專利名稱：流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種科里奧利流量計(jì)的儀表電子器件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有信號(hào)調(diào)節(jié)器的儀表電子器件，所述調(diào)節(jié)器遠(yuǎn)離主系統(tǒng)并且是內(nèi)在安全(intrinsically safe)的。再更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有信號(hào)調(diào)節(jié)器的儀表電子器件，所述調(diào)節(jié)器允許用傳統(tǒng)的2線或者4線電纜來給科里奧利流量計(jì)供電。
背景技術(shù)：
正如1985年1月1日授予給J.E.Smith等人的專利US4491025和1982年2月11日授予給J.E.Smith的專利Re31450所公開的，使用科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)來測(cè)量質(zhì)量流量和測(cè)量與流經(jīng)管道的材料相關(guān)的其它信息是已知的。這些流量計(jì)有一個(gè)或多個(gè)彎曲的或直線造型的流管。在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中的每一流管造型具有一組自然振動(dòng)模式，其可以是簡(jiǎn)單彎曲的、扭曲的、徑向的或耦合的類型。在這些自然模式之一下，驅(qū)動(dòng)每一個(gè)流管以產(chǎn)生共振。通過流管和流管內(nèi)材料的綜合質(zhì)量部分地確定振動(dòng)的材料填充系統(tǒng)的振動(dòng)模式。材料從流量計(jì)進(jìn)口側(cè)的連接管道流入流量計(jì)。接著對(duì)材料進(jìn)行導(dǎo)向，使其流過一個(gè)或者多個(gè)流管，并從流量計(jì)流出到連接在出口側(cè)的管道。
驅(qū)動(dòng)器把振動(dòng)力施加到流管。該力使流管振動(dòng)。當(dāng)沒有材料流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，沿著流管的所有點(diǎn)基本上以相同的相位振動(dòng)。當(dāng)材料開始流經(jīng)流管時(shí)，科里奧利加速度使得沿著流管的每一點(diǎn)相對(duì)于沿著流管的其它點(diǎn)具有不同的相位。在流管進(jìn)口側(cè)的相位滯后于驅(qū)動(dòng)器，而在流管出口側(cè)的相位超前于驅(qū)動(dòng)器。在流管兩個(gè)不同點(diǎn)上的傳感器產(chǎn)生表示流管在兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的正弦信號(hào)。從傳感器接收到的兩信號(hào)的相差以時(shí)間單位進(jìn)行計(jì)算。在兩傳感器信號(hào)之間的相差正比于流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)流管的材料的質(zhì)量流速。
現(xiàn)在須用9線電纜來把儀表電子器件連接到鄰近的流量計(jì)組件，這是一個(gè)問題。為了本討論的目的，儀表電子器件包括需用來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)和處理來自傳感器的信號(hào)的所有電路，以及科里奧利流量計(jì)組件包括至少一個(gè)流管、一個(gè)附著的驅(qū)動(dòng)器和需用來測(cè)量流管振動(dòng)的多個(gè)傳感器。把儀表電子器件連接到流量計(jì)組件的9線電纜包括連接儀表電子器件和驅(qū)動(dòng)器的兩根線、連接儀表電子器件和第一傳感件(pick-off)的兩根線、連接儀表電子器件和第二傳感件的兩根線以及連接儀表電子器件和溫度傳感器的三根線。
9線電纜是一種定制的電纜，其生產(chǎn)成本高，因此對(duì)于科里奧利流量計(jì)用戶來說其購(gòu)買價(jià)格是昂貴的。當(dāng)科里奧利流量計(jì)用戶希望把儀表電子器件移到遠(yuǎn)離流量計(jì)組件的控制區(qū)域時(shí)，9線電纜的花費(fèi)尤其是一個(gè)問題。9線電纜必須安裝在儀表電子器件和科里奧利流量計(jì)組件之間的全部長(zhǎng)度上。該9線電纜的花費(fèi)隨著和科里奧利流量計(jì)組件之間的距離增加而大大地增加。如果能夠用相對(duì)較便宜和易于購(gòu)買的傳統(tǒng)2線或4線電纜來把流量計(jì)組件連接到儀表電子器件，特別是位于遠(yuǎn)距離的儀表電子器件，這將是特別有益的。
在儀表電子器件設(shè)計(jì)中的另一個(gè)問題是儀表電子器件可能用在包含揮發(fā)性材料的爆炸性環(huán)境中。為了當(dāng)前討論的目的，爆炸性環(huán)境是這樣的一種系統(tǒng)該系統(tǒng)包括揮發(fā)性材料，如果火花、過熱或過能引入到該環(huán)境中，則所述材料能被點(diǎn)燃。儀表電子器件在爆炸性環(huán)境中可以安全運(yùn)行的一種方式是把儀表電子器件密封在防爆外殼內(nèi)。防爆外殼是設(shè)計(jì)用來確保來自所述外殼內(nèi)的火花或過熱不會(huì)點(diǎn)燃外殼之外的環(huán)境中的揮發(fā)性材料的這樣一種外殼。
為了防止設(shè)備爆炸，已知的方法包括封裝、加壓和使用耐火安全殼。每一個(gè)上述方法都把設(shè)備進(jìn)行密封以便防止揮發(fā)性材料接觸設(shè)備，在設(shè)備處，所述設(shè)備的熱表面或者來自設(shè)備中電路的火花都可能點(diǎn)燃材料。如果材料在包殼內(nèi)著火，則包殼中的任何裂縫或者開口必須提供足夠長(zhǎng)度的火焰路徑，以便材料從包殼內(nèi)逸出時(shí)冷卻材料。熱材料的冷卻防止了熱材料點(diǎn)燃包殼外的揮發(fā)性材料。
第二種解決方法是使儀表電子器件內(nèi)在地安全。內(nèi)在安全設(shè)備是僅具有在某一低能級(jí)下運(yùn)行的電路的設(shè)備。通過在某一能級(jí)下運(yùn)行，能夠防止火花或過熱的產(chǎn)生，并且能夠避免爆炸，即使是設(shè)備在某方式下發(fā)生故障時(shí)。設(shè)備內(nèi)在安全的能級(jí)需通過協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)來確定，例如美國(guó)的UL、歐洲的CENELEC、加拿大的CSA和日本的TIIS。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在來解決上述的和其它問題，本領(lǐng)域的進(jìn)展由儀表電子器件作出，所述儀表電子器件具有按照本發(fā)明操作的信號(hào)調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與科里奧利流量計(jì)組件連接的9線電纜可以不用9，即使是在電源遠(yuǎn)離科里奧利流量計(jì)組件的流量計(jì)中。本儀表電子器件的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是全部的儀表電子器件不必密封在防爆外殼內(nèi)。相反，使用了儀表電子器件的信號(hào)調(diào)節(jié)器，其在低于所需能量和/或功率閾值的能級(jí)運(yùn)行，所述閾值須是內(nèi)在安全的。信號(hào)調(diào)節(jié)器可以鄰近科里奧利流量計(jì)組件，如果連接信號(hào)調(diào)節(jié)器的電線在大于內(nèi)在安全閾值的級(jí)別下不傳輸能量和/或功率，則信號(hào)調(diào)節(jié)器不必密封在防爆外殼內(nèi)。
