(57)【要約】  プロセス流体の流れを測定する磁気流量計（１２）は、開口部が形成された計器本体（４０）を含む。計器本体は、プロセス流体を搬送するプロセスパイプ間に直列に挿入されるように構成される。可動延長部（４２、４４）は、計器本体（４０）に結合されて、プロセスパイプ内に延在するように構成される。ワイヤのコイル（１２２）は、延長部によって担持されて、磁場を発生させるように構成される。一対の電極（１２４）は、印加された磁場及びプロセス流体の流れに応じて発生したプロセス流体のＥＭＦを検出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体の流れを測定する磁気流量計であって、
開口部が形成された計器本体であり、プロセス流体を搬送するプロセスパイプ間に直列に挿入されるように構成された計器本体と、
計器本体に結合されて、プロセスパイプ内に延在するように構成された可動延長部と、
可動延長部上に担持されて、プロセス流体内に導かれる磁場を発生させるように構成されたワイヤのコイルと、
印加された磁場及びプロセス流体の流れに応じて発生するプロセス流体のＥＭＦを検出するように構成された一対の電極と、を含む磁気流量計。
【請求項２】
検出されたＥＭＦに応じてプロセス流体の流量を示す出力を供給するように構成された、一対の電極に結合された測定回路を備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項３】
測定回路が、計器本体に担持される、請求項２に記載の磁気流量計。
【請求項４】
測定回路が、計器本体の外部に担持される、請求項２に記載の磁気流量計。
【請求項５】
可動延長部が、ヒンジによって計器本体に結合される、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項６】
ヒンジが、計器本体の面と平行な平坦位置からプロセスパイプ内に延在する延在位置までの可動延長部の移動を可能にする、請求項５に記載の磁気流量計。
【請求項７】
複数の可動延長部を備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項８】
一対の電極の少なくとも１つが、可動延長部上に担持される、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項９】
一対の電極の少なくとも１つが、計器本体によって担持される、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項１０】
計器本体とプロセスパイプのフランジとの間に挟み込まれるように構成された前縁リングを備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項１１】
前縁リングが、計器本体の上流に位置付けられる、請求項１０に記載の磁気流量計。
【請求項１２】
前縁リングが、可動延長部をプロセスパイプ内に延在させるように構成される、請求項１０に記載の磁気流量計。
【請求項１３】
前縁リングが、金属を含み、プロセスパイプへの電気的接続を提供するように構成される、請求項１０に記載の磁気流量計。
【請求項１４】
可動延長部が、可撓性絶縁材料を含む、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項１５】
可撓性絶縁材料が、ポリマーを含む、請求項１４に記載の磁気流量計。
【請求項１６】
プロセス制御ループに結合するように構成された計器本体上に担持される電気コネクタを備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項１７】
測定回路が計器本体に外部から配置され、測定回路に結合するように構成された計器本体上に担持される電気コネクタを更に備える、請求項２に記載の磁気流量計。
【請求項１８】
外部の電源にワイヤのコイルを結合するように構成された計器本体上に担持される電気コネクタを備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項１９】
第２の可動延長部上に担持される第２のワイヤのコイルを備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項２０】
