专利名称：具有耐应力电极组件的高压磁通计的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及流体处理，且具体地涉及用于测量过程流体的磁通计。特别地，本 发明关注用于经受高过程压力的磁通计的电极组件。
背景技术：
流量传感器提供跨越宽广范围的流体处理应用的用途，包括农业、环境控制、水和 空气分配、食物和饮料制备、大量流体存储和输送、化学和药物生产、能量和碳氢化合物燃 料制备、以及利用热塑性塑料、粘合剂、树脂和其它流体材料的制造工艺。在这些应用的每 一种中，最合适的流量测量技术不仅取决于过程流体本体的特性，而且取决于应用于它的 特定流动工艺。标准流量测量技术包括将流量表征为机械转动的函数的涡轮机流量计和将 流量表征为孔板或压差产生元件上的压力降的函数的基于压差的装置，其中压力降与 Bernoulli原理和其它由速度决定的效应相关。皮托管也被广泛使用，并基于相似的原理。 其它技术包括将流量表征为导热性的函数的质量流量计、表征非流线形体上的流分离的涡 街流量计和将流量表征为由动量决定的振动测量的函数的Coriolis流量计。通过测量作为法拉第定律的函数的流量(其取决于电磁效应而不是机械或热动 力效应)，磁通计与这些技术区分开。特别地，磁通计测量作为在传导过程流体流上产生磁 场时诱发的电动势的函数的流量。因此，磁通计在通常不适合机械涡轮机和传统传感器探针构造的“脏”或研磨剂或 腐蚀剂流动中和在基于压差的装置产生不可接受的压力降时提供了优势。然而，由于磁通 量测量取决于电磁感应，该技术还提出了多种设计挑战。特别地，流动必须是传导发生的法 拉第效应的，且电极组件必须认真隔离和密封，以防止短路和泄露。这在流量计经受高过程 压力时，例如在水力压裂以及碳氢化合物燃料引出和处理的相关的方法中特别是如此。

发明内容
本发明关注一种用于感测在过程流体上诱发的电动势的电极组件和基于该组件 的流量计。该组件包括壳体、电极和限位器。壳体具有第一端和第二端。电极从壳体的第 一端延伸至过程流体，以感测所述电动势。限位器围绕电极定位在壳体内部。灌封材料设 置在壳体中的空隙内，以在经受来自过程流体的压力时限制电极的移位。


图1为具有集成变送器的磁通计的示意性侧视图。图2为图1的磁通计的示意性端视图，图示变送器的特定元件之间的功能性关系。图3为用于图1中的磁通计的耐应力电极组件的剖视图。
具体实施例方式
图1为具有流量计本体11的磁通计10的示意性侧视图，包括集成变送器20和高 压耐应力电极组件30。流量计本体11包括具有衬套13和过程联接器14的管道段12、具 有变送器支架16的壳体15、线圈17和(取决于实施方式)电极存取端口 18，铭牌或二者。 采用虚线或隐线在剖视图中示出管道段12和衬套13。线圈17和电极组件30在流量计本 体11内部，并也以虚线以示意性形式示出。 变送器20在支架16处安装至流量计本体11。变送器20包括变送器壳体21、接线 盒22、电极/本地操作接口(LOI)组件23、接线端盖24和导管连接25。接线盒22和LOI 组件23在变送器壳体21内部，并采用虚线以示意性形式示出。取决于实施方式，与变送器20不同，磁通计10或者包含流量计本体11，或者包含 流量计本体11与集成变送器20的组合。如图1所示，例如，流量计10包括流量计本体11 和变送器20 二者，变送器20经由变送器支架16直接地安装至流量计本体11。在该实施方 式中，支架16为变送器20和流量计本体11之间的电连接提供内部通路。在可替换实施方 式中，变送器20远程地安装，并且所述连接在外部。管道段12提供通过流量计本体11的过程流体通道。典型地，管道段12包括具 有圆形截面的导管或管道的长度，该导管或管道例如具有约8英寸(8"，或约20cm)的内 (内部)直径PD。可替换地，PD范围在约1.5英寸和约12英寸之间(约1/2" -12"，或 约1.27-30cm)。在其它实施方式中，管道段12形成有椭圆形、矩形或其它非圆形截面。管道段12通常由耐用、可加工的、耐腐蚀和非磁性金属(如不锈钢、铝、铜或黄铜、 或这些材料的组合)制成。在其它实施方式中，管道段12由耐用聚合物形成，如PVC(聚氯 乙烯)或ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料或其它耐用热塑性塑料或聚合物材料。