本發(fā)明的儀表電子器件排除了對(duì)傳統(tǒng)9線電纜的需要，所述9線電纜把流量計(jì)組件連接到科里奧利流量計(jì)內(nèi)的儀表電子器件上。相反，能夠用傳統(tǒng)的2線或4線電纜來把能量和/或功率從遠(yuǎn)程主系統(tǒng)供應(yīng)到信號(hào)調(diào)節(jié)器。信號(hào)調(diào)節(jié)器鄰近科里奧利流量計(jì)組件并且產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從運(yùn)動(dòng)傳感件和附著在科里奧利流量計(jì)流管上的溫度傳感器接收傳感器信號(hào)，并且處理來自傳感件的信號(hào)以產(chǎn)生流經(jīng)流管的材料的有關(guān)特性的信息。
信號(hào)調(diào)節(jié)器通過9根分開的電線連接到驅(qū)動(dòng)器和科里奧利流量計(jì)的傳感器上，所述9根分開的電線與先前用來把儀表電子器件連接到科里奧利流量計(jì)的傳統(tǒng)9線電纜是顯然不同的。在處理完傳感件信號(hào)后，信號(hào)調(diào)節(jié)器通過傳統(tǒng)4線電纜內(nèi)的兩根單獨(dú)的電線或者傳統(tǒng)2線電纜內(nèi)供應(yīng)功率的2根電線傳輸有關(guān)流動(dòng)材料特性的信息。
為了使信號(hào)調(diào)節(jié)器能夠內(nèi)在地安全，信號(hào)調(diào)節(jié)器包括主機(jī)方保護(hù)電路和流量計(jì)組件保護(hù)電路。主機(jī)方保護(hù)電路防止信號(hào)調(diào)節(jié)器把超過內(nèi)在安全閾值的能量和/或功率施加到連接信號(hào)調(diào)節(jié)器和遠(yuǎn)程主系統(tǒng)的多根電線上。內(nèi)在安全閾值是由不同機(jī)構(gòu)規(guī)定的能量和/或功率的級(jí)別，以確?；鸹ɑ螂娐返臒崃坎粫?huì)點(diǎn)燃環(huán)境中的揮發(fā)性材料。在余下的討論中，為了簡(jiǎn)潔的目的，功率應(yīng)理解為平均能量和/或功率。
主機(jī)方保護(hù)電路可以包括電源保護(hù)電路和/或信號(hào)保護(hù)電路。電源保護(hù)電路防止功率從信號(hào)調(diào)節(jié)器經(jīng)第一電線和第二電線流出，所述第一電線和第二電線從遠(yuǎn)程主系統(tǒng)向信號(hào)調(diào)節(jié)器供應(yīng)功率。信號(hào)保護(hù)電路防止信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路和遠(yuǎn)程主系統(tǒng)的多根電線上。
流量計(jì)組件保護(hù)電路防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到與流量計(jì)組件相連接的多根電線上。流量計(jì)組件保護(hù)電路包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)保護(hù)電路和傳感器信號(hào)保護(hù)電路。驅(qū)動(dòng)信號(hào)保護(hù)電路防止信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路把超過內(nèi)在閾值功率的功率施加到與驅(qū)動(dòng)器連接的電線上。傳感器信號(hào)保護(hù)電路防止信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路把功率施加到與第一傳感件相連的電線和與第二傳感件相連的線上。
遠(yuǎn)程主系統(tǒng)包括電源和第二信號(hào)處理系統(tǒng)。電源向整個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)功率。第二信號(hào)處理系統(tǒng)接收來自信號(hào)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，并且確定流經(jīng)流管的材料的特性。為了內(nèi)在地安全，主系統(tǒng)包括一屏障(barrier)，該屏障防止主系統(tǒng)把大于內(nèi)在安全閾值的功率施加到與信號(hào)調(diào)節(jié)器相連的電線上。
遠(yuǎn)程主系統(tǒng)的屏障包括電源保護(hù)電路和第二處理保護(hù)電路。電源保護(hù)電路防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到第一電線和第二電線上，所述第一電線和第二電線把功率供應(yīng)到信號(hào)處理器。第二信號(hào)保護(hù)電路防止第二處理系統(tǒng)把功率施加到連接第二處理系統(tǒng)和信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路的電線上。
本發(fā)明的一個(gè)方面是用于能夠內(nèi)在安全的科里奧利流量計(jì)的電子器件。該儀表電子器件包括驅(qū)動(dòng)電路；能夠向信號(hào)調(diào)節(jié)器提供功率的電源；其特征在于，所述儀表電子器件進(jìn)一步包括所述信號(hào)調(diào)節(jié)器，在該信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)配置所述驅(qū)動(dòng)電路；遠(yuǎn)離其內(nèi)部配置有所述電源的所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的主系統(tǒng)；其中，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器通過第一引線和第二引線從所述電源接收功率；其中，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的所述驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)從所述電源接收到的功率，產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