HK1166847A1 - 用於流體流量計的傳感器組件 - Google Patents

Description

用于流体流量计的传感器组件

技术领域

本发明总地涉及磁性流量计，且更具体地涉及一种具有传感器组件的磁性流量计，该传感器组件形成湿气屏障并同时提供精确流量测量。

背景技术

磁性流量计用于测量诸如通过管路或管道的水的导电流体的流量。这种流量计利用法拉第定律测量运动经过管道的流体的流量或流速。法拉第定律规定了运动经过磁场的导体产生电压。例如，水是导体，因而，当水经过磁场时它产生电压。电压的大小直接与流体(即，水)运动经过磁场的速度成比例。

传统的流量计包括传感器内部的电磁线圈和传感器上的电极，这些电磁线圈形成磁场，而电极则测量由运动经过那些磁场的流体所产生的电压。磁场的平面通常横向定位，以使导电流体经过磁场，感应出电压。流量计通常包括彼此间隔开并与流体电气接触的多个电极，以测量感应电压。所测得的电压用于确定流体流经管路的平均速度。

大多数的流量计包括传感器或传感器组件，而传感器组件包括磁源和一组或多组电极。传感器组件定位成使电极与流经管路的流体接触。为了获得精确的速度测量，在电极之间的测量区域内保持磁场是有益的。防止湿气接触和破坏内部回路也是重要的，这会导致不精确的测量。

现有的流量计通常包括包围或延伸到流体柱内的本体。流量计包含感测电极，电极的一端延伸到流体内，而相对的一端至少部分地延伸到本体内，其中，连接到电极的绕线穿过本体内的内部空间，该绕线包括磁性线圈。本体内的开口形成湿气进入内部的路径并将内部回路暴露于来自回路内的流体的湿气。当管道内的流体压力增大时，湿气将运动通过该路径并进入传感器内部的可能性增大。这样的湿气影响内部回路的工作并由于故障或失效而导致不精确的流量测量，并且增加维修和更换的成本。因此，现有的传感器限于具有处于或低于1000psi(磅/平方英尺)的压力的管道。超过1000psi，现有的传感器不能阻止湿气进入传感器内部。除了压力的限制，一些现有的传感器具有多孔塑料本体，该本体还使湿气被本体吸收以及随时间进入本体。

因此，需要有一种提供不透湿气的屏障同时还提供精确的流量测量的流量计。

发明内容

本传感器组件提供对管路内的流体流量的精确测量并有助于防止湿气损坏组件的磁性传感器。

本发明的一个实施例提供一种用于流量计的传感器组件，包括具有中空内部的本体，其中，本体构造成具有防止湿气在极端流体压力下进入内部的不透湿气的屏障。该组件包括安装到本体上的至少一个电极和构造成可移除地插入本体的中空内部的线圈组件，其中，线圈组件包括当线圈组件插入本体的中空内部时，与至少一个电极电气隔离的至少一个磁性线圈。

本发明的另一实施例提供一种用于流量计的传感器组件，包括具有外表面的圆筒形本体，其中，该本体形成纵向轴线、中心盲孔和两个通道。两个通道平行于纵向轴线并在外表面上以指定角度径向彼此隔开。感测电极组件安装到两个通道中的一个内，且接地电极组件安装到两个通道中的另一个内，其中，感测电极组件和接地电极组件中的至少一个包括多个间隔开的电极。线圈组件构造成可移除地插入本体的中心盲孔内。线圈组件包括多个磁性线圈，当线圈组件插入本体的中心盲孔时，每个磁性线圈都与感测电极组件上的多个电极中的一个电极电气隔离并与该电极对齐。

