聚合物磁性流量计流通体组件的制作方法

本实用新型涉及一种聚合物磁性流量计流通体组件。

背景技术：

磁性流量计(或磁性表)通过法拉第感应现象即电磁效应测量流量。磁性流量计给线圈供电，所述线圈在流通体组件的截面上产生磁场。所述磁场在导电过程流体的流动上感应出电动势(EMF)。使用一对电极测量在导电流体上发展的所产生的电势，所述一对电极延伸到流动的过程流体中。替代地，一些磁性流量计采用电极和过程流体之间的电容耦合，使得无需直接接触即可测量EMF。无论如何，流速通常与感应电动势成正比，并且体积流量与流通体的流速和横截面积成正比。

磁性流量计在各种流体流量测量环境中是有用的。具体地，水基流体、离子溶液和其它导电流体的流量都可以使用磁性流量计测量。因而，可以在水处理设施、饮料和卫生食品生产、化学处理、高纯度医药制造以及有害性和腐蚀性流体处理设施中发现磁性流量计。磁性流量计也常常在碳氢燃料产业中采用。

磁性流量计在将流量测量元件(例如孔板)引入过程流动中的其它流量技术不适用的应用中提供快速和准确的流量测量。在磁性流量计的制造中的大额费用之一是过程流体所流过的流通体。该流通体必须承载过程流体压力，并且必须不能向过程流体中引入泄漏。通常地，流通体被形成为管，并且包括一对法兰，所述一对法兰栓锁在管道法兰上以形成稳固的过程流体连接。为了提供适于各种不同的过程流动连接的流通体组件，流通体被设计和制造成便于适应不同的横截面流动面积。然而，由制造者提供的每一种横截面流动面积尺寸或者直径 (在流动管的情况下)通常需要专用的工具作业和制造过程。因而，由于可选择这种变化的流动直径，附加的费用和研制周期可能被引入到制造过程中。

技术实现要素：

提供了一种聚合物磁性流量计流通体组件。流通体组件包括流通管道，所述流通管道被配置为允许流体流过。第一线圈相对于流通管道安装并且围绕第一磁极元件布置。第二线圈相对于流通管道安装并且围绕第二磁极元件布置。第二磁极元件被配置为与第一磁极元件协作以在流量测量孔上产生电磁场。第一和第二电极定位在流通体组件内以测量在流量测量孔内的流体中产生的电动势。第一磁极元件、第二磁极元件、第一电极和第二电极中的至少一个至少部分地由聚合物形成。

附图说明

图1为本实用新型的实施例在其中有用的典型环境的示意图；

图2为根据本实用新型的实施例的聚合物流通体组件的示意图；

图3A和3B为图2所示的区域的放大示意图；

图4为在引入聚合物之前的用于聚合物流通体组件的组装模具的示意图；

图5A为根据本实用新型的实施例的磁极元件的示意图；

图5B为根据本实用新型的实施例的流量计流通体组件的电极的示意图；

图6为根据本实用新型的实施例的线圈和磁极元件的示意图；

图7为根据本实用新型的实施例的流通体组件的示意图；

图8为根据本实用新型的实施例的形成流通体组件的方法的流程图；

图9A-9D图示了根据本实用新型的一个实施例的在安装的各个阶段的聚合物流通体组件的多个示意图；

图10A-10C图示了根据本实用新型的一个实施例的在过程安装的不同阶段中的聚合物流通体组件的示意图；

图11为根据本实用新型的一个实施例的在过程环境内在安装过程中形成流通体组件的方法的流程图。

具体实施方式

图1图示了用于磁性流量计102的典型环境100。磁性流量计102 与在线104处示意性地图示的处理管道连接，所述处理管道也与控制阀112连接。磁性流量计102被配置为提供关于处理厂内的过程流体流流动的流量输出。这种过程流体的示例包括化学、纸浆、医药、食品和其它流体处理厂中的浆料和液体。

磁性流量计102包括与流通体105连接的电子壳体120或合适的接线盒。在图1所示的实施例中，流通体105被布置在用于安装至相关的管道法兰的一对安装法兰108之间。然而，本实用新型的实施例也同等地适用于片型流通体。磁性流量计102的输出被配置为通过过程通信总线106远距离传输给控制器或指示器。在典型的处理厂中，通信总线106可以为连接至诸如系统控制器/监视器110或其它合适的设备的控制器的4-20mA电流环路、FOUNDATION^TM现场总线连接、脉冲输出/频率输出、高速可寻址远程转换协议通信、无线通信连接(例如根据以太网IEC62591的)或光纤连接。系统控制器110被编程为过程监视器，以为人工操作员显示流动信息，或者被编程为过程控制器，以在过程通信总线106上使用控制阀112控制所述过程。虽然本实用新型的实施例适用于所有的磁性流量计，但是它们特别相关于与相对较小直径处理管道连接的磁性流量计。这是因为在最小的流量计流通体尺寸中，在一个尺寸和下一个尺寸的可测量的流量范围中有非常少的重叠。例如，1.5英寸直径到14英寸直径的流量计具有重叠44％至82％的流量范围。然而，最小的小数尺寸0.15英寸直径到0.5 英寸直径可以测量重叠小于25％的流量范围。这使得终端用户更难选择能够测量宽范围流量调节的尺寸。然而，如上所述，增加单独的尺寸选择在研发时间、独一无二的零件的存货和制造复杂性方面是成本高昂的。