到固定在所述科里奧利流量計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)管上的驅(qū)動(dòng)器；所述信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)部的拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路，其從固定在所述至少一個(gè)導(dǎo)管上的第一拾取傳感器和第二拾取傳感器接收輸入信號(hào)，并響應(yīng)該信號(hào)，產(chǎn)生指示流過所述至少一個(gè)導(dǎo)管的材料屬性的信息，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器將包含所述材料信息的輸出信號(hào)發(fā)送到所述主系統(tǒng)；所述信號(hào)調(diào)節(jié)器中的主方保護(hù)電路，其防止超過一個(gè)內(nèi)在安全閾值的功率由所述信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的電路施加到連接所述信號(hào)調(diào)節(jié)器與所述主系統(tǒng)的導(dǎo)線；和所述信號(hào)調(diào)節(jié)器中的流量計(jì)組件保護(hù)電路，其防止超過一個(gè)內(nèi)在安全閾值的功率通過路徑100施加到一個(gè)科里奧利流量計(jì)組件。
優(yōu)選地，所述主方保護(hù)電路包括電源保護(hù)電路，其防止所述信號(hào)調(diào)節(jié)器把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線上。
優(yōu)選地，所述主方保護(hù)電路包括信號(hào)保護(hù)電路，其防止所述信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的所述電路把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路和所述主系統(tǒng)的引線上。
優(yōu)選地，所述流量計(jì)組件保護(hù)電路進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其防止所述驅(qū)動(dòng)電路把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到與所述驅(qū)動(dòng)器連接的電線上；和傳感器保護(hù)電路，其防止所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到將所述第一拾取傳感器和第二拾取傳感器連接到所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路的導(dǎo)線上。
優(yōu)選地，所述主系統(tǒng)包括所述電源和第二信號(hào)處理系統(tǒng)，所述儀表電子器件進(jìn)一步包括在所述主系統(tǒng)內(nèi)的屏障，其防止所述主系統(tǒng)把超過內(nèi)在安全閾值的能量施加到所述信號(hào)調(diào)節(jié)器和所述遠(yuǎn)程主系統(tǒng)之間的所述引線上。
優(yōu)選地，所述屏障包括電源保護(hù)電路，其防止所述電源把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線。
優(yōu)選地，所述屏障內(nèi)的儀表電子器件包括在所述主系統(tǒng)內(nèi)的第二信號(hào)處理保護(hù)電路，其防止所述第二信號(hào)處理系統(tǒng)把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到電線上，所述電線把所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路連接到所述第二信號(hào)處理系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，所述輸出信號(hào)通過所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路施加到第一引線和第二引線，所述第一引線和第二引線延伸到所述遠(yuǎn)程主系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，所述輸出信號(hào)被施加到與所述遠(yuǎn)程主系統(tǒng)相連的第三引線和第四引線。
優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)電路控制所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電流量，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到所述驅(qū)動(dòng)器上。
優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)電路控制所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓量，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到所述驅(qū)動(dòng)器上。
本發(fā)明的另一方面是一種用于處理科里奧利流量計(jì)信號(hào)的能夠內(nèi)在安全的方法，包括以下步驟
從輸入信號(hào)產(chǎn)生指示流經(jīng)科里奧利流量計(jì)的材料的特性的信息；其特征在于所述方法進(jìn)一步以下步驟在信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)經(jīng)第一引線和第二引線接收來自主系統(tǒng)內(nèi)的電源的功率，所述主系統(tǒng)遠(yuǎn)離所述信號(hào)調(diào)節(jié)器；防止所述信號(hào)調(diào)節(jié)器把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線上；利用所述信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路從所述接收到的功率產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；把所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到附著在所述科里奧利流量計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)管上的驅(qū)動(dòng)器上；防止所述驅(qū)動(dòng)電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到所與所述驅(qū)動(dòng)器連接的電線上；通過所述信