附图说明

图1是插入管路的传感器组件和将传感器组件固定在位的安装组件的实施例的剖视图。

图2是图1的传感器组件的立体图。

图3是图2的传感器组件的侧视图。

图4是总体沿图2的线4-4剖切的传感器组件的剖视图。

图5A是图1的本体的侧视图，示出了包括感测电极组件的诸通道中的一个通道。

图5B是图5A的本体的端视图。

图6A是图1的线圈组件的侧视图。

图6B是图6A的线圈组件的端视图。

图7A是图1中所示的盖子的侧视图。

图7B是图7A的盖子的左侧端视图。

图7C是图7A的盖子的右侧端视图。

图8是示出从本体移除了线圈组件和盖子的传感器组件的侧向分解图。

图9是传感器组件的另一实施例的侧向分解图。

具体实施方式

当与电信号转换器结合使用时，本传感器组件是用于精确测量流经管路或开口通道的流量并阻止湿气进入组件的流量计。

参见图1至9，本传感器组件10包括由诸如金属的不透湿气的材料制成的细长圆筒形传感器本体12，该传感器本体具有纵向轴线14并形成中空内部16。在所述实施例中，本体12是圆筒形的并具有大体圆形的横截面。还可设想，本体可具有其它合适形状的横截面。此外，在该实施例中，金属传感器本体12由不锈钢制成，但可由任何合适的不透湿气的材料或这种材料的组合制成。本体12形成平行于纵向轴线14沿本体长度延伸的多个通道18。应当理解到本体可形成一个或多个通道，且通道18可各自具有小于本体12的长度或具有任何合适的长度。同样，通道18较佳地都具有相同的长度，但可设想通道可具有不同的长度。在图示实施例中，本体12形成径向彼此隔开的三个通道18a、18b和18c。通道18a、18b和18c可等间隔或以不同角度间隔。在一实施例中，通道以指定角度径向彼此隔开，而指定角度为15°到90°。应当理解到一个或多个通道可以任何合适的角度或距离彼此隔开。

为了阻止湿气进入本体12，本传感器组件构造有不透湿气的屏障。为了形成这种屏障，一条或若干条通道18在本体内形成到指定深度，而该深度不延伸到中空内部16。这种构造确保在通道18和中空内部16之间没有开口或开口空间，这些开口或开口空间将使流体或来自流体的湿气如与现有的传感器组件那样进入盲孔。同样为了消除使湿气进入传感器本体内部的任何路径，本传感器组件可用于测量具有达10,000psi的流体压力的管道中的流体流量。如上所述，现有的传感器组件限于达1000psi的流体压力，因此本传感器组件可用于比现有的传感器组件明显更多的应用场合。

除了上述以外，本体12由基本上不透的材料制成，诸如不锈钢。这有助于进一步防止流体和湿气进入中空内部16。这对于具有由比金属大的孔隙率的塑料或类似材料制成的本体的现有传感器组件来说是显著优点，其中，湿气更容易被那些材料吸收并随时间穿过那些材料，从而引起对诸如磁性线圈和绕线的内部回路的损坏。

本体12具有第一端20和相对的第二端22。第一端20通过使闭合的第一端与本体一体形成或通过将盖子24焊接到本体上进行闭合，以提供盖子和本体间的密封。第二端22包括通过焊接或其它任何合适的连接方式而连接到本体12的凸缘24。凸缘24形成中心通孔26，该中心通孔具有略微大于本体外径的内径。凸缘24还形成用于如下所述容纳紧固件的六个外通孔28。通孔28较佳地彼此等间隔，但还能以不同的距离或角度相对于彼此间隔开。应当理解到凸缘24不限于六个孔，且可包括任何合适数目的通孔或其它孔。

多个电极组件30安装在本体12的外表面32上。具体来说，每个电极组件30包括诸如金属带34的导电带，该导电带构造成插入由本体12形成的诸通道18中的一个通道。金属带34可由不锈钢或任何其它合适的导电材料或这些材料的组合制成。在插入通道18之前，多个电极36安装在每根金属带34上。在另一实施例中，带34本身能通过穿过敷加到带的绝缘涂层而露出带的导电表面的一个或多个部分来作为电极进行操作。在所述实施例中，电极36可沿带34等间隔或以其它指定位置间隔开。电极36使用合适的导电机械紧固方法附连于带34，以保持连续的金属导电性。合适的绕线连接到每根带34并沿本体12在对应的通道18内延伸，并穿过由本体12的第二端22处的凸缘24形成的通孔26。

在图示实施例中，两个电极组件30是感测电极组件30a和30b并以指定位置位于流体流中以对流量进行测量。第三电极组件是参考或接地电极组件30c并位于朝向流体流上游。在另一实施例中，第三电极组件可以其它方向或位置在流体柱内定位。

