专利名称：磁流量计的输出校验的制作方法
磁流量计的输出校验
背景技术：
磁流量计用于流体处理装置内的液体流量测量，如化工厂、食品加工 厂和制浆和造纸工厂。磁流量计包括一个安装在管道系统内的流量管组 件。磁流量计还包括一个变送器，所述变送器通过电缆与流量管组件相连， 或者变送器可被集成地安装于流量管组件内。
类似于其它基于微处理器或数字信号处理器(DSP)的变送器，磁流 量计包括测量电路和输出电路，所述测量电路用于测量流体的与流量相关 的参数(流速、体积等)，所述输出电路用于将与流量相关的输出传送至 仪器仪表和控制设备。通常，该传送利用模拟电路，例如4-20mA电流环， 所述电流环要求模拟输出电路。此外，流量计通常利用脉冲输出电路传送 与流量相关的信息，以将脉冲传送至计数器，所述计数器对脉冲进行计数 以恢复与流量相关的信息。
由于极端温度、振动、化学腐蚀等原因，磁流量计易出现故障。当故 障发生时，需要对故障进行快速诊断，并对系统受损坏的部分进行替换。 确定磁流量计哪部分出现了故障可能非常困难，特别是，当流量管组件安 装在难于接近的地方时。当流量计自身的模拟或脉冲输出被考査时，这种 确定磁流量计的不同部分是否正遇到麻烦的困难是非常具有挑战性的。自 动故障诊断是期望的，这样服务人员能够快速地确定变送器是否需要更换 或者流量管组件和电缆是否需要更换。
上述的讨论仅被提供用于普通背景信息，并不是用于帮助确定所要求 的主题的范围。
发明内容
磁流量计变送器包括流量管和测量电路，所述测量电路提供与通过流 量管的流量相关的输出。输出电路，例如模拟和脉冲输出电路，提供与通 过流量管的流量相关的变送器输出。变送器的输出校验电路与输出电路耦合，并通过分析输出信号对输出电路的正常操作提供校验。
图l为磁流量计的部分剖切视图，各实施例特别用于所述流量计中； 图2为磁流量计的简图，各实施例特别用于所述流量计中； 图3为磁流量计的简图，各实施例特别用于所述流量计中； 图4为部分磁流量计的简图，所述部分磁流量计在一个实施例中示出
了模拟输出电路和输出校验电路。；
图5为图4中输出校验电路的一个实施例的一部分的简图6为图4中输出校验电路的另一个实施例的一部分的简图7为部分电磁流量计的简图，所述部分磁流量计在一个实施例中示
出了脉冲输出电路和输出校验电路；
图8为图7中输出校验电路的一个实施例的一部分的简图9为图7中输出校验电路的另一个实施例的一部分的简图10为部分磁流量计的简图，所述磁流量计部分示出了一些实施例
的可调脉冲触发器特征。
以及图11示出了相对于图IO所描述的脉冲波形的图。
具体实施例方式
被公开的磁流量计提供输出电路校验或诊断。特别是，实施例包括 输出校验电路或功能以校验磁流量计的模拟或脉冲输出。
图l为磁流量计的部分剖视图，在所述磁流量计中，本发明的实施例 是非常有用的。磁流量计20包括流量管22，所述流量管由低导磁率材料构 成，且具有电绝缘套筒23，电磁铁26由线圈、铁磁芯或屏蔽28和电极30、 32构成。电磁铁26和电极30、 32通过导线连到变送器电路34，如同接地电 极35。在工作屮，变送器电路通过电流驱动电磁铁26，并且电磁铁26在流 量管22内部产生箭头所示的磁场36。过程液体21流过流量管22内的磁场， 并且该流动在液体21内引起电动势(EMF，电压)。绝缘套筒23防止EMF 从液体21内泄漏到金属流量管22。电极30、 32与液体21相接触，并且拾取 或检测EMF，根据法拉第定律，所述EMF与流量管22内的液体21的流速成比例。
图2为磁流量计变送器的简图，在所述简图中，本发明的实施例是非