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路從第一拾取傳感器和第二拾取傳感器接收輸入信號(hào)，所述第一拾取傳感器和第二拾取傳感器附著在所述科里奧利流量計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)管上；防止所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到把第一拾取傳感器和第二拾取傳感器連接到拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路的電線上；把包含所述信息的輸出信號(hào)傳輸?shù)剿鲋飨到y(tǒng)上；以及防止所述驅(qū)動(dòng)電路把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到電線上，所述電線把拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路連接到所述主系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，所述主系統(tǒng)包括所述電源和第二信號(hào)處理系統(tǒng)，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟防止所述主系統(tǒng)把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述信號(hào)調(diào)節(jié)器與第二信號(hào)處理系統(tǒng)之間的引線上。
優(yōu)選地，防止來自所述遠(yuǎn)程主系統(tǒng)的功率的所述步驟包括以下步驟防止所述電源把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到所述第一引線和所述第二引線上。
優(yōu)選地，防止來自所述主系統(tǒng)的功率的所述步驟包括以下步驟防止所述第二信號(hào)處理系統(tǒng)把超過所述內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路和第二信號(hào)處理系統(tǒng)的引線上。
優(yōu)選地，傳輸所述輸出信號(hào)的所述步驟包括以下步驟通過所述拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路把所述輸出信號(hào)施加到所述第一引線和第二引線上。
優(yōu)選地，傳輸所述輸出信號(hào)的所述步驟進(jìn)一步包括以下步驟把所述輸出信號(hào)施加到與所述主系統(tǒng)相連的所述第三引線和第四引線上。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟控制被施加到所述驅(qū)動(dòng)器上的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電流量。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟控制被施加到所述驅(qū)動(dòng)器上的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓量。
本發(fā)明的另一方面是一個(gè)流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，包括儀表電子器件；其特征在于所述儀表電子器件進(jìn)一步包括信號(hào)調(diào)節(jié)器；與所述信號(hào)調(diào)節(jié)器遠(yuǎn)程耦合的主系統(tǒng)；其中所述信號(hào)調(diào)節(jié)器和所述主系統(tǒng)在內(nèi)在安全閾值內(nèi)操作。
優(yōu)選地，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器包括流量計(jì)組件保護(hù)電路和主方保護(hù)電路，所述流量計(jì)組件保護(hù)電路與流量計(jì)組件相耦合，所述主方保護(hù)電路與所述主系統(tǒng)相耦合。
優(yōu)選地，所述流量計(jì)組件保護(hù)電路包括驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
優(yōu)選地，所述流量計(jì)組件保護(hù)電路包括傳感器保護(hù)電路。
優(yōu)選地，所述主系統(tǒng)包括一屏障。
優(yōu)選地，所述屏障包括與所述信號(hào)調(diào)節(jié)器相耦合的電源保護(hù)電路。
優(yōu)選地，所述屏障包括與所述信號(hào)調(diào)節(jié)器相耦合的第二處理保護(hù)電路。
本發(fā)明的另一方面是一個(gè)處理流量計(jì)信號(hào)的所述方法，包括以下步驟設(shè)置儀表電子器件其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟設(shè)置具有信號(hào)調(diào)節(jié)器的所述儀表電子器件的信號(hào)處理系統(tǒng)和與流量計(jì)相耦合的主系統(tǒng)。
在內(nèi)在安全閾值內(nèi)操作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器；
在內(nèi)在安全閾值內(nèi)操作遠(yuǎn)離所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的所述主系統(tǒng)；在所述信號(hào)調(diào)節(jié)器處接收來自所述流量計(jì)組件的信號(hào)；以及處理所述信號(hào)。
優(yōu)選地，操作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的所述步驟包括以下步驟產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及把所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到與所述流量計(jì)組件耦合的驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選地，操作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的所述步驟包括接收來自與所述流量計(jì)組件相耦合的至少一個(gè)拾取傳感器的信號(hào)。
優(yōu)選地，操作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的所述步驟包括接收來自所述主系統(tǒng)的功率。
優(yōu)選地，操作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的所述步驟包括把信號(hào)提供給所述主系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括在所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的操作期間或者在短路狀態(tài)期間防止功率超過內(nèi)在安全閾值的步驟。
