体积流动速率和总共的质量流动信息。将描述一种科氏流量计结构，虽然该技术的专业人员应当明白，本发明可以结合任何具有振动流量管来测量通过该流量管流动的物料的性质的设备而实施。这样一种设备的第二个例子是一种振动管密度计，该密度计没有由科氏质量流量计提供的附加的测量能力。
流量计传感器10包括一对法兰101和101′、歧管102和流量管103A、103B。驱动器104和发送传感器105、105′及温度传感器107连接在流量管103A和103B上。撑杆106和106′用于限定每根流量管围绕该轴线而振动的轴线W和W′。
当流量计传感器10插入一个运载待测量的过程物料的管线系统(未示出)时，物料通过法兰101进入流量计传感器10、通过在该处将物料引入流量管103A和103B的歧管102、流过流量管103A和103B并返回岐管102，从该处通过法兰101′流出流量计传感器10。
流量管103A和103B被选择和合适地安装在岐管102上，从而具有基本上相同的质量分布、惯性矩和围绕各自的弯曲轴线W-W和W′和W′的弹性模量。流量管103A-103B以基本上平行的方式从歧管向外伸出。
流量管103A和103B沿相反方向围绕其各自的弯曲轴线W和W′和在被称为流量计的第一失相弯曲模式处受驱动器104驱动。驱动器104可以包括许多熟知装置中的任何一种，如一个安装在流量管103A上的磁体和一个安装在流量管103B上的对置的线圈并通过该线圈流过交流电流以振动两个流量管。一个合适的驱动信号由流量计电子线路20通过导线110施加到驱动器104上。
发送传感器105和105′固定在流量管103A和103B中至少一根流量管的对置两端上，以测量流量管的振动。当流量管103A-103B振动时，发送传感器105-105′产生第一和第二发送信号。该第一和第二发送信号外加在导线111和111′上。
温度传感器107固定在流量管103A和103B中的至少一根上。温度传感器107测量流量管的温度，以便改变系统的温度平衡。路径112将温度信号从温度传感器107运载到流量计电子线路20。
流量计电子线路20接收分别在导线111和111′上出现的第一和第二发送信号。流量计电子线路20处理第一和第二发送信号以计算质量流动速率、密度或通过流量计传感器10的物料的其它性能。该计算的信息由流量计电子线路20通过路径26送到一个应用机构(未示出)上。
该技术的专业人员已知，科氏流量计5的结构与振动管密度计十分相似。振动管密度计也利用一根振动管，流体通过该振动管流动，或者在样品型密度计的情况下，流体保持在该振动管内。振动管密度计也利用一个驱动系统来激励流量管振动。振动管密度计通常只使用单独一个反馈信号，因为密度测量只需测量频率而不需测量相位。本发明此处的描述同样适用于振动管密度计。
图2表示一种具有流量计电子线路20、流量计传感器10和辅助放大器30的科氏流量计5的简化框图。辅助放大器30放大由流量计电子线路20产生的驱动信号110以使驱动器104引发流量计10的流量管103A和103B(图1)的谐振。流量计电子线路20连接在辅助放大器30上，后者连接在流量计传感器10上。辅助放大器30可以一体化地安装在流量计电子线路20上或流量计传感器10上。辅助放大器30也可以一体化地安装在流量计电子线路20和流量计传感器10两者上。
图3例示本发明的一个优选实施例的其它细节。在该实施例中，辅助放大器30可以在多种电压标准下工作。在该实施例中，辅助放大器30对直流量管和弯流量管两种几何构型放大驱动信号。在该实施例中，辅助放大器30可以适用于许多管理机构对爆炸性环境的安全标准。该实施例使辅助放大器30能够增加使用和安装的方便性。因此，辅助放大器30能够用于否则会需要多个辅助放大器的用途中。
