专利名称：采用线圈接地路径检测的磁流量计的制作方法
采用线圈接地路径检测的磁流量计
背景技术：
本发明涉及磁流量计。更具体地，本发明涉及采用线圈接地路径检测的磁流量计。磁流量计通过检测流经磁场的流体的速度来测量导电流体的体积流率。磁流量计系统典型地包括流量管装置和变送器装置。流量管装置垂直或水平地安装在过程管线中， 并且包括管道部分、线圈部分和电极。线圈位于管道横截面的相对侧。由来自变送器的线圈驱动电流来供电的线圈沿着管道的横截面产生磁场。两个电极沿着垂直于磁场的线彼此横跨在管道上。流经管道的流体是导电的。由于导体移动经过磁场，在流体中产生电势或电动势(EMF)，其中可以在两个电极之间检测到该电势或电动势。因此，操作基于法拉第电磁感应定律。过程流体泄漏到线圈隔室中可以对磁流量计中的线圈造成危害。这会引起线圈和电接地之间的电路径。包括老化或组件疲劳在内的其他原因也会造成线圈与电接地之间的电路径。电接地路径导致施加到线圈的驱动信号减小，这是由于线圈驱动信号的一部分流向了电接地。这会导致所施加的EMF减小，以及导致来自感测电极的输出的相应减小。这会导致不精确的流量测量。线圈驱动信号的损失典型地不能通过简单地测量线圈驱动电流而检测到。这是因为线圈驱动控制电路的输出在设定的电流水平下是固定的，而与至接地的任何电流泄漏无关。
发明内容
一种磁流量计，包括流量管，被布置为接收过程流体的流量；以及接近流量管的线圈，所述线圈被布置为向过程流体施加磁场。感测电极被布置为响应于所施加的磁场来感测流量管中的电压电势。所感测的电压表示经过流量管的过程流体的流率。诊断电路提供与线圈和电接地之间的电路径有关的输出。
图1是双线通信回路中的磁流量计的框图。图2是示出了用于磁流量计的桥式脉冲控制电流驱动器的示意图。图3A是示出了在一个配置中耦合至线圈的驱动电路的简化图。图;3B是示出了在第二配置中耦合至线圈的驱动电路的简化图。图4是示出了至接地电阻的线圈的测量的简化图。图5是示出了本发明的示例步骤的简化框图。
具体实施例方式在图1中，磁流量计系统2连接至承载电流I的双线通信4_20mA回路以及AC电源线(未示出)。流量管4承载流体流量。变送器9向与流量管4相邻的线圈沈提供线圈驱动电流l·，线圈26在流体中产生磁场。电极6、8沿着垂直于流体中磁场的线安装在流量管4中，用于感测由流体流动而引起的EMF。变送器9感测电极6、8之间的EMF，并控制对感测到的EMF加以表示的DC输出电流I，其中感测到的EMF与流体流量成比例。变送器9 在4-20mA电流回路上向远程接收站11发送电流I。变送器9还可以使用HART数字协议、 Fieldbus协议、无线协议或其他技术以数字形式发送流量输出。图2示出了变送器9中的驱动器电路10。磁流量计系统2的H桥式流量管驱动器 10向负载(线圈)沈产生交流驱动电流Ip在H桥式驱动器10中，电源12对晶体管桥式电路14供电。在桥式电路14中，控制电路28和30连接至场效应晶体管(FET) 16,FET 18、 FET 20和FET 22的栅极，以将这些FET成对地接通，从而向负载沈提供交流电流。来自电源12的线连接至FET 16和18的漏极端子，并且连接至FET 20和22的源极端子。FET 16的源极端子和FET 20的漏极端子连接至负载沈的一侧。控制电路观和30将输入的高 (HIGH)逻辑电平和低(LOW)逻辑电平转换成期望的电压偏置电平，所述期望的电压偏置电平与晶体管16、18、20、22的栅极兼容，以在接通和关断状态之间切换。微处理器40根据感测到的电流，在期望的工作频率(典型地，37. 5Hz)下产生控制输出a和a’。输出a和a’分别向电路观和30提供逻辑电平。微处理器40连接至存储器 44、时钟46、操作者输入/输出(I/O)电路48和回路I/O电路49。存储器44包含用于对微处理器40的操作加以控制的编程指令。微处理器40以由时钟46确定的速度来工作，并且通过输入/输出电路48来接收操作者命令输入。输入/输出电路49用于在4-20mA电流回路上提供输出连接。作为回路连接的备选方案或附加方案，I/O电路49可以用于无线
ififn。在一个实施例中，电源12是开关电源。如下所述，桥式电路14周期性地将电源12 交变或换向地通过负载26。在第一交变(alternation)或状态期间，信号a变为高，a’变为低。控制电路将信号b驱动为高，而将信号b’驱动为低，从而使晶体管16和22导通，而晶体管18和20截止，进而沿着箭头所示的方向提供电流l·。类似地，在第二交变或状态期间，信号a变为低， 而信号a’变为高。控制电路观和30将信号b驱动为低，而将信号b’驱动为高，从而使晶体管18和20导通，而晶体管16和22截止，进而沿着与箭头所示方向相反的方向提供电流 Ilo在正常操作期间，这种交变是在37. 5Hz下进行的，在一些情况下是在6Hz下进行的。然而也可以使用其他频率。来自电源12的电流Is通过感测电阻器I^sense 52流向返回路径50。电阻器52还连接至信号接地讨。模数转换器58连接至感测电阻器52，并向微处理器40提供对流经负载(线圈)26的电流加以表示的输出。A/D电路58的输出表示流经感测电阻器52的电流 Is的大小。微处理器40如下所述监控电流Is的大小。图3A和;3B是示出了正常操作期间场效应晶体管16-22的状态的简化图。晶体管 16-22被示为开关。在图3A中，场效应晶体管16和22处于闭合状态，而场效应晶体管18 和20处于断开状态。这允许来自电源12的电流沿着所指示的方向流经线圈沈。相反，在图3B中场效应晶体管16和22处于断开位置，而晶体管18和20处于闭合位置。这允许来自电源12的电流沿着所指示的方向流动。还示出了与过程接地相对应的电接地61。在典型的流量管中，线圈沈与电接地之间的电阻实质上是无限的。然而，即使形成了至接地的高电阻性路径，所产生的流量测量也将是不精确的。本发明提供了一种对线圈26与电接地61之间的泄漏电阻进行测量的技术。这可以用于向操作者提供警报以及提供流量管需要维护的指示。