第２の可動延長部を備え、一対の電極が可動延長部上に担持される、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項２１】
可動延長部をプロセスパイプから分離する絶縁層を備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項２２】
印加される磁場の磁場強度を検出するように配置された磁場強度センサを備える、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項２３】
可動延長部が、複数の折り畳みペタルによって形成される、請求項１に記載の磁気流量計。
【請求項２４】
複数の折り畳みペタルの間に延在する絶縁層を備える、請求項２３に記載の磁気流量計。
【請求項２５】
磁気流量計をプロセスパイプに結合して、プロセス流体の流れを測定する方法であって、
プロセス流体を搬送する２つの対向するプロセス管の間に計器本体を配置することと、
２つのプロセス管の間に計器本体を取り付けて、これにより、計器本体によって担持される可動延長部をプロセスパイプ内に延在させることと、
プロセスパイプにおいて搬送されるプロセス流体に、可動延長部によって担持されるワイヤのコイルによって発生する磁場を印加することと、
磁場及びプロセス流体の流れに応じたプロセス流体における起電力を検出することと、を含む方法。
【請求項２６】
可動延長部が、ヒンジによって計器本体に結合される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
計器本体の面と平行な平坦位置からプロセスパイプ内に延在する延在位置まで可動延長部を移動させることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
計器本体とプロセスパイプとの間に前縁リングを挟み込むことを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
ワイヤのコイルによって発生する磁場強度を測定することと、測定された磁性流体強度に基づいて流れの測定値を補正することと、を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
可動延長部が、可撓性である、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、産業プロセスプラントにおけるプロセス流体の流れを検出する磁気流量計に関する。
【０００２】
背景
典型的な従来技術の磁気流量計は、電磁石及び電極を越えてプロセス流体を搬送する電気的に絶縁された流管を利用する。電極は、流管に担持されて、流れる液体と電気的に接触する。電極は、流体で磁気的に誘起された起電力（ＥＭＦ）を検出する。検出されたＥＭＦは、ファラデーの電磁誘導の法則によれば、印加された磁場及び流量と比例する。
【０００３】
流管は、「溶接部」と称される場合があるフランジ形を有した大きな円筒体に典型的に担持される。流管がプロセスパイプと直列に並べられ、プロセス流体の流れが流管を通過して流れるように、溶接部のフランジ形は、プロセスパイプ上に担持される類似したフランジにボルト留めされる。溶接部は製造に費用がかかり、かなりの量の空間がプロセスパイプの２つの対向端の間に設けられることを必要とする。
【０００４】
概要
プロセス流体の流れを測定する磁気流量計は、開口部が形成された計器本体を含む。計器本体は、プロセス流体を搬送するプロセスパイプ間に直列に挿入されるように構成される。可動延長部は、計器本体に結合されて、プロセスパイプ内に延在するように構成される。ワイヤのコイルは、延長部によって担持されて、磁場を発生させるように構成される。一対の電極は、印加された磁場及びプロセス流体の流れに応じて発生したプロセス流体のＥＭＦを検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】磁気流量計及びプロセスパイプを示した分解図を含む産業プロセスの図である。
【図１Ｂ】磁気流量計及びプロセスパイプを示した分解図を含む産業プロセスの図である。
【図２】図１Ａの磁気流量計及び取付リングの分解斜視図である。
【図３】取付リング及び磁気流量計の側面図である。
【図４】磁気流量計に組み立てられた取付リングの正面斜視図である。
【図５】磁気流量計に組み立てられた取付リングの背面斜視図である。