图3例示外罩和电路。相位变换电路301、驱动电路302和离线开关电源电路303相互配合而放大驱动信号110。屏蔽电路300、界面外罩部件310、驱动电路外罩部件320、非驱动信号导管部件330和放大的驱动信号导管部件340相互配合而满足对爆炸性环境的管理安全标准。更具体地说，屏蔽电路300、界面外罩部件310、驱动电路外罩部件320、非驱动信号导管部件330和放大的驱动信号导管部件340相互配合而限制从一个外罩部件到另一个的功率输送和内部燃烧的传递，以满足对爆炸环境的管理安全标准。
驱动电路外罩部件320罩住屏蔽电路300、相位变换电路301、驱动电路302和离线开关电源电路303。驱动电路外罩部件320内的功率水平能够超过内在安装阈，因此驱动电路外罩部件320利用防爆罩箱技术来满足对爆炸性环境的管理安全标准。
放大的驱动信号导管部件340罩住从驱动信号外罩部件320到流量计传感器10的放大的驱动信号110D。放大的驱动信号110D可能超过内在安全阈，因此放大的驱动信号导管部件340利用防爆箱罩技术来满足对爆炸性环境的管理机构标准。
界面外罩部件310罩住各个内在安全信号，驱动信号110A、第一和第二发送信号111和111′及温度信号112。在辅助放大器操作期间和短路情况下，屏蔽电路300防止超过内在安全阈的功率从驱动电路外罩部件320内的非内在安全电路输送到界面外罩部件310内的驱动信号110A上。驱动信号外罩部件320包含能够超过内在安全阈的电路，因此界面外罩部件310利用火焰路径包围技术来满足对爆炸性环境的管理安全标准。
非驱动信号导管部件330罩住第一和第二发送信号111和111′以及在界面外罩部件310和流量计传感器10之间的温度信号112。非驱动信号导管部件330罩住内在安全导体并连接在外罩部件310和流量计传感器10上，后两者利用火焰路径包围技术来满足对爆炸性环境的管理安全标准，因此非驱动信号导管部件330不需要火焰路径包围或防爆包围技术来满足对爆炸性环境的管理安全标准。
在操作中，流量计电子线路20通过路径100将信号送到辅助放大器30。路径100上的信号必须包括驱动信号并可以包括温度信号与第一和第二发送信号。路径100上的信号由辅助放大器30的界面外罩部件310接收。界面外罩部件310提供一个用于分开驱动信号与路径100上接收的其它信号的接合部。该驱动信号从界面外罩部件310延伸到罩在辅助放大器30的驱动电路外罩部件320中的屏蔽电路300上。
驱动电路外罩部件320罩住屏蔽电路300、相位变换电路301、驱动电路302和离线开关电源电路303。驱动电路外罩部件320为爆炸性环境中的操作提供一个防爆外罩。驱动电路外罩部件320包括在超过内在安全阈的功率水平下操作的电路。屏蔽电路300提供一个屏蔽来防止超过内在安全阈的功率从驱动电路外罩部件320内的电路输送到与屏蔽电路300对置的驱动信号110A。屏蔽电路能够采取电流隔开装置电路的形式，该电路不需要用于屏蔽电路300的独立的接地。屏蔽电路301的细节对该技术的专业人员是熟知的，因而不组成本发明的一部分。
由界面外罩部件310接收的温度信号112与第一和第二发送信号111和111′由辅助放大器30的非驱动信号导管部件330从界面外罩部件310延伸到流量计传感器10。界面外罩部件310提供一个火焰路径，在接触辅助放大器30外部的环境内的易挥发物质之前，该火焰路径足以冷却驱动电路外罩部件320内的任何点燃。由于由界面外罩部件310建立的火焰路径和非驱动信号外罩部件330内只存在内在安全信号，非驱动信号导管部件330不需要火焰路径包围或防爆箱罩技术。