常有用的。磁流量计120包括流量管124，所述流量管具有适于传送流动液 体128的绝缘套筒126，所述流动液体128与流量管124电耦合，并且通常与 接地电极UU相连。当过程管道与过程流体电耦合时，管道与流量管之间 的电连接为过程流体128和流量管提供所需的电耦合。线圈134被定位以响 应来自驱动电路152的驱动信号对过程流体施加磁场。电极138和140分别 通过放大器150、 148与测量电路154进行耦合。根据已知的技术，测量电 路154提供与流量相关的输出。例如，测量电路154可包括适当编程的或配 置的微处理器或数字信号处理器(DSP)电路。
测量电路154的输出被提供至输出电路158，用于传送至远离磁流量 计120的控制或监测电路。在不同实施例中，输出电路158包括单一的模拟 输出电路或脉冲输出电路，或上述两种电路。输出电路158的输出总体用 160显示。例如，如图3所示，输出160可为与4-20mA电流环304相耦合的 两端子输出，模拟和/或脉冲输出通过所述电流环被传送至控制或监测电 路302，所述控制或监测电路通常远离流量计120。
输出校验电路156接收输出160,并且对模拟和/或脉冲输出进行诊断 分析以校验输出电路158正常工作。根据诊断分析的结果，输出校验电路 156产生诊断输出157,所述诊断输出157可表示出模拟或脉冲输出是否正 常工作。在一些实施例中，输出校验电路156被包含在作为测量电路154 的相同的DSP内，尽管并不需要如此。为表示在相同的DSP内实现测量电 路和输出校验电路的可选择性实施方式，虚线162被使用以表示DSP。变 送器120的其它功能也可在DSP电路162内实现，即使未显示在所示的虚线 内。
图4为在一个特别实施例中一部分磁流量计120的简图。在本实施例 中，输出电路158包括模拟输出电路158-1，所述模拟输出电路用于控制电 流环304上的电流，以将与流量相关的信息传送至控制/监测电路302。在 本实施例中，输出校验电路156与模拟输出160耦合，以校验模拟输出电路 158-1正常工作。利用不同的校验技术，输出校验电路提供诊断输出157-1。
图5为一个输出校验电路156的实施例的特征的简图，所述输出校验电路156用于提供诊断输出157-1。在本实施例中，输出校验电路156包括 压频(电压-频率)孤立电路502，所述压频孤立电路接收模拟输出160作 为输入。压频电路502将检测的电压转换为表示频率504。表示频率504然 后被送入频率比较电路508的频率输入端，在所述频率比较电路内表示频 率与参考频率5l)6进行比较。参考频率506表不出对于于贞计模拟输出所期望 的表示频率。根据所述比较，频率比较电路508提供诊断输出157-1，所述 诊断输出表示出模拟输出电路158-1是否正常工作。
图6为另一个输出校验电路156的实施例的特征的简图，所述输出校 验电路用于提供诊断输出157-1。在本实施例中，输出校验电路156包括模 数转换器(ADC) 602，所述模数转换器602接收模拟输出160作为输入。 模数转换器602将来自模拟信号的检测电压转换为表示数字电压值604。数 字电压值604然后被送入比较电路608，在所述比较电路中所述数字电压值 与参考数字值606相比较。参考数字值606表示出对于预期的模拟输出所期 望的表示数字电压值604。根据该比较，电路608提供诊断输出157-1，所 述诊断输出表示出模拟输出电路158-1是否正常工作。
图7为在另一个特定实施例中一部分磁流量计120的简图。在本实施 例中，输出电路158包括模拟输出电路158-2，所述模拟输出电路158-2用 于产生适于通过传输线进行通讯的脉冲输出，例如，通过电流环304，以 将与流量相关的信息传送至控制/监测电路302。典型地，在这些实施例中， 控制/监测电路302包括用于对传输脉冲进行计数的脉冲计数器，从而确定 流量信息。在本实施例中，输出校验电路156与脉冲输出I60耦合，以校验 脉冲输出电路158-2正常工作。利用不同的校验技术，输出校验电路提供 诊断输出157-2。
