用于振动流体计量器的并置传感器的制造方法
【专利摘要】提供了一种用于振动计量器的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)。所述组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)包括具有至少第一磁体(211)的磁体部分(104B)。所述组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)进一步包括接收第一磁体(211)的至少一部分的线圈部分(204A、304A)。所述线圈部分(204A、304A)包括线圈绕线管(220)、围绕线圈绕线管(220)卷绕的驱动器线(221)和围绕线圈绕线管(220)卷绕的拾取器线(222)。
【专利说明】用于振动流体计量器的并置传感器
【技术领域】
[0001]以下描述的实施例涉及振动计量器，并且更特别地涉及用于振动流体计量器的并置传感器。
【背景技术】
[0002]振动计量器比如振动密度计量器和科里奥利流量计量器等是众所周知的，并且被使用来测量导管内的材料的质量流量和其它信息。所述材料可以是流动的或静止的。示例性科里奥利流量计量器在均属于J.E.Smith等人的美国专利4，109，524、美国专利4，491，025和Re.31，450中公开。这些流量计量器具有呈直的或弯曲的构造的一个或多个导管。科里奥利质量流量计量器中的每个导管构造具有一组自然的振动模式，其可以为简单弯曲、扭转或结合类型。每个导管可被驱动而以优选模式振荡。
[0003]材料从连接的管道在流量计量器的入口侧流动进入流量计量器中，被引导穿过导管，并穿过流量计量器的出口侧离开流量计量器。振动的、填充有材料的系统的自然振动模式部分地由导管和在导管内流动的材料的组合质量限定出。
[0004]当没有流体穿过流量计量器时，施加至导管的驱动力使沿着导管的所有点以相等相位或小的“零偏差”进行振荡，所述零偏差是零流量时测得的时间延迟。随着材料开始流动穿过流量计量器，科里奥利作用力使沿着导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计量器的入口端部处的相位滞后于居中驱动器位置处的相位，而出口处的相位领先于居中驱动器位置处的相位。导管上的拾取器传感器产生代表导管的运动的正弦信号。从拾取器传感器输出的信号被处理来确定拾取器传感器之间的时间延迟。两个或更多个拾取器传感器之间的时间延迟正比于流动穿过导管的材料的质量流量。
[0005]连接至驱动器的计量电子装置生成驱动信号来操作驱动器，并从接收自拾取器传感器的信号确定材料的质量流量和其它性能。驱动器可以包括许多众所周知的配置之一；然而，磁体和相对的驱动线圈在振动计量器工业中已获得巨大成功。适当的驱动线圈和磁体配置的示例在美国专利7，287，438以及美国专利7，628，083中被提供，这两个美国专利都明显被转让给Micro Motion公司，并通过引用并入本文。交流电流被传至驱动线圈，用于以所需的流管振幅和频率振动导管。本领域中还公知的是提供拾取器传感器作为磁体和线圈配置，非常类似于驱动器配置。然而，在驱动器接收诱发运动的电流的同时，拾取器传感器可使用由驱动器提供的运动来诱发电压。由拾取器传感器测得的时间延迟的幅度非常小，通常为纳秒级。因此，有必要使换能器输出非常精确。
[0006]图1示出了现有技术振动计量器5的一个示例，其呈科里奥利(Coriolis)流量计量器的形式，包括传感器组件10和计量电子装置20。计量电子装置20与传感器组件10电连通，以测量流动材料的特性，比如密度、质量流量、体积流量、总计质量流量、温度和其它信息。
[0007]传感器组件10包括一对法兰101和101’、歧管102和102’、和导管103A和103B。歧管102、102’固定至导管103AU03B的相对端部。现有技术科里奥利流量计量器的法兰101和101’固定至间隔器106的相对端部。间隔器106维持歧管102、102’之间的间隔，以防止导管103A和103B中的非所需振动。导管103A和103B以本质上平行的方式从歧管向外延伸。当传感器组件10被插入承载流动材料的管道系统(未示出)中时，材料穿过法兰101进入传感器组件10、穿过入口歧管102，在这里材料总量被引导以进入导管103A和103B，流动穿过导管103A和103B，并回到出口歧管102’中，在这里它穿过法兰101’离开传感器组件10。
[0008]现有技术传感器组件10包括驱动器104。驱动器104被固定至导管103A和103B处于一定位置，在这里驱动器104可例如以驱动模式振动导管103AU03B。更具体地，驱动器104包括固定至导管103A的第一驱动器部件104A和固定至导管103B的第二驱动器部件104B。驱动器104可以包括许多众所周知的配置之一，比如安装至导管103A的线圈以及安装至导管103B的相对磁体。
