带有接合PTFE电极的磁流量计制造技术

一种磁流量计包括具有不导电PTFE内衬的管道、产生磁场的磁线圈以及在所述管道相对侧上与流体接触的电极。所述电极包括接合至所述不导电PTFE内衬的导电PTFE贴片电极，使得每一个贴片电极的内端都暴露于流经所述管道内部的流体，并且每一个贴片电极的外端都与所述管道中的电极孔对齐。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及流体处理，并且具体地涉及过程流量测量和控制。更具体地，本专利技术涉及磁流量计。
技术介绍
磁流量计(或者磁流量表)通过法拉第感应(电磁效应)测量流量。所述磁流量表给线圈通电以便在管道部分两端产生磁场，并且所述磁场在所述过程流量两端感应出电动势(EMF)。流速与感应出的EMF成正比，并且体积流量(flow rate)与流速(flow velocity)和流动面积成正比。通常，电磁流量测量技术适用于水基流体、离子溶液和其他导电液体流量。具体的用途包括水处理设施、高纯度医药制造、卫生食品和饮料生产以及包括有害和腐蚀性过程流量的化学处理。磁流量计还用于包括利用磨蚀和腐蚀性泥浆的液压破碎技术(hydraulic fracturing technique)的碳氢化合物燃料行业，以及其他的碳氢化合物提取和处理方法。磁流量计在由于相关联的压力降(例如孔板或者文氏管的两端)而使得在基于压差的技术不受欢迎的应用中提供快速、精确的流量测量。当将机械元件(诸如涡轮转子、涡流元件或者皮托管)引入所述过程流量是困难的或者不切实际的时，也可以采用磁流量计。当所述流体移动通过由所述流量计产生的磁场时，磁流量计通过测量沿垂直于流体流动的方向在所述流体两端产生的电压来确定流经导管或者管道的导电流体的流量。在与流体接触并且位于管道的相对两侧上的两个电极之间测量电压。所述管壁必须是不导电的或者(如果是导电的)具有不导电内衬，以防止在所述流体流量两端产生的电压短路。如果所述管壁是导电的，那么两个电极也必须与所述管壁电绝缘并且必须穿透所述不导电内衬以精确地测量所产生的电压。所述磁流量计需要电极把电压从过程流体携带至变送器。用户所需的与电极有关的一些关键属性是低剖面(低噪声)、低成本、材料兼容性、抗涂覆(不粘附)以及宽的压力和温度性能范围。磁流量计在石油和天然气工业中的应用呈现挑战，因为所述磁流量计内衬和电极会暴露在高压下。特别是具有聚四氟乙烯(PTFE)内衬的情况，因为PTFE趋于“冷流”(cold flow)，因而PTFE内衬在压力和温度下膨胀和收缩。结果是PTFE内衬和电极会分离，并且过程流体会找到损害电极的泄漏路径。
技术实现思路
磁流量计包括在管道内表面上具有不导电PTFE内衬的管道。将导电的PTFE贴片电极(patch electrode)接合至不导电的PTFE内衬，使得每一个电极的内端都暴露在所述管道的内部并且每一个电极的外端都与所述管道中的电极孔对齐。内衬和电极组件包括接合至不导电PTFE内衬的第一和第二导电贴片电极。所述贴片电极的内端匹配所述内衬的内表面轮廓。附图说明图1是磁流量计的方框图。图2是具有导电PTFE贴片电极的PTFE内衬的透视图。图3是图2的PTFE内衬和导电PTFE贴片电极的透视图。图4是示出了PTFE内衬和导电PTFE贴片电极的截面图，在所述贴片电极中具有模制螺纹插入件。图5是PTFE内衬和导电PTFE贴片电极的截面图，在所述贴片电极中具有模制的柔性电路带。图6A和6B示出了PTFE内衬和导电的PTFE贴片电极，具有与贴片电极接触的弹簧加载电极延伸部。具体实施方式图1示出了磁流量计10，包括主要部分(或者流量管)10A和次要部分(或者变送器)10B。流量管10A包括管道12、绝缘内衬14、电极16A和16B以及场线圈18A和18B。所述流量管10A的主要功能是产生与待测流体的速度成正比的电压。通过使电流通过场线圈18A和18B来给它们通电以形成磁场。周期性地反转所述线圈驱动电流的方向，使得由场线圈18A和18B产生的磁场改变方向。流经流量管10A内部的过程流体用作移动导体，所述移动导体在流体中感应出电压。流量管10A内部齐平安装(flush mounted)的电极16A、16B与所述导电的过程流体电接触，从而获得在所述流体中出现的电压。为了防止所述电压被短路，必须将所述流体包含在电绝缘材料中。当管道12是金属管时，由内衬14提供绝缘，所述内衬是不导电的材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE)。