【図６】プロセスパイプに取り付けられた磁気流量計を示した部分分解図である。
【図７】プロセスパイプに取り付けられた磁気流量計及び取付リングを示した斜視図である。
【図８】対向するプロセス管の間に取り付けられた磁気流量計及び取付リングを示した側面図である。
【図９】磁気流量計の簡略ブロック図である。
【０００６】
発明の詳細な説明
様々な態様において、本発明は、薄い、ディスク又はウェーハ状の構成を磁気流量計本体に提供する。流量計本体は、プロセスパイプの対向端の間に取り付けられほとんど隙間を必要としないように、一般的にディスク状に構成され得る。流量計本体は、少なくとも１つのヒンジ付きペタル（又は延長部）を支持する。ヒンジ付きペタルは、プロセスパイプ内に開放され、プロセス流体に磁場を発生させるために使用される電気ワイヤのコイルを担持するように構成される。一対の電極が、印加された磁場及びプロセス流体の流れにより結果として生じる起電力（ＥＭＦ）を検出するために使用される。測定回路は、計器本体上、延長部上に担持され得るか、又は計器本体に外部から配置され得る。測定回路は、検出されたＥＭＦを受信して、プロセス流体の流れに関連した出力を提供する。この構成は、「溶接部」を排除して、プロセスパイプと流量計とを一列にして取り付けるために必要な空間の量を減少させる。細長い流管がプロセスパイプと直列に位置付けられる従来技術の設計とは異なり、延長部（単数又は複数）が、プロセスパイプ内に同軸に並べられ、プロセスパイプの内側に延在する。更に、磁気流量計は、容易に取り外すことができ、したがって、水及び廃水管理などの、検査又は洗浄を必要とするシステムに良く適している。
【０００７】
図１Ａ及び図１Ｂは、プロセスパイプ１４及び１６に整列された磁気流量計１２の分解図を示した産業プロセス環境１０の簡略図である。図１Ａは、電子回路が磁気流量計１２のリング状本体内に担持される構成を示す。図１Ｂは、磁気流量計１２のリング状本体に物理的に取着されても又はリング状本体から離れて間隔を置かれてもよい別途のハウジング１２Ａに少なくともいくつかの電子回路が担持される別の例示的な実施形態を示す。前縁リング１８は、流量計１２の上流側に位置付けられる。流量計１２は、プロセスパイプ１４及び１６のフランジ２０及び２２の間に固定される。例示的な一実施形態では、流量計１２は、通信リンク３２を通じて中央制御室３０などの遠隔地と通信する。中央制御室３０は、２線式産業プロセス制御ループと共に一般に使用されるタイプの抵抗３４及び電圧源３６として図示される。このような制御ループでは、流量は、電流ループ３２を流れる電流を制御することによって通信され得る。他の例示的なプロセス制御ループとしては、HART(登録商標)通信プロトコルによる制御ループなどのデジタル情報を伝えるものが挙げられる。他の例示的なデジタル通信プロトコルとしては、Foundation Fieldbus及びPROFIBUSが挙げられる。更に、ループ３２は、データがＲＦ通信技術を使用して通信される無線通信リンクを含んでもよい。１つの例示的な無線通信リンクは、無線HART(登録商標)通信プロトコルによる。
【０００８】
図２は、磁気流量計１２及び前縁リング１８の一実施形態の正面斜視図であり、図３は、その側面図である。図２及び図３では、流量計１２は、流量計延長部４２、４４が流量計１２の外側取付リング又は金属本体４０を有する面に整列されたその折り畳み位置で示される。電気コネクタ６４は、例えば図１Ｂに示されるハウジング１２Ａにおいて担持されるループ３２又は外部計測回路に結合するために提供される。前縁リング１８は、外側グランドリング４６及び延長部作動リング４８を有する。グランドリング４６は、外側取付リング４０上に担持された電気グランドパッド４９に電気的に接触する。延長部４２は、電気コイル１２２を担持し、延長部４４は、電極１２４を担持する。
【０００９】