图8为在脉冲输出实施例的示例中输出校验电路156的一些特征的简 图。通过对脉冲输出采样和将此信息反馈输入至DSP或其它检测或处理电 路，可确认脉冲输出正常工作，以提供变送器性能的校验。通过经过设定 时间间隔连接脉冲输出端子和数字输入与计数脉冲，可校验脉冲输出。通 过直接监测脉冲输出和将其反馈至DSP或微处理器电路以提供连续的输 出校验，也可实现校验。
在图8所示的实施例中，输出校验电路156包括脉冲计数器802，所述脉冲计数器802接收脉冲输出，或作为脉冲输出的函数产生的脉冲信号， 以及产生脉冲计数804。脉冲计数804可为在经过特定的预定时间期间的计 数、自某一初始化时间起的总计数或其它类型的脉冲计数。在本例子中， 输出校验电路156还包括脉冲计数比较电路808，所述脉冲计数比较电路 808将脉冲计数804与参考脉冲计数806相比较，参考脉冲计数806被选择以 表示如果输出电路158-2正常工作时期望的脉冲计数。根据比较，比较电 路808产生诊断输出157-2。例如，如果脉冲计数与参考脉冲计数相差大于 某一个设定范围，诊断输出157-2可表示脉冲输出电路158-2工作不正常。 另一方面，如果脉冲计数在参考脉冲计数的设定范围内，则诊断输出157-2
可表示脉冲输出电路正常工作。
图9为在脉冲输出实施例的另一示例中输出校验电路156的一些特征 的简图。如图9所示，但也适用于其它所述实施例，脉冲输出可通过耦合 设备850，如光耦合器或变压器，与校验电路的数字输入相连。这样可对 脉冲输出进行分析，且不影响脉冲输出自身。
输出校验电路156的另一个可选择的特征是分频电路(frequency divide-down circuit) 852，所述分频电路可用于对分析的脉冲输出的频率 进行划分(divide down)(也就是，降低)，以减小对其它检测电路的要求。 然后，最终的分频脉冲输出854可通过其它检测电路被分析。但是，分频 功能并不需要在所有的实施例中实行。
采样电路856可被包括以对脉冲输出(或者分频脉冲输出)进行采样 以产生采样的频率信号858。然后，频压转换器860产生电压862，所述电 压表示采样频率。模数转换器864接收该表示电压作为输入，并作为输出 产生对应于电压862的数字值866，从而表示釆样频率。比较电路868对数 字电压值866与参考数字值870进行比较，参考数字值870被选择以表示如 果输出电路158-2正常工作时期望的脉冲计数频率。根据比较，比较电路 868产生诊断输出157-2以表示故障或正常的性能。
图10为在另一个实施例中一部分磁流量计变送器120的简图，所述实 施例可与其它已公开的实施例组合实现或独立于其它已公开的实施例。使 用流量计变送器的用户通常有可编程逻辑控制器(PLC)系统，所述可编 程逻辑控制器系统可实现脉冲计数器904对变送器120的脉冲输出中的脉冲进行计数。用户PLC系统具有触发电平，在所述触发电平上变送器的脉
冲输出被评估。触发电平可随用户设置而改变。在图io所示的实施例中， 通过在脉冲反馈电路中提供可调整的触发电平，变送器120在用户所用的
相同触发电平上校验脉冲输出信号。
如图10所示，在一些磁流量计变送器120的实施例中，晶体管902用 作输出电路158的一部分以产生脉冲输出信号，如图10中参考号903所示。 例如，图11的波形930示出了对于环线(例如，过程环304、其它电力线路 等)上的特定组的寄生电容效应，可能的脉冲输出信号的波形。如上所述， 用户的脉冲计数器904典型地具有可调整的触发电平932，在所述触发电平 处脉冲将被识别。结果是脉冲宽度936，可被计数器904所见，如波形934 中所示。如果触发电平932被调整，脉冲宽度936典型地会发生改变。