应当理解，为了测量管路或开口通道内的流量，本传感器组件10可具有任何合适数目的、安装在本体12的外表面32上的电极组件30。电极组件中的两个是感测电极组件。应当理解任何合适的偶数个电极组件可以是感测电极组件。一个或多个电极组件可以是接地或参考电极组件，并且可以位于相对于流体在管路或开口通道内流动的方向的任何位置处。同样，感测电极组件30a和30b在相同位置处具有相同数目的电极36，而接地电极组件30c可具有与感测电极组件相同或不同数目的电极并且处于相对于感测电极组件上的电极相同或不同位置。

在电极组件30a、30b和30c安装到由本体12形成的对应的通道18a、18b和18c内之前，不导电的涂层38敷加到本体12。然后，不导电的涂层或粘结剂38a敷加到电极组件和绕线，以将组件和绕线密封和固定到本体上并使组件和绕线与本体电气隔离。一旦涂层38a固化或凝固，就去除覆盖电极36的周界表面的任何涂层，因而，电极可有效地感测流体流量并产生通信到与流量计关联的信号转换器的相关电信号。

磁性线圈组件或线圈树状物(coil tree)40产生测量流体流量所需的磁场并构造成插入由本体12形成的中空内部16。在图示实施例中，磁性线圈组件40包括细长杆42，该细长杆具有第一自由端44和包括凸缘48的相对的第二端46以及附连于杆的磁性线圈50。凸缘48形成彼此间隔开的三个通孔52和三个螺纹凹孔54。六个孔52和54与由连接到本体12的凸缘24形成的六个外通孔28对齐。线圈组件40的杆42可由诸如不锈钢、塑料或任何合适的材料或各材料的组合制成。如图8中所示，杆42构造成插入本体12的中空内部16并具有至少等于本体的长度。磁性线圈50在与电极36对齐的位置附连于杆42，而电极36与安装到本体12的外表面32的感测电极组件30a和30b相关联。

每个磁性线圈50包括绕线筒56和以指定绕匝数围绕绕线筒卷绕的金属线58。绕线筒56较佳由诸如铁的磁性金属制成，但可以用塑料或任何其它合适的材料制成。如图8中所示，每个绕线筒56通过紧固件固定到杆42。应当理解到绕线筒56还可使用粘合材料、焊接或任何合适的连接方法来固定到杆42。金属线58较佳为铜线，但可以是任何合适的线或各种线的组合。线58基于所需产生的磁场强度以指定绕匝数围绕绕线筒56卷绕，这是因为磁场的强度直接与线的匝数和线中的电流的乘积成正比。合适的绕线连接到每个磁性线圈50，以将电流供给到那些线圈中的线58。

在图示实施例中，外部磁性线圈50b、50c和50d与内部磁性线圈50a串联地卷在一起。合适的线连接到内部磁性线圈50a并沿杆42延伸，并且穿过由杆42的第二端46处的凸缘48形成的孔60。应当理解，磁性线圈50可以如上串联地卷起来或者单独卷起来，其中，每个线圈的绕线沿杆42延伸并穿过由凸缘48形成的孔60。绕线被预涂敷或绝缘以避免在使用时不利地与线圈50或杆42接地。替代地，绕线可涂敷有上述不导电的涂层38。绕线从线圈50延伸到将电供给到线圈的电源(未示出)。供给到线圈50的电使线圈通电，从而产生上述磁场。

电缆外壳或保护套通常附连于线圈组件的端部，以提供与湿气密封开的电缆终端。在图1、2、3和5A-8中所示的一个实施例中，电缆外壳包括安装到杆42的第二端46上的盖子62。盖子62包括三个一体形成的部件：凸缘部64、锥形部66和安装构件68。三个部件还可单独制造并通过焊接或任何其它合适的连接方法连结起来。凸缘部64具有大体圆形的形状并形成通孔70和彼此间隔开的三个外螺纹孔72。锥形部66具有内端74、外端76以及与凸缘部64的中心孔70连通的内部中空区78。

安装构件68形成与锥形部66的中空区78连通并具有比锥形部的外端76小的直径的通孔80。线圈组件40的线或绕线经由通孔70馈送到凸缘部64内并作为单根电缆82一起连结到锥形部66的中空区78内。电缆82从中空区78经由安装构件68的通孔80延伸到信号转换器。