衬套13沿着直径PD给管道段12加衬里，在管道段12和过程流体之间形成电的、 化学的或机械的阻挡层。衬套13还隔离管道段12与过程流体的电接触，并避免由过程流 体中的化学或研磨剂引起的侵蚀和腐蚀。衬套13通常由聚亚安酯或其它非磁性绝缘聚合物材料构成，但其组合根据流动 条件而变化。在一些实施方式中，例如，保护衬套13由诸如Teflon 、Teflon _PFA或 Tefzel -PFA 之类的 PFA(Perfluoroalkoxy)材料、诸如Ryton PPS 之类的 PPS (聚亚苯 基硫醚)材料，或诸如氯丁橡胶或天然橡胶之类的其它聚合物材料，以提供对不同过程流 体范围的化学的、电的和磨损保护。这些和其它用于衬套13的适合材料可以从不同的商 业厂商获得，包括特拉华州威尔明顿市的DuPont和公司、德克萨斯州伍德兰市的Chevron Phillips Chemical 禾口明尼苏达州 Chanhassen 市的 Rosemount 公司、Emerson Process Management 公司。保护/绝缘衬套13具有厚度T，使得穿过流量计本体11的流道具有直径D = PD-2T。厚度T通常与导管直径PD成比例地缩放，虽然关系不是严格线性的。对于8英寸 (20cm)管道，例如，绝缘衬套13通常具有约0. 308英寸(0. 308"，或约4. 8mm)的厚度T。 在其它实施方式中，T从约0. 1英寸或更少(T ( 0. 10〃，或约2. 5mm)变化至约0. 25英寸 或更大(T彡0.25〃，或约6. 4mm)。这大致对应于约1. 5英寸至约1英尺(1/2 〃 -12〃，或 约1.27-30cm)的管道直径PD。在可替换实施方式中，管道段12和衬套13利用诸如PVC塑 料或ABS塑料之类的耐用、绝缘和非磁性材料形成在一起。
过程联接器14形成在管道段12的一端或两端上，以形成至过程流体系统的流体 连接。联接器14通常由与管道段12相同的材料构成，并且通过机械加工、钻孔、切割、焊接 和其它制造技术的组合形成在管道段12上。因此过程联接器14的特定结构在不同的实施 方式中不同，以适应宽范围的不同过程流体连接。这些包括但不限于，通孔螺栓安装连接法 兰(如图1所示)、外部环和轴环支架、螺纹管接头、压配合和设计用于由金属或化学焊接连 接的各种不同的表面。流量计壳体15由坚固、耐用、可机械加工材料的组合形成，包括钢、不锈钢、黄铜、 铝、铜和各种耐用塑料聚合物。这些材料形状形成为大量侧壁、端壁、盖板和其它结构，形成 围绕流量计本体11的管道段12、线圈17、电极组件30和其它内部元件的大致环形绝缘和 保护外壳。典型地，壳体15还形成克服管道段12外部的压力密封，以防止传导或腐蚀性流 体、爆炸性气体和其它危险环境剂的流入。线圈17包括大量铜或其它导线线圈。线圈17靠近管道段12的外径定位，以在提 供激励电流时在过程流体通道上产生磁通量。线圈17因此用作在过程流体上产生磁场的 场源，该磁场沿越过衬套13和管道段12的基本垂直方向定向。在一些实施方式中，线圈17包括软铁芯以增加磁通量，或对场线进行成形。在其 它实施方式中，流量计本体U包括其它磁性软通量回流元件，以改善场强和均勻性，并减 少壳体15外的弥散场。流量计10通常包括两个相对的电极组件30，在管道段12的每一侧一个。组件30 有时围绕管道段12的轴线(如，参见图2，如下所述)“定时”，以便它们不位于与管道段12 的同一平面内。在图1的实施方式中，每个电极组件30由电极存取端口 18覆盖，电极存取端口 18 形成对流量计本体11的机械和压力密封。在一些实施方式中，在安装电极组件30之后焊 接或永久连接端口 18，在其它实施方式中，端口 18是可拆卸的，以提供维护通路。如下文将更详细地描述的那样，电极组件30采用耐应力结构设计，构造为用在具 有从约3000psi (20. 7MPa)至6000psi (41. 4MPa)和以上范围的过程压力的高压应用，使得 流量计10实现1500#或2500#的4赂1(美国国家标准协会)压力等级。在一些实施方式 中，电极组件30还适合用在能够在IOOOOpsi (68. 9MPa)和以上的过程压力下运行的流量 计，用于专门的过程流体应用。注意到绝对压力(以psi计)和表压力(以psig计)在该 范围内的差异小于1.5%，因此它们有时交换使用。