图2为根据本实用新型的实施例的聚合物流通体组件的示意图。聚合物流通体组件150为能够容易地机械加工成大量尺寸的单一件。组件150对于各种不同的流动构造可以使用相同的线圈和磁极元件，并且能够提供单个的流通体，所述单个的流通体基于机械加工能够以从0.030英寸至达0.5英寸直径的测量孔直径测量流量。组件150包括法兰152，所述法兰152被配置为安装接线盒或电子壳体，例如上面所述的电子壳体120。多个导体穿过法兰152并穿过颈部154进入流通体 156。导体与多个线圈158、160和一对电极162、164连接。在图2所示的实施例中，设置四个安装孔166以允许安装螺栓穿过流通体156。在所示的实施例中，设置居中定位的测量孔168，所示测量孔具有一对径向相对的磁极元件170、172，所述一对径向相对的磁极元件170、 172从电极162、164偏转约90°布置。在图2所示的示例中，孔168具有约0.080英寸的直径。在一个实施例中，磁极元件170、172由诸如塑料的聚合物形成，所述聚合物填充有诸如铁粉的磁性材料。附加地，在一个实施例中，磁回路174也由填充有诸如铁粉的磁性材料的聚合物形成。在一个实施例中，电极162、164也由诸如塑料的聚合物形成，所述聚合物填充有诸如碳和/或镍的导电材料。附加地，在一些实施例中，用于磁极元件170、172和电极162、164的聚合物可以是相同的。在流通体156内还设置有聚合物框架178，以将流通体156的各个部件的全部保持或者安装成单个的、立体件，使得可以更容易地模制最终的主体。在一个实施例中，聚合物框架178也由与磁极元件170、172 和电极162、164相同的聚合物形成。然而，框架178将不具有任何导电或磁性填料。相似地，还设置聚合物填料180，在一个实施例中，所述聚合物填料由与框架178和磁极元件170、172和电极162、164相同的聚合物形成。附加地，在图2所示的实施例中，电极162、164中的每一个包括从每一个电极162、164上径向地延伸的一个或多个密封翅182。在一个实施例中，这些密封翅由与电极相同的材料形成，并且被设计为使得来自二次模制层的热量将足以熔融翅182的薄端，以在部件之间形成一致的密封。

图3A和3B为图2的区域184的放大示意图。如图3A所示，磁极元件 170被布置为使得线圈160中的电绕组包围磁极元件170。因而，随着电流流过线圈160的绕组，由磁极元件170产生磁场。类似地，随着电流流过线圈158的绕组，由磁极元件172产生磁场。该磁场被引导穿过测量孔168，并且因而产生使用电极162、164可检测的EMF。测量孔168 通常由单一的机械加工操作形成，例如钻孔。该钻孔操作移除磁极元件170、172和电极162、164中的每一个的一部分。因此，与测量孔168 相互作用的该部分磁极元件170、172和电极162、164通常具有吻合孔 168的内部直径的端部，例如电极162的端部190。由于部件为聚合物，所述它们容易机械加工。因而，可以通过在钻孔操作中使用不同尺寸的钻头简单地产生不同的测量孔。例如，图3B示出了较大的测量孔 196。进一步地，简单地移除附加的材料，电极162、164和磁性元件 170、172更容易地适应较大的孔。磁极元件170、172和电极162、164 的端部仍然吻合测量孔196的内部直径。

图4为在引入聚合物之前的用于聚合物流通体组件的组装模具的示意图。模具300包括外壳302，所述外壳通常限定并确定聚合物流通体组件的外部直径。在图4图示的示例中，设置四个圆柱件304，以防止聚合物占据圆柱体304的位置，由此形成安装孔166(图2中示出)。附加地，所述一对线圈158、160被定位为使得各自的磁极元件172、 170被布置在其中。一对导体306、308与线圈158、160电连接。类似地，导体310、312与各自的电极164、162可操作地连接。磁极元件170、 172以及电极162、164中的每一个通常朝向中心320逐渐变细。根据不同的应用，电极以及磁极元件的锥形的量可以不同。根据需要，锥体可以为线性的或非线性的。无论如何，在一个实施例中，对于较大的测量孔，磁性元件以及电极中的每一个具有较大的与测量孔相互作用的表面面积。