図４及び図５は、それぞれ、磁気流量計１２に対して位置付けられた前縁リング１８の正面斜視図及び背面斜視図である。図４及び図５に図示されるように、延長部作動リング４８は、延長部４２、４４が磁気流量計１２の後縁（又は下流縁）方向に延在する開放位置に、延長部４２、４４を押し込む。延長部４２、４４は、それぞれ、ヒンジ領域５０、５２で外側取付リング４０に結合する。これらは、例えば、一体成形（又は「一体」）ヒンジなどを含むことができる。好ましくは、例示的な一実施形態では、流量計１２は、非導電可撓性材料から作製され、外側取付リング４０及び延長部４２、４４を有する単片として形成されてもよい。前縁リング１８は、金属から作製され得、開放位置で延長部４２、４４を保持するように構成される。グランドリング４６は、プロセスパイプ１４又はフランジ２０に電気的に結合する。プロセス流体の流れが外側取付リング４０を通過して延長部４２、４４を越えて移動する際に、前縁リング１８は滑らかな移行を提供するために内張プロテクタとして働く。好ましくは、延長部４２、４４は、管１６の内径と同一面上にありかつ管１６の内部輪郭に一致するように曲がるように延在する。これにより、パイプ１６を通過するプロセス流体の流れへの抗力が低減し、流れに誘起される乱流の量が低減する。
【００１０】
図４及び図５はまた、開放延長部４２、４４によって形成される外周に位置付けられた絶縁層６０を図示する。絶縁層６０は、プロセス流体とプロセスパイプ１６の導電内壁との間に絶縁体の層を提供する。これにより、プロセス流体及び印加された磁場の移動による起電力（ＥＭＦ）をプロセス流体内で発生させることができる。このような絶縁体のない、電極１２４の領域におけるプロセス流体は、発生したＥＭＦを結果として電気的に短絡させるグランドに電気的に接続され得る。延長部４２、４４が図４及び図５に示される開位置に移動する際に絶縁層６０が延長部４２、４４によって形成される外周に伸ばされるように、絶縁層６０は、薄いゴム又は他の可撓性絶縁材料で形成され得る。図５はまた、図９に関連して以下でより詳細に説明される磁気流量計回路１４０を図示する。回路１４０は、外側取付リング４０内に覆い成形され得る。電力を回路１４０に提供するために使用することができ及び／又は、例えば測定された流量に関する情報の、通信のために使用することができる電気的接続６４がまた示される。接点６４は、回路１４０に電気的に接続され、例えば、図１に示されるプロセス制御ループ３２に結合することができる。接点６４は、プラグ、ネジ式コネクタポストなどとして構成されてもよい。いくつかの構成では、コネクタ６４は、保護ハウジング（図示せず）内に封入される。更に、図５は、例えば以下でより詳細に説明されるように、印加された磁場の強度を測定するために使用され得る測定回路１４０に結合した、ホール効果センサなどの、任意の磁場強度センサ６８を示す。ホール効果センサが具体的に述べられるが、任意の適切なセンサが印加された磁場の磁場強度を検出するために使用されてもよい。いくつかの構成では、コイル１２２によって印加された磁場を強化するために磁気帰還路（図示せず）を含むことが有益であり得る。例えば、延長部４２は、このような帰還路を提供するために磁気シールドを担持してもよい。
【００１１】
例示的な一実施形態では、磁気流量計１２は、例えばゴム、ポリウレタン、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマゴム）などの、絶縁エラストマ材料の単片として作製される。コイル１２２及び電極１２４は、流量計１２の作製の間に覆い成形プロセスによって取り付けられ得る。コイル１２２は、流量計１２の延長部４２内に完全に封止され得る。しかしながら、電極１２４は、延長部４４から露出しなければならず、これにより電極１２４は、任意のプロセス流体と電気的に接触する。例えば、電極１２４は、覆い成形により延在する隆起部分を有することができ、これにより電極１２４は、プロセス流体と電気的に接触する。別の例では、電極１２４は、延長部の外表面上に位置付けられる導電パッチで形成される。コイル１２２及び電極１２４を形成するために使用される回路は、可撓性回路であり、プロセスパイプ１６の内部輪郭に合致するために延長部が開放及び湾曲する際に、回路は曲がることができる。材料が可撓性回路上に成形されるように、射出成形技術が使用され得る。
【００１２】
図６及び図７は、管１６のフランジ２２上への磁気流量計１２の配置を示した斜視図である。図６では、磁気流量計１２は、フランジ２２に配置され、前縁リング１８は、それと整列される。図７では、延長部４２、４４が管１６の内部に開放するように、前縁リング１８は延長部４２、４４に対して圧接される。したがって、延長部４２及び４４は、管１６よりも多少小さい、管１６と同軸で延在する開放位置の直径を有する。閉鎖位置において、流量計１２の側面輪郭は比較的薄く、ごく僅かな間隔で対向する管フランジ間への流量計１２の挿入を可能にする。例えば、４インチ径の磁気流量計のために、管フランジ２０と２２との間の僅か約０．７５インチの離隔距離が必要となる。