辅助放大器30包括相位变换电路301。相位变换电路301变换从屏蔽电路300来的驱动信号110B的相位，以产生能够更充分地引发流量管103A和103B(未示出)的谐振的驱动信号110C。相位变换电路301校正流量计驱动系统中的不精确性而产生更有效更精确的驱动信号。驱动系统中的不精确性的一个例子是由响应同一驱动信号的一个给定的驱动器模型施加的力中的固有变化。相位变换电路301引发驱动信号110B中实验确定的相位变换。驱动信号110B中引发的相位变换能够对一给定的科氏流量计在相位电路301中手动选定或能够包括一个自动过程，该自动过程用于确定对一给定的科氏流量计外加到驱动信号110B上的适当的变换。科氏流量计的驱动信号的频率范围当前为约30至800Hz。但是相位变换电路不限于能够变换相位的驱动信号频率的特定范围。相位变换电路301的细节是该技术的专业人员所熟知的，因而不构成本发明的一部分。相位变换电路301操作而将驱动信号110C向驱动电路302输出。相位变换电路使辅助放大器30能够与驱动信号一起为具有直流量管和弯流量管几何构型的流量计工作。
辅助放大器30需要顾客提供的电源。辅助放大器30包括离线开关电源电路303，用于接受从顾客提供的电源来的多种不同的标准电压之一，并向驱动电路302输出一个单一的DC电压311。标准电压的例子是美国通用的115伏AC、日本通用的100伏AC和欧洲通用的230 AC。离线开关电源电路303接受85至265伏AC范围的AC电压，以容纳由顾客设置的电源所提供的标准电压中的典型变化。相位变换电路301的细节是该技术的专业人员所熟知的，因而不构成本发明的一部分。离线开关电源电路使辅助放大器30能够用多种标准电压操作。
驱动电路302增大从相位变换电路301来的驱动信号110C的功率，来产生对驱动器104(图1)具有增大的功率的驱动信号110D，以引发流量管103A和103B中的谐振。由驱动电路302加到驱动信号110C上的功率量以熟知的方式通过驱动控制回路(未示出)控制，直到流量管103A和103B在其谐振频率振动。驱动电路302的细节是该技术的专业人员所熟知的，因而不构成本发明的一部分。
从驱动电路302输出的驱动信号110D由放大的驱动信号导管部件340延伸到流量计传感器10。放大的驱动信号导管部件340提供在驱动电路外罩部件320和流量计传感器10之间的驱动信号110D的防爆箱罩而满足对爆炸性环境中工作的防爆外罩要求。
图4例示图3中所示的环境无害的外罩的各部件、界面外罩部件310、驱动电路外罩部件320、非驱动信号导管部件330和驱动信号导管部件340的按照本发明所述的优选实施例的分解图。该实施例表示图3中所示的辅助放大器30的环境无害的外罩的更多的细节。
界面外罩部件310包括一个界面外罩部件输入端411，适用于接受从流量计电子线路20经路径100(图1)来的驱动信号和附加信号。界面外罩部件310可以包括一个一体化的安装托架412。一体化的安装托架412能够安装辅助放大器30。界面外罩部件310也可以包括界面外罩部件输出端413，用于装入非驱动信号导管部件330。界面外罩部件310安装在驱动电路外罩部件320上。
非驱动信号导管部件330包括第一连接器431、导管432和第二连接器433。连接器431适用于啮合界面外罩部件输出端413。连接器431连接在导管432的第一端部上。导管432的第二端部连接在第二连接器433上。第二连接器433连接在流量计传感器10上。非驱动导管部件330为温度信号112与第一和第二发送信号111和111′提供外罩(图3)。
驱动电路外罩部件320包括驱动电路外罩部件输出端421，用于装入放大的驱动信号导管部件340。放大的驱动信号导管部件340包括第一连接器441、导管442和第二连接器443。连接器446适用于啮合驱动电路外罩部件输出端421。连接器441连接在导管442的第一端部上。导管442的第二端部连接在第二连接器443上。第二连接器443连接在流量计传感器10上。放大的驱动信号导管部件340为从驱动电路外罩部件320到流量计传感器10的驱动信号110D提供防爆外罩(图3)。