優(yōu)選地，所述防止步驟包括提供所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的保護(hù)電路。
優(yōu)選地，操作所述主系統(tǒng)的所述步驟包括向所述信號(hào)調(diào)節(jié)器提供功率。
優(yōu)選地，操作所述主系統(tǒng)的所述步驟包括接收來自所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的信號(hào)。
優(yōu)選地，所述步驟進(jìn)一步包括在所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的操作期間或者在短路狀態(tài)期間防止功率超過內(nèi)在安全閾值的步驟。
優(yōu)選地，所述防止步驟包括提供所述信號(hào)調(diào)節(jié)器的保護(hù)電路。


通過詳細(xì)的描述和下列附圖闡述本發(fā)明上述和其它優(yōu)點(diǎn)圖1表示根據(jù)本發(fā)明的科里奧利流量計(jì)組件和相關(guān)的儀表電子器件；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的儀表電子器件的方框圖；以及圖3表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的儀表電子器件的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
接下來，通過參考附圖，更加全面地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中在全文中類似的數(shù)字標(biāo)記指代類似的元件。
圖1表示示例性的科里奧利流量計(jì)5，其包括科里奧利流量計(jì)組件10和儀表電子器件20。流量計(jì)組件10經(jīng)路徑100與儀表電子器件20連接，從而通過路徑26提供例如(但不僅限于)密度、質(zhì)量流速、體積流速和累計(jì)質(zhì)量流量信息?，F(xiàn)在描述科里奧利流量計(jì)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠結(jié)合任何具有振動(dòng)管的裝置來進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，以便測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)管的材料的特性。該裝置的第二個(gè)例子是振動(dòng)管密度計(jì)，該密度計(jì)沒有科里奧利質(zhì)量流量計(jì)提供的另外的測(cè)量能力。
流量計(jì)組件10包括一對(duì)法蘭101和101′、歧管102和導(dǎo)管103A和103B。與導(dǎo)管103A和103B相連的是驅(qū)動(dòng)器104、拾取傳感器105和105′以及溫度傳感器107。撐桿106和106′用來限定軸W和W′，其中每一個(gè)導(dǎo)管圍繞軸W和W′振動(dòng)。
當(dāng)把科里奧利流量計(jì)5插入到傳輸正被測(cè)量的工質(zhì)材料的管道系統(tǒng)(未示出)中時(shí)，材料通過法蘭101進(jìn)入到流量計(jì)組件10，流經(jīng)歧管102，在歧管102中該材料被導(dǎo)向?qū)Ч?03A和103B，接著流經(jīng)導(dǎo)向?qū)Ч?03A和103B，最后材料返回到歧管102并經(jīng)法蘭101′流出流量計(jì)組件10。
選擇導(dǎo)管103A和103B，并把他們適當(dāng)?shù)匕惭b到歧管102上，從而分別在彎曲軸W-W和W′-W′周圍具有基本相同的質(zhì)量分布、慣性矩和彈性模數(shù)。導(dǎo)管103A和103B以基本上平行的方式從歧管向外延伸。
導(dǎo)管103A和103B由驅(qū)動(dòng)器104驅(qū)動(dòng)，相位與他們各自的彎曲軸W和W′相反，在術(shù)語(yǔ)上稱為流量計(jì)的第一異相彎曲模式。驅(qū)動(dòng)器104可以包括多種公知設(shè)備中的任何一種，例如安裝到導(dǎo)管103A的磁鐵和安裝到導(dǎo)管103B的反作用線圈，交流電通過該線圈傳遞以使兩導(dǎo)管振動(dòng)。由儀表電子器件20經(jīng)路徑110把合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給驅(qū)動(dòng)器104。
在導(dǎo)管103A和103B的兩相對(duì)端上拾取傳感器105和105′附著到至少一個(gè)導(dǎo)管上，以便測(cè)量導(dǎo)管的振動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)管103A和103B振動(dòng)時(shí)，拾取傳感器105和105′產(chǎn)生第一拾取信號(hào)和第二拾取信號(hào)。把第一和第二拾取信號(hào)施加到路徑111和111′。把驅(qū)動(dòng)器速度信號(hào)施加到路徑110。
溫度傳感器107附著到至少一個(gè)導(dǎo)管103A和/或103B上。溫度傳感器107測(cè)量該導(dǎo)管的溫度，以便修正用于該系統(tǒng)的溫度的方程式。路徑112把溫度信號(hào)從溫度傳感器107傳遞到儀表電子器件20。
儀表電子器件20分別接收出現(xiàn)在路徑111和111′上的第一和第二拾取信號(hào)。儀表電子器件20處理該第一和第二信號(hào)以計(jì)算質(zhì)量流速、密度或流經(jīng)流量計(jì)組件10的材料的其它特性。儀表電子器件20把該計(jì)算的信息經(jīng)路徑26施加到應(yīng)用裝置(未示出)。
科里奧利流量計(jì)5在結(jié)構(gòu)上類似于振動(dòng)管密度計(jì)。振動(dòng)管密度計(jì)也采用振動(dòng)管，液體流過振動(dòng)管，或者在樣品型密度計(jì)的情況下，液體貯集在振動(dòng)管中。振動(dòng)管密度計(jì)也采用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以激發(fā)導(dǎo)管振動(dòng)。振動(dòng)管密度計(jì)一般僅采用單個(gè)反饋信號(hào)，因?yàn)槊芏葴y(cè)量?jī)H需要頻率的測(cè)量，并且相位測(cè)量是不必要的。本發(fā)明的描述同樣適用于振動(dòng)管密度計(jì)。