图5A为由诸如ABS塑料的聚合物形成的一对电极162、164的示意图。如图5A更清楚地显示的，在电极162的端部处设置锥形部350。根据本实用新型的一个实施例，ABS(丙烯腈·丁二烯·苯乙烯)被填充有或者被嵌入有导电材料，例如碳和/或镍。然而，优选的是电极 162、164的导电材料不是磁性材料。

根据替代实施例，电极(例如图5B中所示的电极)可以由诸如不锈钢的金属形成。虽然不锈钢的机械加工比图5A中示出的ABS电极的机械加工更复杂，但是不锈钢电极352是非常稳固的。

图6为线圈158、160和磁极元件170、172的示意图。如图6所示，磁极元件170、172通常具有彼此面对的锥形部360。在一个实施例中，磁极元件170、172由诸如ABS塑料的聚合物形成，所述聚合物被填充有或者被嵌入有铁。因此，磁极元件170、172是磁顺从性(magnetically compliant)的。

根据本实用新型的实施例，电极、线圈和磁极元件被布置在模具内，例如如图4所示的模具300，并且然后经受诸如ABS塑料的聚合物的引入。然而，可以明确地预期，可以使用任何合适的聚合物。一旦聚合物已经固化，或者固定(set)，可以从模具300中移除所述聚合物。

图7为该移除的流通体组件的示意图。如图所示，单一的聚合物块400包括四个安装孔166以及从其中延伸的线306、308、310和312。在聚合物结构400的中心402中，将产生具有被选定用于最终流量应用的直径的测量孔。根据本实用新型的实施例，通过选定合适尺寸的钻头并沿中心402轴向地钻孔简单地形成该测量孔。

图8为根据本实用新型的实施例的形成流通体组件的方法500的流程图。方法500从方框502开始，在方框502中，提供诸如模具302 (图4中示出)的模具。下一步，在方框504中，流通体的部件被组装在模具中。所述部件和组装包括线圈506、电极508、磁极元件510和布线512。一旦方框504的组装完成，那么模具被填充聚合物，如方框 514所示。一旦聚合物已经填充模具，那么允许其固化或者固定(set)，如方框516所示。取决于聚合物的类型，该固化/固定(set)处理如果适用用可以包括热量和/或压力的引入。下一步，在方框518中，移除模具，并且提供整体的聚合物流通体块。下一步，在方框520中，选定流通体的测量孔的直径。最后，在方框522中，根据所选定的直径在聚合物流通体块中产生孔或孔道。在一个实施例中，方框520和522 包括简单地选定和获得合适尺寸的钻头以及通过流通体块的中心轴向地钻孔。然而，在另一个实施例中，孔的机械加工可以为更复杂的处理，允许孔的横截面的形状和/或尺寸变化，以便改善在测量区域中的流体动力学特性。进一步地，横截面的形状和/或尺寸可以随着机械加工操作轴向地移动通过流通体的中心而改变。因而，根据需要可以提供径向和轴向的变化。

根据本实用新型的实施例形成的各个流通体已经被发现具有从约70的最小孔到约180的最大孔变化的合适的效益。这与当前流通体中实现的75-140的范围相比有利。附加地，根据本实用新型的实施例形成的聚合物流通体已经具有有利的可重复性和线性特性。更进一步地，相信相比于传统的、金属的流通体设计将减小用于聚合物流通体的材料费用。

图9A-9D图示了根据本实用新型的一个实施例的在安装的各个阶段的聚合物流通体组件的多个示意图。在一个实施例中，流通体组件 1150可以被预机械加工有先导孔1168，并且在最终孔直径的机械加工之前安装在组件1100中。在一个实施例中，由于其允许流通体组件被预先制造并具有初始的先导孔直径1168的情况下被运输，并且之后由客户向制造者请求或者在传送后由客户机械加工成最终期望的孔直径1172，因而这可以允许减少成本和研制周期。

图9A图示了流水线处理后的示例性的流通体组件。流通体组件 1150包括一对线圈1158、1160和一对电极1162、1164，它们可以与前述的流通体150的部件大致相似。如图9A所示，在流水线处理之后，流通体组件1150仅包括具有预设的、加工的直径的先导孔1168。在一个实施例中，先导孔1168被设计为允许由制造者或者客户在后地机械加工成期望的孔直径。