为提供设置输出校验电路触发电平的能力以使其与用户的脉冲计数 器904所用的触发电平相匹配，可调整触发电平机构被使用。在图10中， 脉冲输出被提供至比较器卯8的输入906端。例如，提供在输入906处的脉 冲信号可能具有类似于图11中所示波形938的波形。由比较器908提供的图 10中的反馈脉冲输出916在图11中由波形942表示。利用触发电平调整输入 914以将数字信号输入910提供至DAC912，用于比较器908的可调整触发电 平940能够被实现。因此，如果脉冲输出电路正常工作，触发电平940能够 被控制使其与触发电平932相同，以确保由比较器908所检测的脉冲宽度 944与脉冲宽度936相匹配。然后，反馈脉冲916可被变送器120内的脉冲计 数器918计数以产生脉冲计数920。之后，例如，脉冲计数920用于提供诊 断输出157-2，如上所述。
在一些实施例中，触发电平调整输入可自动调整至不同的触发电平， 以评估电力线路上的寄生电容，脉冲输出通过所述电力线路被传送(例如， 环304)，或确定电力线路是否处于期望的状况D因此，在本实施例或其它 实施例中，触发电平调整输入914不必位于变送器的外部，相反可通过变 送器内的处理电路从内部控制。
包含在一些磁流量计变送器的实施例中的另一个可选择的特征是脉 冲波形分析电路925。在包含脉冲波形分析电路的实施例中，脉冲信号被 反馈输入电路925用于波形分析。电路925对脉冲信号数字化，然后分析波形以得到特性或特点，如上升时间、占空比和幅值。
尽管本发明参考示例实施例被描述，但本领域的技术人员能够认识 到可在不偏离本发明的精神和范围内对形式和细节进行改变。例如，模拟 和脉冲输出电路能够，以及经常在同一变送器内实现，即使为清楚起见， 在一些实施例中这些模拟和脉冲输出电路被分别显示。同样地，不同实施 例的不同特征可被组合用于特定的实施方式。尽管已采用结构特征和/或 方法动作的特定语言描述了主题，但应当理解在权利要求中限定的主题不 必限制于所述的特定特征或动作。相反，上述特定的特征和动作作为实现 权利要求的示例形式被公开。
权利要求
1.一种磁流量计变送器，包括流量管；测量电路，所述测量电路被配置以提供与通过流量管的流量相关的输出；输出电路，所述输出电路与测量电路耦合，并被配置以提供与通过流量管的流量相关的变送器输出；以及输出校验电路，所述输出校验电路与输出电路耦合，并被配置以校验输出电路的正常工作。
2. 根据权利要求l所述磁流量计变送器，其中，输出电路包括模拟输 出电路，所述模拟输出电路被配置以通过控制模拟电流环提供模拟输出， 以便经模拟电流环传送流量信息。
3. 根据权利要求2所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路被配置 以测量与模拟输出相关的参数，并将测量的参数与已知值进行比较以用于 校验。
4. 根据权利要求2所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路被配置 以将模拟输出转换为孤立的频率，并利用所述孤立的频率校验模拟输出电 路的正常工作。
5. 根据权利要求l所述磁流量计变送器，其中，输出电路包括脉冲输 出电路，所述脉冲输出电路被配置以在电力线路上提供脉冲输出，以便传 送流量信息。
6. 根据权利要求5中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路被配 置以校验脉冲输出频率，从而对脉冲输出电路的正常工作进行校验。
7. 根据权利要求6中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路包括 脉冲计数电路，所述脉冲计数电路被配置以计数来自脉冲输出的脉冲，并 校验脉冲输出频率，所述脉冲输出频率为来自脉冲输出的计数的脉冲的函 数。
8. 根据权利要求7中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路包括 脉冲计数比较电路，所述脉冲计数比较电路被配置以对来自脉冲输出的计数脉冲与参考脉冲计数进行比较，以及根据所述比较，校验脉冲输出电路 的正常工作。