[0009]在现有技术科里奥利流量计量器的本示例中，驱动模式是第一异相弯曲模式，并且导管103AU03B被选择并适当地安装至入口歧管102和出口歧管102’，以便提供平衡的系统，其分别围绕弯曲轴线W-W和W’-W’具有大致相同的质量分布、惯性矩和弹性模量。在本示例中，其中驱动模式是第一异相弯曲模式，导管103A和103B围绕它们相应的弯曲轴线W-W和W’-W’沿相反方向被驱动器104驱动。呈交流电流形式的驱动信号可由计量电子装置20提供，比如经由路径110，并穿过线圈以使两导管103A、103B振荡。本领域技术人员将理解:现有技术科里奥利流量计量器可以使用其它驱动模式。
[0010]所示传感器组件10包括一对拾取器(Pick-Off) 105、105’，其被固定至导管103A、103B。更具体地,第一拾取器部件105A和105’ A定位在第一导管103A上,而第二拾取器部件105B和105’B定位在第二导管103B上。在所示示例中，拾取器105、105’可以是电磁检测器，例如拾取器磁体和拾取器线圈，其产生代表导管103AU03B的速度和位置的拾取器信号。例如，拾取器105、105’可以将拾取器信号经由路径111、111’供给至计量电子装置
20。本领域技术人员将理解的是:导管103AU03B的运动通常与流动材料的某些特性成比例，例如，流动穿过导管103AU03B的材料的密度和质量流量。然而，导管103AU03B的运动还包括可在拾取器105、105’处测得的零流动延迟或偏差。零流动偏差可由多个因素造成，比如仪表中的不成比例的阻尼、残留柔性反应、电磁串扰或相位延迟。
[0011]在许多现有技术流体计量器中，通常通过测量零流动状态时的偏差并从流动期间进行的后续测量减去测量偏差，来修正零流动偏差。虽然该途径在零流动偏差保持恒定时提供足够的流动测量，但是实际上偏差会因多种因素而变化，包括周围环境(比如温度)的小变化或材料流动穿过其中的管道系统的变化。如可理解的，零流动偏差的任何变化都导致所确定流动特性的误差。在正常操作期间，可能在无流动状态之间存在长的时间周期。零流动偏差随时间推移的变化可能导致所测流量的显著误差。
[0012]本 申请人:已经开发了一种用于确定和修正流动期间的零流动偏差的变化的方法，其在题为 “In-Flow Determination Of Left And Right Eigenvectors In A CoriolisFlowmeter”的美国专利7，706，987中有描述并通过引用并入本文。在‘987专利中使用的这种所谓的“直接科里奥利测量”(DICOM)说明了:如果使用了两个或更多个驱动器而不是典型的单个驱动器系统，则科里奥利流量计量器系统的左右本征矢量可被确定。在物理意义上，右本征矢量确定特定模式被激发时在反应点(拾取器)之间的相位。右本征矢量是通常在振动流量计量器比如现有技术流量计量器5中测量和确定的值。左本征矢量确定最佳地激发特定模式的驱动器之间的相位。在没有零流动偏差的情况下，这两个相位是相同的。因此，如‘987专利中勾勒出的，如果左和右本征矢量可被确定，则可从流体流动中区分零流动偏差。
[0013]尽管DICOM通过允许零流动偏差的流动中确定来允许增加流动测量的精确性，但是本 申请人:已发现DICOM需要并置的(collocated)传感器部件。尽管‘987专利描述了并置传感器部件的使用，但是实际上，‘987专利采用了两个分离且不同的驱动器传感器部件和两个分离且不同的拾取器传感器部件。‘987专利尝试将驱动器和拾取器传感器部件定位成在流动导管上彼此直接相对来提供并置。然而，因为驱动器传感器部件和拾取器传感器部件被单独地附接至流动导管103AU03B，所以精确的并置是不切实际的，并且即使小的错位也能导致误差传播遍及流动测量。
[0014]明显被转让给了本 申请人:的美国专利6，230，104公开了组合式驱动器和拾取器传感器。‘104专利中公开的组合式驱动器和拾取器传感器可被使用来减少传感器部件的数量，其减少布线从而降低成本。此外，该组合式驱动器和拾取器传感器可被使用来进行DIC0M。然而，由于‘104专利中公开的组合式传感器部件的构造，测量是复杂的并且需要过量的动力。此外，‘104专利中公开的构造容易被导致不精确。‘104专利使用相同线圈来施加驱动信号和接收拾取器信号。线圈的这种双重用途需要复杂地分离作为所需速度测量的反电动势(反EMF)与由驱动信号施加的所测换能器电压。以‘104专利中示出的组合式传感器部件来确定反EMF需要至少两个补偿。反EMF可通过公式(I)定特征。..(611
[0015]
【权利要求】
1.一种用于振动计量器的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，包括: 磁体部分(104B)，其至少包括第一磁体(211)； 线圈部分(204A、304A)，其包括: 线圈绕线管(220)； 围绕所述线圈绕线管(220)卷绕的驱动器线(221);和 围绕所述线圈绕线管(220)卷绕的拾取器线(222)。
2.如权利要求1所述的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，其中，所述拾取器线(222)被卷绕在所述驱动器线(221)的至少一部分之上。