电阻还用于计算丢失的电流驱动信号的百分比和/或可以用于对电路泄漏所引起的误差加以校正。图4是示出了本发明配置的一个示例的简化电学示意图，其中，微处理器40和模数转换器58被配置为起到诊断电路的作用，以测量线圈沈与电接地61之间的接地路径电阻70。如图4所示，场效应晶体管16闭合。这为来自电源12的电流提供了至线圈沈的电路径。然而，在该配置中，场效应晶体管18、20和22是断开的。因此，模数转换器58所测量的流经感测电阻器52的任何电流都与流经接地路径电阻70的电流有关。可以根据R = V/I来计算接地路径的电阻70，其中R是接地路径电阻，V是线圈沈两端的电压，I是通过线圈沈的电流。在另一示例配置中，场效应晶体管16和18都处于闭合状态，而晶体管20 和22是断开的。在另一示例配置中，仅场效应晶体管18处于闭合状态。通过经验测试，可以确定如果电阻70是IOOkQ或更小，则流量测量的精度不受到显著影响(即，小于0. 01%)o可以通过将线圈电阻与线圈至接地电阻70并联，并解出驱动电流中不会经过线圈沈从而在移动流体中产生电场的百分比，来计算出信号损失。例如， 可以假定10Ω的典型线圈电阻。这得到了表1:电阻
实际值测量值信号损失无穷大/开路3. 2M0. 000%900k685k0. 001%800k637k0. 001%700k538k0. 001%600k483k0. 002%500k424k0. 002%400k344k0. 002%300k277k0. 003%200k185k0. 005%100k94. 2k0. 010%50k47. 3k0. 020%IOk9. 6k0. 100%
权利要求
1.一种磁流量计，包括流量管，被布置为接收过程流体的流量； 与流量管接近的线圈，所述线圈被布置为向过程流体施加磁场； 感测电极，被布置为响应于所施加的磁场来感测流量管中的电压电势，所述电压电势指示经过流量管的过程流体的流率；以及诊断电路，具有对线圈与电接地之间的电路径加以指示的输出。
2.根据权利要求1所述的设备，包括电流源，被布置为向线圈提供电流。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，电流源包括H电桥。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，诊断电路控制H电桥的开关的操作。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，诊断电路将来自线圈的电流返回路径中电连接断开。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，诊断电路闭合电流源与线圈之间的电连接。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，诊断电路响应于接收到的指令。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，诊断电路周期性地测量线圈与接地之间的电阻。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，诊断电路在施加到线圈的驱动信号的半周期期间，测量线圈与接地之间的电阻。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，诊断电路测量通过感测电阻的电流。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，诊断电路比较与线圈和接地之间的电阻有关的测量值，并将所述测量值与阈值相比较。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，诊断电路基于线圈和电接地之间的电阻来补偿流量测量。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，来自诊断电路的输出耦合至双线过程控制回路。
14.一种用于测量磁流量计的线圈与电接地之间的电阻的方法，包括 向与流体流量接近的线圈施加交流电流；感测过程流体中的电压，并响应于此来确定流体流量；根据以下步骤来测量线圈至接地电阻在线圈与电流源之间提供电路径；断开线圈的电流返回路径；以及测量流经线圈的对流至电接地的电流加以指示的电流。
15.根据权利要求14所述的方法，包括提供H电桥，以产生交流电流。
16.根据权利要求14所述的方法，包括控制H电桥的开关的操作。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，测量是响应于命令的。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，测量发生在施加到线圈的交流电流的半周期期间。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，测量包括测量通过感测电阻的电流。
20.根据权利要求14所述的方法，包括将跟线圈和接地之间的电阻有关的测量值与阈值相比较。
21.根据权利要求14所述的方法，基于所测量的电流来补偿流量测量。
22.根据权利要求14所述的方法，包括在双向过程控制回路上提供与所测量的电流有关的输出。
全文摘要
一种磁流量计(2)，包括流量管(4)，被布置为接收过程流体的流量；以及流量管接近的线圈(26)，所述线圈(26)被布置为向过程流体施加电场。感测电极(68)被布置为响应于所施加的电场来感测流量管中的电压电势。所感测的电压表示经过流量管的过程流体的流率。诊断电路(40)提供与线圈和电接地之间的电路径有关的输出。
文档编号G01F1/60GK102341680SQ201080010275
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月5日
发明者斯科特·R·弗斯, 罗伯特·K·舒尔兹 申请人:罗斯蒙德公司