专利名称：电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及流量计，更具体地涉及一种能够测量在诸如管子或槽(trough)之类的导管中流动的高温、腐蚀性、导电流体的流量的电磁流量计。
背景技术：
测量导管中的材料的流率是许多工业过程中的一项重要活动。本文公开的发明是金属铸造行业内的工作结果。在该行业中，各公司使用熔化的镁、铝、其它金属和金属合金来铸造零件。各公司很久以来就在寻求一种可靠的流量计，使得他们了解将多少材料和以何速率充填模具。众所周知，如果不能测量某物，则无法管理它。测量允许例如通过以不同充填速率进行实验并查看哪一种充填速率引起较好的铸造来闭合质量控制环。除非管理者可以测量系统中的材料流率，否则不可能进行这种管理。在高腐蚀性或处于高温的熔融金属的情形中，还没有很好的流量计。以前，试图测量管道中的熔融金属的流量的技术人员会使用线状环形感应流量计或电磁流量计，其中电极需要与移动的材料接触。此类电极将需要与导管或管子绝缘，这提出了材料选择和可制造性的问题，同时需要电极自身能够经受和耐受与流动材料的长期接触。所需的是一种不要求测量装置与被测材料之间的物理接触的流量计。本发明解决了这些需求。存在其它流量计。一些流量计使用叶轮并对叶轮的速度或转数进行计量，但这种系统在金属熔化或淤塞叶轮的情况下不起作用。还存在基于声纳的系统，但这种系统对于将腐蚀转换器的材料不会工作。存在多普勒流量计，但这种流量计仅在流中存在杂质的情况下才会工作。—种电磁流量计基于法拉第定律操作。对于电磁流量计而言，需要导电流体和发射磁力的物体。磁力驱使流中的带电粒子分离成带正电荷的粒子和带负电荷的粒子。导管中的导电流体流经磁场将感生出电流。因此通过下式给出由于导电液体以速率V移动而在磁场B中产生的感应电压ε:ε = B I V ，其中I是电磁流量计中的电极之间的距离。在一种典型的电磁流量计中，导管在测量管的任一侧装配有励磁线圈。两个电极与励磁线圈成直角装配在测量管中。非极性绝缘套常常装配在测量管中，以避免电荷传送到输送流体的金属管。励磁线圈施加垂直于流动方向横过测量管的磁力。在静止时，导电流体中带正电荷和带负电荷的粒子遍及流体均勻地分布。当流体开始移动通过测量管时，带正电荷和带负电荷的粒子被分离出来并靠近电极之一。形成了通过两个电极检测和测量的电压。该电压与速率成正比，并且连同已知的测量管直径一起，可以计算出流率。为了消除干扰电压，励磁线圈的极性以规则间隔交替。在一些情形中，以其它方式处理所收集的数据以消除信号噪声。传统电磁流量计存在许多问题，包括励磁线圈的成本、用于替代线圈的设备、有时采用的励磁机、用于从所收集的数据清除“噪声”的设备。还存在与某物将由于所采用的部件而破裂的概率增加相关的可靠性问题。技术人员可以在许多已发布的专利中发现该流量测量方法的方面。发明人了解到流量计领域中的以下专利和公报:1.专利号 6505517、7343817、6505517、5544532、6611770、7503227、5578763、5551306、6865956、7421908、7509852、7654318、7124645，和2.专利公报 2002/0189337、2008/0296208、2005/0109120、2002/0190444。
发明内容