图9B图示了组装处理之后的示例性的流通体组件1150，其中流通体组件1150仍包括先导孔1168。然而，如图9B所示，在组装处理之后，流通体组件1150被安装在流量计组件1100中。

一旦流通体组件1150已经被安装，那么所述孔可以被机械加工成用户或应用所需的任何选定的直径。例如，如图9C所示，机械加工的孔1172具有比初始先导孔1168更大的直径。机械加工的孔1172的直径可以由客户选定，并且在一个实施例中在运输之前由制造者最终机械加工。在另一个实施例中，最终机械加工的孔1172的直径由客户设定并且机械加工由客户完成。

在至少一个实施例中，诸如组件1150的流动管组件需要符合一个或多个安全标准。在一个实施例中，流通体组件可能需要与在由于有害性和/或爆炸性过程流体的出现的有害性或爆炸性环境中的使用兼容。然而，为了提供足够的磁场以允许磁性表起作用，线圈电路不能被受限地供电，并且因此必须使用另外的隔离。隔离屏障，例如屏障 1180和1190，如图9D所示，可以被用于保持与内在安全标准符合，以便流通体组件1150被用在有害性或爆炸性气体中。在一个实施例中，流通体组件1150符合国际危险标准FM3600。在另一个实施例中，流通体组件1150符合国际危险标准IEC60079。在一个实施例中，流通体组件1150利用标准材料，例如由ASME B31验证的钢和/或铁，使得建立边界以承受管线压力。在一个实施例中，边界1190被保持在部分流通体组件周围，如图9D所示，使得有害位置隔离和锅炉压力容器的压力边界被保持。在一个实施例中，边界1180围绕流通体组件，使得锅炉压力容器的压力边界被保持在边界1180内。

图10A-10C图示了根据本实用新型的一个实施例的在制造的不同阶段中的聚合物流通体组件的示意图。图10A图示了在初始的流水线处理之后的流通体组件1150的视图。图10B图示了在组装处理之后的流通体组件的视图。在图10A和10B中，流通体组件被图示为具有初始先导孔1168。图10C图示了具有机械加工的孔1172的最终的流通体组件，所述机械加工的孔1172具有比初始的先导孔1168更大的直径。在一个实施例中，图10A-10C图示的步骤可以在接收客户的允许由制造者完成最终的孔机械加工和校准的订单后由制造者完成。然而，如图10B所示的，一系列具有预制造的先导孔的流通体组件(如图10B 所示)可以由制造者存货，并且可以按照客户的请求完成最终的机械加工和校准，如从图10B到图10C的转换中所示。

图11为根据本实用新型的一个实施例的在过程环境内在安装过程中形成流通体组件的方法的流程图。方法1200提供一种过程，使得制造者或者客户能够在选定的孔直径的情况下加工流通体组件。

在方框1210中，例如在制造过程内提供流通体。流通体例如可以为在流水线处理已经完成之前或之后的如图9和10所述的流通体1150。最初，流通体可以在适当的位置设置有一个或两个屏障1180和1190。

在方框1220中，所提供的流通体被安装在流量计组件内。这可以通过由制造者将流通体安装在流量计组件内而完成。在方框1220中，也可以完成流水线处理。

在方框1230中，所提供的流通体被机械加工成期望的孔直径。在一个实施例中，这包括扩大初始设置的先导孔的直径。在一个实施例中，这包括最终的孔直径的校准。在流通体组件具有最终机械加工的孔直径后，它可以被安装在过程环境中，或者被运输给客户用于安装。

提供可机械加工的流通体组件(例如，组件150或1150)的一个优点在于其允许内衬和电极的内部直径在单个操作中被机械加工或铰扩至相同的直径、在流通体的初始制造之后被执行，使得在最终的流量计组件中流通体组件具有客户选定的孔直径。此外，预制造的、可机械加工的流通体组件允许在电极组件、线圈组件、布线和焊接的股那件制造操作已经被制造者完成之后机械加工可变的孔几何结构。附加地，使用符合上述标准中的任何标准的材料允许机械加工可变的孔几何结构，使得在被最终机械加工时压力边界不受可变的孔几何结构的影响。附加地，兼容材料的使用允许有害性过程流体和环境与可变的孔几何结构无关地与额定电路隔离。

可以由终端用户机械加工的诸如组件150或1150的流通体组件的另一个优点在于其允许在现场将孔机械加工为可供选择的直径，允许消除否则则需要的校准偏差步骤。在至少一个实施例中，流通体组件 1150减小了对可机械加工的多点式过程连接电极中的接地环的需求。

虽然已经参照优选的实施例描述了本实用新型，本领域技术人员将认识到可以在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下在形式和细节方面作出改变。