專利名稱：采用線圈接地路徑檢測的磁流量計的制作方法
采用線圈接地路徑檢測的磁流量計
背景技術：
本發明涉及磁流量計。更具體地，本發明涉及采用線圈接地路徑檢測的磁流量計。磁流量計通過檢測流經磁場的流體的速度來測量導電流體的體積流率。磁流量計系統典型地包括流量管裝置和變送器裝置。流量管裝置垂直或水平地安裝在過程管線中， 并且包括管道部分、線圈部分和電極。線圈位于管道橫截面的相對側。由來自變送器的線圈驅動電流來供電的線圈沿著管道的橫截面產生磁場。兩個電極沿著垂直于磁場的線彼此橫跨在管道上。流經管道的流體是導電的。由于導體移動經過磁場，在流體中產生電勢或電動勢(EMF)，其中可以在兩個電極之間檢測到該電勢或電動勢。因此，操作基于法拉第電磁感應定律。過程流體泄漏到線圈隔室中可以對磁流量計中的線圈造成危害。這會引起線圈和電接地之間的電路徑。包括老化或組件疲勞在內的其他原因也會造成線圈與電接地之間的電路徑。電接地路徑導致施加到線圈的驅動信號減小，這是由于線圈驅動信號的一部分流向了電接地。這會導致所施加的EMF減小，以及導致來自感測電極的輸出的相應減小。這會導致不精確的流量測量。線圈驅動信號的損失典型地不能通過簡單地測量線圈驅動電流而檢測到。這是因為線圈驅動控制電路的輸出在設定的電流水平下是固定的，而與至接地的任何電流泄漏無關。
發明內容
一種磁流量計，包括流量管，被布置為接收過程流體的流量；以及接近流量管的線圈，所述線圈被布置為向過程流體施加磁場。感測電極被布置為響應于所施加的磁場來感測流量管中的電壓電勢。所感測的電壓表示經過流量管的過程流體的流率。診斷電路提供與線圈和電接地之間的電路徑有關的輸出。
圖1是雙線通信回路中的磁流量計的框圖。圖2是示出了用于磁流量計的橋式脈沖控制電流驅動器的示意圖。圖3A是示出了在一個配置中耦合至線圈的驅動電路的簡化圖。圖;3B是示出了在第二配置中耦合至線圈的驅動電路的簡化圖。圖4是示出了至接地電阻的線圈的測量的簡化圖。圖5是示出了本發明的示例步驟的簡化框圖。
具體實施例方式在圖1中，磁流量計系統2連接至承載電流I的雙線通信4_20mA回路以及AC電源線(未示出)。流量管4承載流體流量。變送器9向與流量管4相鄰的線圈沈提供線圈驅動電流l·，線圈26在流體中產生磁場。電極6、8沿著垂直于流體中磁場的線安裝在流量管4中，用于感測由流體流動而引起的EMF。變送器9感測電極6、8之間的EMF，并控制對感測到的EMF加以表示的DC輸出電流I，其中感測到的EMF與流體流量成比例。變送器9 在4-20mA電流回路上向遠程接收站11發送電流I。變送器9還可以使用HART數字協議、 Fieldbus協議、無線協議或其他技術以數字形式發送流量輸出。圖2示出了變送器9中的驅動器電路10。磁流量計系統2的H橋式流量管驅動器 10向負載(線圈)沈產生交流驅動電流Ip在H橋式驅動器10中，電源12對晶體管橋式電路14供電。在橋式電路14中，控制電路28和30連接至場效應晶體管(FET) 16,FET 18、 FET 20和FET 22的柵極，以將這些FET成對地接通，從而向負載沈提供交流電流。來自電源12的線連接至FET 16和18的漏極端子，并且連接至FET 20和22的源極端子。FET 16的源極端子和FET 20的漏極端子連接至負載沈的一側。控制電路觀和30將輸入的高 (HIGH)邏輯電平和低(LOW)邏輯電平轉換成期望的電壓偏置電平，所述期望的電壓偏置電平與晶體管16、18、20、22的柵極兼容，以在接通和關斷狀態之間切換。微處理器40根據感測到的電流，在期望的工作頻率(典型地，37. 5Hz)下產生控制輸出a和a’。輸出a和a’分別向電路觀和30提供邏輯電平。微處理器40連接至存儲器 44、時鐘46、操作者輸入/輸出(I/O)電路48和回路I/O電路49。存儲器44包含用于對微處理器40的操作加以控制的編程指令。微處理器40以由時鐘46確定的速度來工作，并且通過輸入/輸出電路48來接收操作者命令輸入。輸入/輸出電路49用于在4-20mA電流回路上提供輸出連接。作為回路連接的備選方案或附加方案，I/O電路49可以用于無線
ififn。在一個實施例中，電源12是開關電源。如下所述，橋式電路14周期性地將電源12 交變或換向地通過負載26。在第一交變(alternation)或狀態期間，信號a變為高，a’變為低。控制電路將信號b驅動為高，而將信號b’驅動為低，從而使晶體管16和22導通，而晶體管18和20截止，進而沿著箭頭所示的方向提供電流l·。類似地，在第二交變或狀態期間，信號a變為低， 而信號a’變為高。控制電路觀和30將信號b驅動為低，而將信號b’驅動為高，從而使晶體管18和20導通，而晶體管16和22截止，進而沿著與箭頭所示方向相反的方向提供電流 Ilo在正常操作期間，這種交變是在37. 5Hz下進行的，在一些情況下是在6Hz下進行的。然而也可以使用其他頻率。來自電源12的電流Is通過感測電阻器I^sense 52流向返回路徑50。電阻器52還連接至信號接地討。模數轉換器58連接至感測電阻器52，并向微處理器40提供對流經負載(線圈)26的電流加以表示的輸出。A/D電路58的輸出表示流經感測電阻器52的電流 Is的大小。微處理器40如下所述監控電流Is的大小。圖3A和;3B是示出了正常操作期間場效應晶體管16-22的狀態的簡化圖。晶體管 16-22被示為開關。在圖3A中，場效應晶體管16和22處于閉合狀態，而場效應晶體管18 和20處于斷開狀態。