变送器10B解释(interpret)在电极16A和16B处产生的电压，并且将标准化信号发送至监测或者控制系统。变送器10B包括信号处理器20、数字处理器22、线圈驱动器24和通信接口26。信号转换、调节和传输是变送器10B的主要功能。线圈驱动器24给线圈18A和18B供应线圈驱动电流(可以是交流或者脉冲直流)。所述驱动电流给线圈18A和18B通电。所述驱动电流给线圈18A和18B通电以在所述过程流量两端产生磁场。所述磁场感应出可以由电极16A和16B感测的EMF。通过流量管10A的流体流速与所述EMF成正比。信号处理器20连接至电极16A和16B并且接地。接地连接可以是连接至管道12或者可以连接至管道12的凸缘或者管道部分上游或下游。信号处理器20监测电极16A处的电势VA和电极16B处的电势VB。信号处理器20产生对电极16A和16B之间电势差加以表示的电压，并且将该电压转换对所述电极电压加以表示的数字信号。数字处理器22可以对从信号处理器20接收到的数字信号执行进一步的信号处理和修饰(grooming)。数字处理器22给通信接口26提供流量测量数值，所述通信接口将该数值传送至监测或者控制系统(未示出)。通过通信接口26的通信可以为以下形式：在4至20mA之间变化的模拟电流级、通信协议(其中将数字信息调制到4-20mA电流上)、在数字总线上的现场总线或者过程现场总线通信协议、或者利用无线协议(例如诸如WirelessHART(IEC62951))在无线网络上的无线通信。由于其耐用性和卓越的耐化学侵蚀性，聚四氟乙烯(PTFE)是用于磁流量计中内衬的常见材料选择。当挑战使用PTFE内衬用于磁流量计时，存在所述内衬相对于电极移位的可能，会导致过程流体在所述电极周围泄漏或者导致电极对所述导电管壁的短路。这些问题对于磁流量计的高压应用是特别具有挑战性的，诸如在石油和天然气工业中所需的应用。PTFE在压力和温度下膨胀和收缩，并且所述PTFE内衬相对于电极组件的位移会是有问题的。本专利技术提供了一种通过使用接合至不导电PTFE内衬的导电PTFE贴片电极的解决方法。所述PTFE贴片电极用碳颗粒(石墨)掺杂，使得所述PTFE贴片电极具有小于30K欧姆的电阻。可以对所述导电P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁流量计，包括：管道；与所述管道的外表面相邻定位的磁线圈；在所述管道的内表面上的不导电聚四氟乙烯PTFE内衬；以及接合至所述不导电PTFE内衬的导电PTFE贴片电极，使得所述贴片电极的内端暴露在所述管道的内部并且所述贴片电极的外端与所述管道中的电极孔对齐。

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/826,7931.一种磁流量计，包括：
管道；
与所述管道的外表面相邻定位的磁线圈；
在所述管道的内表面上的不导电聚四氟乙烯PTFE内衬；以及
接合至所述不导电PTFE内衬的导电PTFE贴片电极，使得所述贴
片电极的内端暴露在所述管道的内部并且所述贴片电极的外端与所述管
道中的电极孔对齐。
2.根据权利要求1所述的磁流量计，其中所述PTFE贴片电极包括
在所述外端处的模制螺纹插入件。
3.根据权利要求2所述的磁流量计，还包括：
电极延伸件，所述电极延伸件延伸穿过所述电极孔并且螺纹旋进所
述模制螺纹插入件，以提供从所述贴片电极至管道外电路系统的电连接。
4.根据权利要求1所述的磁流量计，还包括：
柔性导电体，具有模制旋进所述贴片电极的第一端，并且延伸穿过
所述电极孔至第二端。
5.根据权利要求1所述的磁流量计，其中所述导电PTFE贴片电极
由PFA接合至所述不导电PTFE内衬。
6.根据权利要求1所述的磁流量计，其中所述导电PTFE贴片电极
具有小于30K欧姆的电阻。
7.根据权利要求1所述的磁流量计，其中接合至所述贴片电极外端
的PFA薄皮使所述贴片电极与所述管道电绝缘。
8.根据权利要求1所述的磁流量计，还包括：
电极延伸件，具有与所述贴片电极啮合的弹簧加载探针。
9.根据权利要求1所述的磁流量计，其中所述贴片电极具有截...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·阿兰·史密斯，斯蒂芬·理查德·英斯特，纳尔逊·毛里西奥·莫拉莱斯，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US