本体12、线圈组件40和盖子62一起连接并作为单个单元安装到诸如管道84的管路内。具体来说，线圈组件40被插入由本体12形成的中空内部16。螺纹紧固件86插入穿过由本体12的凸缘24形成的对齐盲孔28中的三个盲孔并插到线圈组件40的凸缘48的螺纹孔54内，以将这些部件固定到一起。电极组件30和线圈组件40中的绕线被馈送到盖子62内并被连接到一起，以形成延伸穿过安装构件68并连接到信号转换器的电缆82。附加的螺纹固定件86插入穿过由本体12的凸缘24形成的三个另外的盲孔28、由线圈组件40的凸缘48形成的三个对应的盲孔52并插入由盖子62形成的三个凹陷螺纹孔72，以将本体、线圈组件和盖子固定到一起。在图示实施例中，至少一个O形环密封构件88插到本体、线圈组件和盖子的凸缘和凸缘部24、48及64之间，以有助于防止流体和湿气进入传感器组件10。

然后，组装好的传感器组件10经由接头(nipple)压缩密封件90插入端口，该密封件通常具有如图1中所示连接到管道84的阀92。传感器组件通过安装组件94固定在位。安装组件94包括圆筒形弹簧外壳96、连接到弹簧外壳的安装板98和诸如细长螺栓100的至少两根细长安装杆。弹簧外壳96形成构造成容纳诸如卷簧102的偏置构件的内部空间。卷簧102的第一端104构造成装配到盖子62的安装构件68上并配合锥形部电缆外壳66的外端76，而第二端106与安装板98邻接。较佳地，弹簧外壳96与安装板98一体形成，但可以通过焊接或任何合适的连接方法而连接到安装板。安装板98形成用于容纳电缆82的盲孔108。具体而言，电缆82从盖子62伸出并穿过弹簧外壳96内的弹簧102并穿过由安装板98形成的盲孔108，然后延伸到如上所述的信号转换器。螺栓100插入穿过由安装板98形成的紧固件孔112，其中，螺栓110的第一端114被拧到和固定到由与接头90关联的凸缘116形成的对应的螺纹孔。螺栓110的第二端118通过合适的垫圈120和锁定螺母122固定到安装板98。弹簧外壳96具有比盖子62的弹簧102和安装构件68大的直径，因而，外壳上的向内压力使其向内朝盖子和弹簧与安装构件外侧运动。

传感器组件10安装到管道84内，直到端部20与形成管道的壁124配合。为了确保端部20在使用期间不会由于管道84内的流动压力而相对于壁124运动或移出，通过调节安装组件94而将压力施加到传感器组件10。具体来说，锁定螺母122被拧紧，从而使安装板98和弹簧外壳96朝管道向内运动。当安装板98向内运动时，弹簧102被压缩抵靠盖子62的锥形部66的外端76。弹簧102的压缩将向内的压力施加到传感器组件10上，这又致使端部20以增大的力压抵壁124。锁定螺母122被拧紧直到端部20在壁124上的力在400到600psi之间为止，因而，端部在使用期间并不运动。当完全插入时，线圈组件40的线圈50与感测电极组件30a和30b上的电极36对齐，以提供精确的管道84内的平均流速。

在上述实施例中，安装组件94用于相对于诸如管道84或开口通道(未示出)的管路而将传感器组件10固定和保持在位。应当理解到安装组件94一般用于具有达500psi的流体压力的诸如管道的管路。超过500psi，本传感器组件通过焊接到管道或通过使用其它合适的高压密封件而固定到管道接头或管道。还应当理解到上述实施例不限于安装组件94且任何合适的安装组件或安装装置可用于将本传感器组件附连并固定到管路。

在操作中，磁性线圈50被通电以在流体流中产生围绕每个线圈的磁场。当流体流经对应的磁场时，流体产生通过感测电极组件30a和30b上的电极36感测到的电压。作为来自电极的电信号，感测到的电压通信到与流量计关联的信号转换器(未示出)。电信号通过信号转换器转换成平均流速并显示在信号转换器或流量计监视器的显示屏或电脑屏幕上。