這允許來自電源12的電流沿著所指示的方向流經線圈沈。相反，在圖3B中場效應晶體管16和22處于斷開位置，而晶體管18和20處于閉合位置。這允許來自電源12的電流沿著所指示的方向流動。還示出了與過程接地相對應的電接地61。在典型的流量管中，線圈沈與電接地之間的電阻實質上是無限的。然而，即使形成了至接地的高電阻性路徑，所產生的流量測量也將是不精確的。本發明提供了一種對線圈26與電接地61之間的泄漏電阻進行測量的技術。這可以用于向操作者提供警報以及提供流量管需要維護的指示。電阻還用于計算丟失的電流驅動信號的百分比和/或可以用于對電路泄漏所引起的誤差加以校正。圖4是示出了本發明配置的一個示例的簡化電學示意圖，其中，微處理器40和模數轉換器58被配置為起到診斷電路的作用，以測量線圈沈與電接地61之間的接地路徑電阻70。如圖4所示，場效應晶體管16閉合。這為來自電源12的電流提供了至線圈沈的電路徑。然而，在該配置中，場效應晶體管18、20和22是斷開的。因此，模數轉換器58所測量的流經感測電阻器52的任何電流都與流經接地路徑電阻70的電流有關。可以根據R = V/I來計算接地路徑的電阻70，其中R是接地路徑電阻，V是線圈沈兩端的電壓，I是通過線圈沈的電流。在另一示例配置中，場效應晶體管16和18都處于閉合狀態，而晶體管20 和22是斷開的。在另一示例配置中，僅場效應晶體管18處于閉合狀態。通過經驗測試，可以確定如果電阻70是IOOkQ或更小，則流量測量的精度不受到顯著影響(即，小于0. 01%)o可以通過將線圈電阻與線圈至接地電阻70并聯，并解出驅動電流中不會經過線圈沈從而在移動流體中產生電場的百分比，來計算出信號損失。例如， 可以假定10Ω的典型線圈電阻。這得到了表1:電阻
實際值測量值信號損失無窮大/開路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%
權利要求
1.一種磁流量計，包括流量管，被布置為接收過程流體的流量； 與流量管接近的線圈，所述線圈被布置為向過程流體施加磁場； 感測電極，被布置為響應于所施加的磁場來感測流量管中的電壓電勢，所述電壓電勢指示經過流量管的過程流體的流率；以及診斷電路，具有對線圈與電接地之間的電路徑加以指示的輸出。
2.根據權利要求1所述的設備，包括電流源，被布置為向線圈提供電流。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，電流源包括H電橋。
4.根據權利要求3所述的設備，其中，診斷電路控制H電橋的開關的操作。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，診斷電路將來自線圈的電流返回路徑中電連接斷開。
6.根據權利要求4所述的設備，其中，診斷電路閉合電流源與線圈之間的電連接。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，診斷電路響應于接收到的指令。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，診斷電路周期性地測量線圈與接地之間的電阻。
9.根據權利要求1所述的設備，其中，診斷電路在施加到線圈的驅動信號的半周期期間，測量線圈與接地之間的電阻。
10.根據權利要求1所述的設備，其中，診斷電路測量通過感測電阻的電流。
11.根據權利要求1所述的設備，其中，診斷電路比較與線圈和接地之間的電阻有關的測量值，并將所述測量值與閾值相比較。
12.根據權利要求1所述的設備，其中，診斷電路基于線圈和電接地之間的電阻來補償流量測量。
13.根據權利要求1所述的設備，其中，來自診斷電路的輸出耦合至雙線過程控制回路。
14.一種用于測量磁流量計的線圈與電接地之間的電阻的方法，包括 向與流體流量接近的線圈施加交流電流；感測過程流體中的電壓，并響應于此來確定流體流量；根據以下步驟來測量線圈至接地電阻在線圈與電流源之間提供電路徑；斷開線圈的電流返回路徑；以及測量流經線圈的對流至電接地的電流加以指示的電流。
15.根據權利要求14所述的方法，包括提供H電橋，以產生交流電流。
16.根據權利要求14所述的方法，包括控制H電橋的開關的操作。
17.根據權利要求14所述的方法，其中，測量是響應于命令的。
18.根據權利要求14所述的方法，其中，測量發生在施加到線圈的交流電流的半周期期間。
19.根據權利要求14所述的方法，其中，測量包括測量通過感測電阻的電流。
20.根據權利要求14所述的方法，包括將跟線圈和接地之間的電阻有關的測量值與閾值相比較。
21.根據權利要求14所述的方法，基于所測量的電流來補償流量測量。
22.根據權利要求14所述的方法，包括在雙向過程控制回路上提供與所測量的電流有關的輸出。
全文摘要
一種磁流量計(2)，包括流量管(4)，被布置為接收過程流體的流量；以及流量管接近的線圈(26)，所述線圈(26)被布置為向過程流體施加電場。感測電極(68)被布置為響應于所施加的電場來感測流量管中的電壓電勢。所感測的電壓表示經過流量管的過程流體的流率。診斷電路(40)提供與線圈和電接地之間的電路徑有關的輸出。
文檔編號G01F1/60GK102341680SQ201080010275
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月1日 優先權日2009年3月5日
發明者斯科特·R·弗斯, 羅伯特·K·舒爾茲 申請人:羅斯蒙德公司