附圖2描述附圖2以方框圖的形式示出了本發(fā)明的儀表電子器件20的優(yōu)選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，儀表電子器件20被物理地分成遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200和鄰近流量計(jì)組件10的信號(hào)調(diào)節(jié)器201。在傳統(tǒng)的儀表電子器件中，這些部件安裝成一個(gè)整體并且通常鄰近流量計(jì)組件10。在這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，必須運(yùn)行從儀表電子器件20到流量計(jì)組件10的9線電纜。然而，根據(jù)本發(fā)明的儀表電子器件20的部件分開成遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200和信號(hào)調(diào)節(jié)器201，消除了對(duì)9線電纜的需要，所述9線電纜用來把信號(hào)從儀表電子器件20施加到與驅(qū)動(dòng)器104、拾取傳感器105-105′和溫度傳感器107(全部如圖1所示)相連接的電線上。相反，通過把信號(hào)調(diào)節(jié)器201和流量計(jì)組件10并列在一起，信號(hào)調(diào)節(jié)器201可以直接連接到路徑110、111-111′和112中的9根電線上。
信號(hào)調(diào)節(jié)器201包括驅(qū)動(dòng)電路210和拾取調(diào)節(jié)電路220。信號(hào)調(diào)節(jié)器201能夠內(nèi)在地安全。因而，在信號(hào)調(diào)節(jié)器201內(nèi)的所有電路在低于內(nèi)在安全閾值的功率級(jí)別運(yùn)行。為了本討論的目的，功率意思是能量和/或功率。內(nèi)在安全閾值是指設(shè)備在可以運(yùn)行的同時(shí)又能確保來自電路的火花、過能或過熱不會(huì)點(diǎn)燃環(huán)境中揮發(fā)性物質(zhì)的最大功率。驅(qū)動(dòng)電路210和拾取調(diào)節(jié)電路220可以是分開的模擬電路或是由數(shù)字信號(hào)處理器或其它數(shù)字部件提供的分開的功能塊。
驅(qū)動(dòng)電路210產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)路徑100的路徑110(參見圖1)施加到驅(qū)動(dòng)器104上。驅(qū)動(dòng)電路210經(jīng)路徑215連接到拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路。路徑215允許驅(qū)動(dòng)電路210監(jiān)視輸入的拾取信號(hào)，以便調(diào)節(jié)該驅(qū)動(dòng)信號(hào)。從遠(yuǎn)程主系統(tǒng)經(jīng)第一引線211和第二引線212施加運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電路210和拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220的功率。第一引線211和第二引線212可以是傳統(tǒng)2線或4線電纜的一部分。
拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220從拾取傳感件105-105′和溫度傳感器107經(jīng)路徑111、111′和112(參見圖1)接收輸入信號(hào)。拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220測(cè)定拾取信號(hào)的頻率，也可以測(cè)定流經(jīng)導(dǎo)管103A-103B(參見圖1)的材料的特性。在測(cè)定材料的特性和來自拾取傳感器105-105′的輸入信號(hào)的頻率后，產(chǎn)生載有該信息的輸出信號(hào)并且該輸出信號(hào)經(jīng)路徑221被輸送到遠(yuǎn)程主系統(tǒng)內(nèi)的第二信號(hào)處理系統(tǒng)250。在優(yōu)選實(shí)施例中，路徑221包括2根引線321和323(參見圖3)。
遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200包括電源230和第二信號(hào)處理系統(tǒng)250。電源230接收來自一電源的電，并把接收的電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的適當(dāng)功率。第二信號(hào)處理系統(tǒng)250接收來自拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220的輸出信號(hào)并且然后可以執(zhí)行所需的處理以提供用戶所需的流經(jīng)導(dǎo)管103A-103B的材料的特性。該特性可以包括但不限于密度、質(zhì)量流速和體積流速。
圖3的描述圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方框圖，本發(fā)明是內(nèi)在安全的。該實(shí)施例允許信號(hào)調(diào)節(jié)器201能夠內(nèi)在地安全。因此，信號(hào)調(diào)節(jié)器201不必安裝在防爆外殼內(nèi)。相反，在爆炸性環(huán)境中，僅遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200的組件須安裝在防爆外殼內(nèi)。
為了使信號(hào)調(diào)節(jié)器201內(nèi)在安全，驅(qū)動(dòng)電路210和拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220必須在低于內(nèi)在安全閾值的功率工作，所述內(nèi)在安全閾值是各種機(jī)構(gòu)允許設(shè)備在操作時(shí)能保證來自電路的火花或熱量不會(huì)點(diǎn)燃環(huán)境中揮發(fā)性材料的最大功率。在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)控制電路210經(jīng)引線211和212接收來自電源230的功率，并且把驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)路徑100中的路徑110的引線341-342施加到驅(qū)動(dòng)器104上。(也參見圖1)。
拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220經(jīng)引線343-347接收來自拾取傳感器105-105′、溫度傳感器107的(參見圖1)的信號(hào)，如下所述，引線343-347穿過流量計(jì)組件屏障電路330。接著，輸出信號(hào)被施加到路徑221的引線321和323上。引線321和323需要支持傳統(tǒng)的4-20ma(multi-amp)或RS405協(xié)議。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到把輸出信號(hào)應(yīng)用到引線212-212也是可能的，通過引線212-212接收來自主系統(tǒng)200的功率。