3.如权利要求1所述的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，其中，所述线圈绕线管(220)包括用于接收所述驱动器线(221)的第一卷绕区域(322)和用于接收所述拾取器线(222)的第二卷绕区域(322’)。
4.如权利要求3所述的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，其中，所述第一卷绕区域和第二卷绕区域(322、322’)彼此间隔开。
5.如权利要求4所述的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，进一步包括:磁通引导环(330)，其定位在所述第一卷绕区域与第二卷绕区域(322、322’)之间。
6.如权利要求1所述的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，其中，所述线圈绕线管(220)包括用于接收所述磁体(211)的至少一部分的磁体接收部分(220’)。
7.如权利要求1所述的组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，其中，所述第一磁体(211)对应于所述驱动器线(221)，并且所述磁体部分(104B)进一步包括联接至所述第一磁体(211)对应于所述拾取器线(222)的第二磁体(311)。
8.—种振动计量器(400),包括: 计量电子装置(20)； 传感器组件(40)，其与所述计量电子装置(20)电连通，并包括: 一个或多个流动导管(103AU03B);和 一个或多个组合式驱动器和拾取器传感器部件(200、300)，其联接至所述一个或多个流动导管(103AU03B)中的至少一个，且所述组合式驱动器和拾取器传感器部件中的每个包括磁体部分(104B)和线圈部分(204A)，其中所述线圈部分(204A)包括线圈绕线管(220)、围绕所述线圈绕线管(220)卷绕的驱动器线(221)、和围绕所述线圈绕线管(220)卷绕的拾取器线(222)。
9.如权利要求8所述的振动计量器(400)，进一步包括:第一电引线(411)，其联接至所述驱动器线(221)，并与所述计量电子装置(20)电连通，用于传达驱动信号；和第二电引线(411’)，其联接至所述拾取器线(222)，并与所述计量电子装置(20)电连通，用于传达拾取器信号。
10.如权利要求8所述的振动计量器(400)，其中，所述磁体部分(104B)至少包括第一磁体(211)。
11.如权利要求10所述的振动计量器(400)，其中，所述线圈绕线管(220)包括用于接收所述第一磁体(211)的至少一部分的磁体接收部分(220’)。
12.如权利要求8所述的振动计量器(400)，其中，所述拾取器线(222)被卷绕在所述驱动器线(221)的至少一部分之上。
13.如权利要求8所述的振动计量器(400)，其中，所述线圈绕线管(220)包括用于接收所述驱动器线(221)的第一卷绕区域(322)和用于接收所述拾取器线(222)的第二卷绕区域(322’)。
14.如权利要求13所述的振动计量器(400)，其中，所述第一卷绕区域和第二卷绕区域(322、322’)彼此间隔开。
15.如权利要求14所述的振动计量器(400)，进一步包括:磁通引导环(330)，其定位在所述第一卷绕区域与第二卷绕区域(322、322’)之间。
16.一种用于与一个或多个流动导管形成包括传感器组件的振动计量器的方法，包括以下步骤: 围绕线圈绕线管卷绕驱动器线； 围绕所述线圈绕线管卷绕拾取器线； 将所述线圈绕线管联接至所述一个或多个流动导管之一； 将所述驱动器线电联接至计量电子装置用于传达驱动信号；以及 将所述拾取器线电联接至所述计量电子装置用于传达拾取器信号。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括以下步骤:将磁体联接至所述一个或多个流动导管的第二流动导管，以使所述线圈绕线管接收所述磁体的至少一部分。
18.如权利要求16所述的方法，其中，卷绕所述拾取器线的步骤包括将所述拾取器线卷绕在所述驱动器线之上。
19.如权利要求16所述的方法，其中，卷绕所述驱动器线和拾取器线的步骤包括:将所述驱动器线卷绕在第一卷绕区域中，以及将所述拾取器线卷绕在与所述第一卷绕区域间隔开的第二卷绕区域中。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤:在所述第一卷绕区域与第二卷绕区域之间将磁通引导环联接至所述线圈绕线管。
【文档编号】G01F1/84GK104011512SQ201180074440
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2011年10月26日 优先权日:2011年10月26日
【发明者】C.G.拉森, M.J.伦兴, A.M.尼尔森, R.S.洛文 申请人:微动公司