如上所述，本体12和带34较佳地涂敷有不导电涂层38和38a以使传感器组件的每个部件电气隔离。组合由不透的材料制成的本体12以及去除本体12的中空内部16与电极36之间的任何开口或空间都有助于显著地防止流体和/或湿气进入本体、损坏内部回路并不利地影响磁性线圈50的测量能力。因此，本传感器组件10更为耐久并提供精确的流量测量，而磁性线圈和传感器组件的其它内部部件的劣化最少。

参见图9，示出传感器组件10′的另一实施例，其中，传感器组件包括由不透湿气的材料制成的本体12′，该本体形成通道18′，具有一个电极36′的导电带34′安装在该通道中。线圈组件40′插入由本体形成的中空内部，其中，线圈组件包括一个磁性线圈50′，当线圈组件插入本体时，该磁性线圈与电极36′对齐。传感器组件10′如上所述进行操作以精确地测量管路内的流速，同时防止湿气进入本体并损坏内部回路。

在上述实施例中，可从管道84中移除传感器组件10，以使其可如需要进行清洁、检查、维修和/或更换。此外，线圈组件40可插入和/或移出本体12，以使其可被维修和/或更换。这减少组装和维修的成本，这是因为如果线圈组件40、磁性线圈50或组件的其它部件有故障或损坏，不必更换整个传感器组件10。

尽管已在此描述了本传感器组件的具体实施例，但对本领域的技术人员来说应当理解的是，可以不脱离本发明而在更宽泛的方面对其进行变化和修改。

Claims (17)

1.一种用于流量计的传感器组件，包括：

具有中空内部的本体，所述本体构造成具有防止湿气在极端流体压力下进入所述内部的不透湿气的屏障；

安装到所述本体上的至少一个电极；

线圈组件，所述线圈组件构造成可移除地插入所述本体的所述中空内部，所述线圈组件包括当所述线圈组件插入所述本体的所述中空内部时与至少一个电极电气隔离的至少一个磁性线圈。

2.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述本体包括外表面，所述至少一个电极安装到所述外表面上。

3.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述本体由基本上不透湿气的材料制成。

4.如权利要求3所述的传感器组件，其特征在于，所述不透湿气的材料是不锈钢。

5.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述本体形成至少一个通道，而所述至少一个电极安装在所述通道内。

6.如权利要求5所述的传感器组件，其特征在于，还包括为了插入所述通道而构造的导电带，所述至少一个电极安装在所述带上。

7.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，还包括敷加到所述本体和所述至少一个电极中的至少一个的不导电涂层。

8.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，还包括连接到所述线圈组件的盖子，所述盖子包括用于使所述本体抵抗管路壁偏置的偏置构件。

9.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，还包括多个电极，所述电极安装在所述本体上。

10.如权利要求9所述的传感器组件，其特征在于，所述本体形成多个通道，而所述电极安装在每个所述通道内。

11.如权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述极端流体压力包括500到10,000psi的压力。

12.一种用于流量计的传感器组件，包括：

具有外表面的圆筒形本体，所述本体形成纵向轴线、中心盲孔和两个通道，所述两个通道平行于所述纵向轴线并在所述外表面上以指定角度径向彼此隔开；

安装到所述两个通道中的一个通道内的感测电极组件；

安装到所述两个通道中的另一通道内的接地电极组件，所述感测电极组件和所述接地电极组件中的至少一个包括多个间隔开的电极；

线圈组件，所述线圈组件构造成可移除地插入所述本体的所述中心盲孔内，所述线圈组件包括多个磁性线圈，当所述线圈组件插入所述本体的所述中心盲孔内时，每个所述磁性线圈与所述感测电极组件上的所述多个电极中的一个电极电气隔离并与所述电极对齐。

13.如权利要求12所述的传感器组件，其特征在于，所述本体由金属制成。

14.如权利要求12所述的传感器组件，其特征在于，还包括敷加到所述本体、所述感测电极和所述接地电极中至少一个的不导电涂层。

15.如权利要求12所述的传感器组件，其特征在于，所述指定角度为15°到90°。

16.如权利要求12所述的传感器组件，其特征在于，所述本体形成与所述两个通道间隔开的附加通道。

17.如权利要求16所述的传感器组件，其特征在于，还包括安装在所述附加通道内的附加感测电极组件，所述附加感测电极组件包括与所述感测电极组件上的所述电极对齐的、多个间隔开的电极。