本发明的核心在于发现:由于可以通过监测导电流体感生的电流所产生的磁力线的变形来推导该导电流体的流率，因此不需要测量感应电流。由于发明人不是测量感应电流而是测量该电流的作用，因此发明人不需要电极与导电流体直接接触。本发明通过测量导体在磁场内的移动所产生的该磁场中的变形量而工作。其作用与某些电动机和发电机中所谓的“电枢反应”相似。相反，发明人需要具备磁力线的发射器和能够测量这些磁力线的变形的传感器。然后，发明人将传感器夹置在适于运送导电流体的导管与磁力线的发射器之间。在导电流体正在导管中流动的情况下，该流动感生出电流，该电流使磁力线变形并且传感器读取该变形。读取精度取决于保持传感器尽可能接近导电流体并提供充分的磁力以使得传感器可以从操作环境中的其它磁力源识别出磁体的磁力。流量计位于管子的外侧。经过管子的材料可以具有任何腐蚀水平，并且它不会影响流量计。在优选实施例中，发明人使用直径为六英寸以下的导管(例如管子)、两个稀土磁体(导管的每侧各一个 )、和装配有两个霍尔效应传感器的电路板。带有传感器的电路板安装成接近导管使得传感器不会被热毁损。电路板安装有平行于导管轴线的传感器。通过安装散热片和/或冷却风扇的组合，并且将传感器包装在微多孔绝缘体中，可以将传感器温度保持在操作容限内。导管典型地是一种管子。该管子典型地由适合于将导电流体置于管子中的基本非磁性的材料制成。除非导电流体的温度成问题，否则将使用300系列不锈钢管。在导电流体为熔融铝的情况下，管子需要由陶瓷构成以经受熔融铝的温度和腐蚀性质。在要在高压力(例如700p.s.1)下泵送流体的情况下，管子应该由钽构成。在优选实施例中，导管的直径为六英寸以下，这是因为发明人发现，如果超过该直径，则导管远侧的磁体对通过霍尔效应传感器所监测到的变形的质量贡献很小。发明人使用线性霍尔效应传感器。发明人选择设置两个霍尔效应传感器以提高监测的精度。在优选实施例中，来自电路板上的前后霍尔效应传感器的数据允许发明人更好地计算任何感应电流所引起的变形。当安置就位时，相对于霍尔效应传感器和导管沿导管的轴线调节条形磁体，使得当导电流体静止时通过前、后传感器监测到的变形的差别为零。换言之，发明人试图将磁体定位成使得(通过霍尔传感器α监测到的变形)-(通过霍尔传感器β监测到的变形)=0。发明人典型地需要使磁体向前或向后移动小于1/8英寸以实现零位置。在此为范例:霍尔传感器α霍尔传感器β
权利要求
1.一种流量计，包括: 磁体， 基本非磁性的导管，所述导管适于输送在所述导管中流动的导电流体，所述导管布置成紧邻所述磁体，和 传感器，所述传感器用于感测当所述流体在所述导管中流动时由所述磁体产生的磁力线的变形。
2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述导管未与所述磁体物理接触。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的流量计，其中，所述磁体是稀土磁体。
4.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述稀土磁体选自以下类型的稀土磁体中的任何磁体:钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，钐-钴(SmCo5)磁体，或钐-钴(SmCo17)磁体。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的流量计，其中，所述导管是选自以下材料中的任何材料的管子:300系列不锈钢，陶瓷，或钽。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的流量计，所述流量计还包括: 所述传感器是线性霍尔效应传感器。
7.根据权利要求6所述的流量计，所述流量计还包括: 所述霍尔效应传感器被固 定在所述导管与所述磁体之间， 当被使用固定装置紧邻所述导管固定时，所述磁体具有前缘和后缘， 所述霍尔效应传感器被使用第二保持装置固定，使得所述霍尔效应传感器被夹置在所述磁体的所述前缘与所述导管之间或者所述磁体的所述后缘与所述导管之间。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的流量计，所述流量计还包括: 所述导管， 使用第一附接装置紧邻所述导管固定的第一磁体，所述磁体具有朝向或离开所述导管取向的北极， 在所述导管的与所述第一磁体相反的一侧使用第二附接装置紧邻所述导管固定的第二磁体，所述第二磁体的北极沿与所述第一磁体相同的方向取向。