信號(hào)調(diào)節(jié)器201還包括主機(jī)方保護(hù)電路320和流量計(jì)組件保護(hù)電路330，該主機(jī)方保護(hù)電路320防止信號(hào)調(diào)節(jié)器201把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接信號(hào)調(diào)節(jié)器201和遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200的引線上。該流量計(jì)組件保護(hù)電路330防止信號(hào)調(diào)節(jié)器201把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接信號(hào)調(diào)節(jié)器201和流量計(jì)組件10的電線341-349上。內(nèi)在安全閾值是各種機(jī)構(gòu)允許設(shè)備操作及被評(píng)定為內(nèi)在安全的功率的最大量。
主機(jī)方保護(hù)電路320包括功率保護(hù)電路322和信號(hào)保護(hù)電路324。功率保護(hù)電路322經(jīng)第一引線211和第二引線212接收功率，并且確保在操作期間或者在發(fā)生短路時(shí)，信號(hào)調(diào)節(jié)器201不會(huì)經(jīng)引線211-212施加功率。信號(hào)保護(hù)電路324確保信號(hào)調(diào)節(jié)器201不會(huì)把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到引線321和-323上。
流量計(jì)組件保護(hù)電路330包括驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路331和傳感器保護(hù)電路332。驅(qū)動(dòng)器保護(hù)電路331防止驅(qū)動(dòng)電路210把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到與驅(qū)動(dòng)器104(如圖1所示)連接的電線341-342上。傳感器保護(hù)電路332防止拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路220在操作期間或者在發(fā)生短路時(shí)把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到電線343-347上。
為了使系統(tǒng)內(nèi)在地安全，遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200不能把超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到與信號(hào)調(diào)節(jié)器201連接的電線上。遠(yuǎn)程主系統(tǒng)200內(nèi)的屏障310防止超過內(nèi)在安全閾值的功率施加到連接主系統(tǒng)200和信號(hào)調(diào)節(jié)器201的引線211-212和321和323上。屏障310包括電源保護(hù)電路311和第二處理保護(hù)電路312。
電源保護(hù)電路311經(jīng)路徑313-314接收來自電源230的功率，其包括在正常操作期間或者在發(fā)生短路時(shí)防止正被施加給引線211-212的功率超過內(nèi)在安全閾值的電路。可以以引線211-212上的電流量或電壓量的形式測(cè)定功率量。
第二處理保護(hù)電路312經(jīng)路徑221內(nèi)的引線321和323接收來自信號(hào)調(diào)節(jié)電路220的信號(hào)，并且把輸出信號(hào)經(jīng)電線315-316傳遞給第二信號(hào)處理系統(tǒng)250。第二處理保護(hù)電路312防止在正常操作期間或者發(fā)生短路時(shí)超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加給路徑221的引線321和323。
以上描述了具有信號(hào)調(diào)節(jié)器的科里奧利流量計(jì)的儀表電子器件，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器能夠內(nèi)在地安全并且消除了對(duì)傳統(tǒng)9線電纜的需要。
權(quán)利要求
1.一種流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，包括儀表電子器件(20)，其特征在于所述儀表電子器件(20)包括信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)；遠(yuǎn)離所述信號(hào)調(diào)節(jié)器并與其相連的主系統(tǒng)(200)；其中所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)和所述遠(yuǎn)程主系統(tǒng)(200)在內(nèi)在安全閾值內(nèi)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，其中所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)包括連接到流量計(jì)組件(5)的流量計(jì)組件保護(hù)電路(330)和連接到所述主系統(tǒng)(200)的主方保護(hù)電路(220)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，其中所述流量計(jì)組件保護(hù)電路(330)包括驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路(331)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，其中所述流量計(jì)組件保護(hù)電路包括傳感器保護(hù)電路(332)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，其中所述主系統(tǒng)包括一個(gè)屏障(310)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，其中所述屏障包括連接到所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的電源保護(hù)電路(311)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的流量計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，其中所述屏障(310)包括連接到所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的第二處理保護(hù)電路(312)。