放大的驱动信号导管部件340为辅助放大器30的使用提供更多的方便。连接器441、导管442和连接器443能够拆卸和重新使用驱动信号导管部件340。在每个连接处(连接器441到驱动电路外罩部件320，连接器441到导管442，导管442到连接器443，以及连接器443到流量计传感器10)，必须啮合一定数目的螺纹，以满足防爆外罩要求。连接器441和443包括规定数目的阴阳螺纹。导管442包括在每个端部上的一体化的螺纹。导管442的每个端部上的螺纹必须两倍于该规定的数目，以允许连接器441和443完全旋在导管442上，然后分别旋入驱动电路外罩部件320和流量计传感器10中，从而在所有螺纹啮合点上保持足够的螺纹啮合。图5例示图4的环境无害的外罩的完全装配图。
上面描述了本发明所述的优选实施例。这些优选的实施例是为例示的目的而提供的。意图是能使由权利要求书限定的本发明在充分考虑等同物原则的情况下提供最充分的说明。
权利要求
1.一种科氏流量计用的辅助放大器(30)，所述辅助放大器适用于接收从流量计电子线路(20)来的驱动信号、接受从电源来的电压、将放大的驱动信号延伸到流量计传感器(10)内的驱动器(104)以便引发所述流量计传感器的流量管(103A-103B)的振动，并可以在可能包括易挥发物质的环境内工作，所述辅助放大器包括一个适用于接收从所述流量计电子线路来的所述驱动信号的输入端(310)；所述辅助放大器的特征在于用于接收从所述输入端来的所述驱动信号的屏蔽电路(300)；用于接收从所述屏蔽电路来的所述驱动信号的驱动电路(302)，所述驱动电路将所述驱动信号转换为放大的驱动信号；一个将所述放大的驱动信号延伸到所述流量计传感器的所述驱动器以引发所述流量管振动的所述驱动电路的输出端；封罩所述辅助放大器以防止点燃所述工作环境内所述易挥发物质的环境无害外罩；用于接受从所述电源来的多种标准AC电压之一的离线开关电源电路(303)；所述离线开关电源电路将所述多种标准AC电压之一转换成一种单一的DC电压，所述单一的DC电压对所述辅助放大器供电；以及用于防止过大的功率从所述驱动电路加到所述输入端上的所述屏蔽电路。
2.权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述离线开关电源电路(303)适用于转换具有85至265 AC伏范围电压的所述多种标准AC电压之一。
3.权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述屏蔽电路(300)包括适用于防止所述过大的功率从所述驱动电路加到所述驱动信号上的电流隔离装置的电路。
4.权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述辅助放大器还包括连接在所述屏蔽电路上的相位变换电路(301)，所述相位变换电路改变所述驱动信号的相位；以及所述相位变换电路的输出端，用于将所述改变的驱动信号延伸到所述驱动电路上。
5.权利要求4的辅助放大器(30)，其特征在于，所述相位变换电路(301)适用于改变具有30至800Hz范围的频率的所述驱动信号的相位。
6.权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述环境无害外罩包括一个用于罩住所述输入端的界面外罩部件(310)；一个连接在所述界面外罩部件上以罩住所述屏蔽电路(300)、所述驱动电路(302)和所述离线开关电源电路(303)的驱动电路外罩部件(320)；一个具有第一和第二连接器(441，443)与一根导管(442)的放大的驱动信号导管部件(340)，所述第一连接器连接在所述驱动电路外罩部件上，所述第二连接器连接在所述流量计传感器(10)上，而所述导管连接所述第一和第连接器；所述界面外罩部件在所述界面外罩部件和所述驱动电路外罩部件之间形成一个火焰路径，以防止点燃所述工作环境内所述易挥发物质；所述驱动电路外罩部件为所述屏蔽电路、所述驱动电路和所述离线开关电源电路提供防爆箱罩，以防止点燃所述操作环境内所述易挥发物质；以及所述放大的驱动信号导管部件为所述放大的驱动信号提供从所述驱动电路外罩部件到所述流量计传感器的防爆箱罩，并防止点燃所述工作环境内所述易挥发物质。