9.根据权利要求8所述的流量计，其中，所述流量计还包括: 电路板， 附接到所述电路板上的两个线性霍尔效应传感器， 电压调节器，所述电压调节器使用控制装置附接到所述电路板上并连线成向所述线性霍尔效应传感器提供5伏电压， 所述电路板使用保持装置紧邻所述导管被保持在所述第一磁体与所述导管之间。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的流量计，其中，所述传感器还包括第一和第二线性霍尔效应传感器。
11.根据权利要求10所述的流量计，所述流量计还包括: 所述第一和第二线性霍尔效应传感器安装在电路板上。
12.根据权利要求11所述的流量计，所述流量计还包括: 所述第一和第二线性霍尔效应传感器安装在所述电路板的相对端部上。
13.根据权利要求6所述的流量计，所述流量计还包括: 所述线性霍尔效应传感器使用控制装置与电压调节器连线成向所述线性霍尔效应传感器提供恒定5伏电压。
14.根据权利要求5所述的流量计，所述流量计还包括: 所述管子具有平整区域，所述磁体和所述传感器紧邻所述平整区域被固定，使得所述传感器能检测所述磁体和由所述磁体发射的磁力线。
15.根据权利要求6所述的流量计，所述流量计还包括: 所述线性霍尔效应传感器， 散热片， 所述线性霍尔效应传感器使用附接装置附接到所述散热片上，以保持所述线性霍尔效应传感器的温度低于150摄氏度。
16.根据权利要求6所述的流量计，所述流量计还包括: 所述线性霍尔效应传感器， 微多孔绝缘体包装件， 所述线性霍尔效应传感器被包装在所述微多孔绝缘体包装件的内部，以保持所述线性霍尔效应传感器的温度低于150摄氏度。
17.根据权利要 求6所述的流量计，所述流量计还包括: 所述线性霍尔效应传感器， 冷却风扇， 所述线性霍尔效应传感器使用附接装置与所述冷却风扇附接，以保持所述线性霍尔效应传感器的温度低于150摄氏度。
18.根据权利要求3所述的流量计，所述流量计还包括: 所述稀土磁体， 微多孔绝缘体包装件， 其中，所述稀土磁体被包装在所述微多孔绝缘体包装件中，以阻止所述稀土磁体升温至其居里温度。
19.一种用于测量由在导管中流动的导电流体产生的磁力线的变形的方法，所述方法包括: 将发射磁场的磁体布置成以紧邻所述导电流体但不与所述导电流体接触的方式与所述导管邻近； 提供传感器，所述传感器用于感测当所述流体在所述导管中流动时由所述磁体产生的磁力线的变形，以及 使所述传感器感测磁力线的所述变形。
20.一种流量计，所述流量计具有:基本非磁性的导管，所述导管适于输送在所述导管中流动的导电流体，当所述流体在所述导管中流动时在所述导管中感生出电压；磁体，所述磁体用于发射基本垂直于所述流体的流的磁力线；和传感器，所述传感器适于感测由所述电流产生的所述磁力线的变形，改进之处包括将所述传感器夹置在所述流体与所述磁体之间，所述磁体相对于所述传感器定位成使得所述传感器能感测所述磁力线的所述变形，所述传感器和所述磁体位于紧邻所述流体的位置，但所述传感器和所述磁体二者都不必与所述流体物理接触。
全文摘要
本发明涉及一种流量计，该流量计包括磁体；基本非磁性的导管，该导管适于输送在所述导管中流动的导电流体，所述导管布置成紧邻所述磁体；和传感器，所述传感器用于感测当所述流体在所述导管中流动时由所述磁体产生的磁力线的变形。所述磁体和所述传感器两者都无需与运送导电流体的导管物理接触。
文档编号G01F1/58GK103140742SQ201180047937
公开日2013年6月5日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者李·古文斯 申请人:李·古文斯