【００１３】
図８は、それぞれのフランジ２０及び２２の間に流量計１２を固定する管１４及び１６を示した側面図である。この構成では、流量計１２は、図２に示されるグランドリング４６及び電気的接点４８との電気的接続を介してプロセスパイプ１４、１６と電気的に接触する。上述したように、接点４８は、外側取付リング４０によって担持され、前縁リング１８に接触しそれによりプロセスパイプ１４によって提供される電気的グランドへの電気的接続を提供するように構成された露出した外表面を有する。
【００１４】
図９において、ブロック図は、導電性のプロセス流体の流れを測定する流量計回路１４０の一実施形態を示す。コイル１２２は、コイルドライバ１３０から与えられる駆動電流に応じて流体の流れに磁場を印加するように構成される。ＥＭＦセンサ（電極）１２４は、流体の流れに電気的に結合し、印加された磁場及び流体速度により流体の流れに発生したＥＭＦに関連する増幅器１３２にＥＭＦ信号出力１３４を提供する。アナログデジタル変換器１４２は、デジタル化されたＥＭＦ信号をマイクロプロセッサシステム１４８に供給する。マイクロプロセッサシステム１４８は、ＥＭＦ出力１３４に結合して、流体速度に関連した出力１６０を提供する。
【００１５】
マイクロプロセッサシステム１４８は、ファラデーの法則に説明されるようなＥＭＦ出力１３４と流速との間の関係に従って、以下のように、プロセスパイプ１６を通過する流体速度を計算する。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
式中、ＥはＥＭＦ出力１３４であり、Ｖは流体の速度であり、Ｄは２つの延長部４４間の直径であり、Ｂは流体における磁場の強度である。Ｋは、比例定数である。出力回路１５８は、コネクタ６４に接続されたループ３２での送信のための出力１６０を生成する。コネクタ６４は、回路１４０に電力を供給するためにループ３２及び／又は電力源に結合してもよい。
【００１８】
任意のホール効果センサ６８が、コイル１２２によって印加された磁場の強度を測定するために使用され得る。印加される磁場の強度を、設置状態の可変性に基づいて変化させることができる。例えば、様々なタイプ又はサイズのプロセスパイプ１４、１６が、磁場に変更を加えることができる。磁場のこのような変化はまた、結果として測定されるＥＭＦの変化となる。このような変化に合わせて調整するために、ホール効果センサは、増幅器１６８及びアナログデジタル変換器１６４を介して磁場を測定するために使用され得る。測定された磁場に基づいて、数式１の変数Ｂの修正値が、正確な流れの測定値を得るために利用され得る。
【００１９】
本発明が好ましい実施形態を参照にして説明されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形式及び細部で変更が可能であることを当業者は認識するであろう。図９に示される回路は、検出されたＥＭＦに基づいてプロセス流体の流れを測定する測定回路の一例を提供する。回路は、外側取付リング４０、延長部４２、４４上に若しくは内に埋め込まれるか若しくは取り付けられ得るか、又は外側取付リング４０に外部から配置される送信器などのハウジングなどに位置付けられ得る。例えば、図１Ｂに示されるハウジング１２Ａは、流量送信器として構成され得る。外側取付リング４０は、本明細書で使用されるような計器本体の例示的な一実施形態である。本明細書で使用されるとき、用語「ヒンジ」は、２つの部品間の相対的な角度の動きを可能にし得る任意の要素又は部品を意味する。ヒンジは、要素が部品間で摺動するか又は可撓性要素によって形成され得る機械部品であり得る。４つの延長部が図に図示されるが、任意の数の延長部が必要に応じて利用され得る。電極が延長部上に担持されて示されるが、他の構成では、電極は外側取付リング４０上に取り付けられ得る。可撓性絶縁材料の具体例が本明細書において説明されるが、電気絶縁特性を提供する任意のタイプのポリマー材料を含む任意の適切な材料が使用されてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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