7.权利要求6的辅助放大器(30)，其特征在于，所述放大的驱动信号导管部件(340)还包括所述具有一体化的阴阳螺纹的第一和第二连接器(441，443)；所述在第一和第二端部上具有一体化的阳螺纹的导管(442)；与所述导管和所述驱动电路外罩部件(320)螺纹啮合的所述第一连接器；与所述导管和所述流量计传感器(10)螺纹啮合的所述第二连接器；以及防止点燃所述工作环境内的所述易挥发物质的所述放大的驱动信号导管部件。
8.权利要求6的辅助放大器(30)，其特征在于，所述环境无害的外罩还包括一个有第一和第二端部(431，433)的非驱动信号外罩部件(330)，所述第一端部连接在所述界面外罩部件(360)上，而所述第二端部连接在所述流量计传感器(10)上；以及所述非驱动信号导管部件为通过一路径从包括所述驱动信号的所述流量计电子线路(20)接收的所述附加信号提供外罩。
9.权利要求6的辅助放大器(30)，其特征在于，所述驱动电路外罩部件(320)还为所述相位变换电路(301)提供外罩。
10.权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述辅助放大器安装在所述流量计电子线路(20)上成一体。
11.如权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述辅助放大器安装在所述流量计传感器(10)上成一体。
12.权利要求1的辅助放大器(30)，其特征在于，所述辅助放大器安装在所述流量计传感器(10)和所述流量计电子线路(20)上成一体。
13.一种放大科氏流量计的驱动信号的方法，该方法的特征在于从一个电源接受多种标准AC电压中的一种；将所述多种标准AC电压中的一种转换为一种单一的DC电压；接收从流量计电子线路(20)来的驱动信号；由从所述多种标准AC电压接受的所述单一的DC电压产生放大的驱动信号；将所述放大的驱动信号加在流量计传感器(10)的驱动器上；将所述放大的驱动信号罩在一个防止点燃所述流量计的工作环境内的易挥发物质的防爆箱罩中；罩住施加在一个防止点燃所述流量计的所述工作环境内的易挥发物质的防爆箱罩中的所述驱动器上的所述放大的驱动信号；罩住从一个火焰路径包围箱罩中的所述流量计电子线路收到的所述驱动信号，该火焰路径包围外罩在所述放大的驱动信号的所述外罩和所述收到的驱动信号的所述外罩之间形成火焰路径包围，以防止点燃所述流量计的所述操作环境内的所述易挥发物质；以及防止超过固有安全阈的功率从所述放大的驱动信号加到从所述流量计电子线路收到的所述驱动信号上。
全文摘要
一种科氏流量计用的通用的辅助放大器(30)。该辅助放大器接收从流量计电子线路(20)来的驱动信号，并将调节的驱动信号延伸到流量计传感器(10)的流量管(103A，103B)用的驱动器(104)上。该辅助放大器包括相位变换电路(301)，以便为具有弯流量管和直流量管几何构型的流量计提供改进的驱动信号。该辅助放大器包括在多种标准AC电压下操作的离线开关电源电路(303)。该辅助放大器结合环境无害的外罩和屏蔽电路(300)，以满足对许多操作环境包括爆炸性环境的管理机构安全标准，并提高该辅助放大器的安装和使用的方便性。
文档编号G01F1/84GK1484753SQ01818475
公开日2004年3月24日 申请日期2001年11月6日 优先权日2000年11月6日
发明者W·R·韦伯, K·L·麦克柯尔米克, M·J·佐洛克, W R 韦伯, 佐洛克, 麦克柯尔米克 申请人:微动公司