9. 根据权利要求6中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路包括 采样电路，所述采样电路被配置以提供采样频率信号； 频压转换电路，所述频压转换电路被配置以将采样频率信号的频率转换为表示电压；模数转换器，所述模数转换器被配置以将表示电压转换为表示数字电 压值；以及其中，脉冲输出校验电路被配置以校验脉冲输出频率，所述脉冲输出 频率为所述数字电压值的函数。
10. 根据权利要求6中所述磁流量计，其中，输出校验电路还包括可 调整的脉冲反馈触发电平电路，所述可调整的脉冲反馈触发电平电路被配 置以调整触发电平，在所述触发电平以上，脉冲输出内的脉冲将会被检测。
11. 根据权利要求10中所述磁流量计，其中，所述可调整的脉冲反馈 触发电平电路被配置以调整触发电平，所述触发电平为触发电平调整输入 的函数。
12. 根据权利要求10中所述磁流量计，其中，所述可调整的脉冲反馈 电路被配置以自动调整至不同的触发电平，以评估电力线路上的寄生电容 或者确定电力线路是否处于期望的状况。
13. 根据权利要求5中所述磁流量计变送器，还包括脉冲波形分析电 路，所述脉冲波形分析电路被配置以对脉冲输出数字化，并分析脉冲输出 波形的上升时间、占空比和幅度中的至少之一。
14. 一种磁流量计变送器，用于监测通过流量管的流量，所述磁流量 计变送器包括测量电路，所述测量电路被配置以检测通过流量管的流量，并提供与 通过流量管的流量相关的输出；输出电路，所述输出电路与测量电路耦合，并被配置以提供与通过流 量管的流量相关的变送器输出；以及输出校验电路，所述输出校验电路与输出电路耦合，并被配置以校验 输出电路的正常工作。
15. 根据权利要求14中所述磁流量计变送器，其中，所述变送器被配 置以与模拟电流环耦合，并且，其中输出电路被配置以在模拟电流环上提 供模拟输出，从而通过模拟电流环传送流量信息。
16. 根据权利要求15中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路位于变送器的内部，并被配置以测量与所述模拟输出相关的参数，且将测量 的参数与己知值进行比较用于校验。
17. 根据权利要求16中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路被 配置以将所述模拟输出转换为孤立的频率，并利用所述孤立的频率校验输 出电路的正常工作。
18. 根据权利要求15中所述磁流量计变送器，其中，所述变送器被配 置以与通信线路耦合，并且，其中所述输出电路被配置以在通信线路上提 供脉冲输出以传送流量信息。
19. 根据权利要求18中所述磁流量计变送器，其中，所述通信线路为 模拟电流环。
20. 根据权利要求18中所述磁流量计变送器，其中，输出校验电路被 配置以校验脉冲输出频率，从而校验输出电路的正常工作。
21. 根据权利要求18中所述磁流量计，其中，输出校验电路还包括可 调整的脉冲反馈触发电平电路，所述可调整的脉冲反馈触发电平电路被配 置以调整触发电平，在所述触发电平以上，脉冲输出内的脉冲将会被输出 校验电路所检测。
全文摘要
磁流量计变送器(120)包括流量管(124)和测量电路(154)，所述测量电路提供与通过流量管(124)的流量相关的输出。输出电路(158)，例如模拟和脉冲输出电路，提供与通过流量管(124)的流量相关的变送器输出。变送器(120)的输出校验电路(156)与输出电路(158)耦合，并通过分析输出信号，提供输出电路(158)正常工作的校验。
文档编号G01F15/06GK101688798SQ200880012710
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月16日 优先权日2007年4月19日
发明者K·A·亨特, R·K·舒尔兹, S·R·弗斯, W·G·托腾哈根 申请人:罗斯蒙德公司