8.一種處理流量計(jì)信號(hào)的方法，其包括以下步驟提供儀表電子器件(20)；其特征在于所述方法還包括以下步驟提供一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)(20)給所述儀表電子器件，它具有連接到流量計(jì)組件(5)的一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)和一個(gè)主系統(tǒng)(5)；在一個(gè)內(nèi)在安全閾值內(nèi)運(yùn)作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)遠(yuǎn)離所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)并且在一個(gè)內(nèi)在安全閾值內(nèi)運(yùn)作所述主系統(tǒng)(200)在所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)處接收來自所述流量計(jì)組件(5)的信號(hào)；處理該信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運(yùn)作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括以下步驟產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；和將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到連接于所述流量計(jì)組件(5)的驅(qū)動(dòng)器(104)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運(yùn)作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括由連接到所述流量計(jì)組件(5)的至少一個(gè)拾取傳感器(105)接收信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運(yùn)作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括由所述主系統(tǒng)(200)接收電能。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運(yùn)作所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的步驟包括提供信號(hào)給所述主系統(tǒng)(200)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9、10、11、或12的方法，還包括在所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)工作期間或在一個(gè)短狀態(tài)期間，防止功率超出所述內(nèi)在安全閾值范圍的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述防止功率超出安全閾值的步驟包括提供一個(gè)保護(hù)電路給所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運(yùn)作所述主系統(tǒng)(200)的步驟包括將電能提供給所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述運(yùn)作所述主系統(tǒng)(200)的步驟包括接收來自所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)的信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的方法，還包括在所述信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)工作期間或在一個(gè)短狀態(tài)期間，防止功率超出所述內(nèi)在安全閾值范圍的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述防止功率超出安全閾值的步驟包括提供一個(gè)保護(hù)電路給所述主系統(tǒng)(200)。
全文摘要
信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)接收來自主系統(tǒng)(200)內(nèi)的電源(230)的功率，該主系統(tǒng)(200)遠(yuǎn)離該信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)；信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路(210)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且把該驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到驅(qū)動(dòng)器(104)上；在信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的拾取信號(hào)調(diào)節(jié)電路(220)接收來自第一拾取傳感器(105)和第二拾取傳感器(105′)的輸入信號(hào)，并從輸入信號(hào)產(chǎn)生指示流經(jīng)導(dǎo)管的材料的特性的信息，并且傳輸輸出信號(hào)；在信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)內(nèi)的主方保護(hù)電路(320)防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到連接所述信號(hào)調(diào)節(jié)器和主系統(tǒng)(200)的引線上；以及在信號(hào)調(diào)節(jié)器內(nèi)的流量計(jì)組件保護(hù)電路(330)防止超過內(nèi)在安全閾值的功率被施加到把信號(hào)調(diào)節(jié)器(201)連接到驅(qū)動(dòng)器(104)、第一拾取傳感器(105)以及第二拾取傳感器(105′)上的引線(100)上。
文檔編號(hào)H02H9/00GK1607377SQ20041001175
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2000年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者W·M·曼斯菲爾德, M·J·佐洛克 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司