变送器壳体21由诸如金属或耐用塑料或这种材料的组合之类的耐用材料制成， 形成围绕变送器20的接线盒22、电子元件/LOI组件23和其它内部元件的保护壳体。该壳 体提供电和热隔离，防护包括湿气和腐蚀剂或爆炸剂的不利环境条件，并防止与过程机械、 工具、掉落物体和其它潜在危险物的意外接触。变送器壳体21还提供内部安装结构，以确 保将变送器20的内部元件固定在合适的位置。接线盒22由耐用塑料或其它绝缘材料形成，并设置有大量导电接线端。接线端连 接向变送器20提供电力，并允许经由环线、控制总线、数据总线、数据电缆或过程系统通信 的类似装置的输入/输出(I/O)和过程控制访问。接线盒盖24与变送器壳体21形成压力密封，并提供对接线盒22上的连接的存 取。导管连接25为其它外部连接或电路提供导管入口。
电子元件/LOI组件23包括本地操作人员接口(LOI)和大量不同的电路元件，包 括但不限于用于控制磁通计10和变送器20的控制器，用于激励线圈17的电流或电压源， 用于处理来自电极组件30的电压信号的信号处理器，和用于在变送器20和过程控制系统 之间通信的远程用户接口。在典型的实施方式中，电子元件/LOI组件幻包括不同的LOI和电流源元件，以及微 处理器/控制器(参见图2，下文)。LOI为用户提供流量计配置输入和校正信息，变送器20 背面上的电子元件盖(图1中未示出)提供到LOI的操作人员存取，通常经由交互显示器。虽然流量计10示出为与变送器20 —起直接安装至流量计本体11，但图1还表示 宽广范围的替换实施方式。在远程安装配置中，例如，变送器20可定位于离流量计本体11 达到1000英寸(约300m)，具有经由电缆、电线或电力、数据和控制总线或远程通信的类似 装置提供的电和数据连接。其它流量计和变送器元件在形式和细节方面还可以进行一定的变化。如图1所 示，例如，流量计10代表特定的如从Rosemount公司获得8700-系列磁通计。在可替换实 施方式中，流量计10代表如可从Rosemoimt或其它商业厂商获得任何宽广范围的商用或专 用磁通计结构。在流量计10的操作中，变送器20向线圈17提供激励电流。线圈17在管道段12 中的过程流体上产生磁场，电极组件30感测由磁场在过程流体诱发的电动势(EMF)。变送 器20产生表示作为诱发的EMF的函数的流率的过程输出，其通过电极组件30和电子元件 /LOI组件23之间的电连接采样。当经受高过程压力时，变送器组件30容易受到位移和变形的影响，这会不利地影 响流量计10的性能。为了减少这些影响，灌封材料用来填充组件30内部的空隙，限制内部 运动，并增加压阻，如下文所述。图2为磁通计10的示意性端视图，包括变送器20的特定元件。流量计10包括具 有管道段12的流量计本体11，每一个都以斜交叉影线示出。变送器20的元件以示意而不 是以实际形式示出，以图示它们与流量计本体11的各种元件的功能关系。流量计本体11包括具有衬套13的管道段12、壳体15、变送器支架16、线圈17和 电极组件30。如上所述，流量计壳体15形成围绕管道段12、衬套13、线圈17和电极组件 30的环形壳体。在这种特定的实施方式中，为每个电极组件30设置盖端口 18。保护衬套13沿着内管径为管道段12加衬里，形成穿过流量计本体11的隔离过程 流体通道。过程流体从图2中的页面引出，通过如由线圈17产生的磁场B。管道段12端部 上的过程联接器在该视图中未示出。变送器20包括变送器壳体21，其围绕接线盒(T/B) 22和电子元件/LOI组件，包括 微处理器/控制器(μΡ06、电流源(I/S)27和用户接口(I/F08。接线盒22采用至外部 电源(未示出)的连接向微处理器/控制器沈和变送器20的其它元件提供电力。在一些实施方式中，外部连接经由单环线形成，其也经由叠加的数字或模拟信号 提供过程控制通信。在其它实施方式中，与变送器20的通信在标准模拟导线回路、控制总 线和数据电缆上进行，或经由红外、光学、RF (射频)和其它无线装置进行。构造为用于这些和其它通信措施的变送器可以从Rosemoimt公司和其它商业厂 商获得。在这些实施方式中，变送器20还利用多种不同的过程通信协议，包括但不限于，标准模拟(4-20mA)协议，诸如HART 之类的混合模拟-数字协议，和诸如Foundation Fieidbus和PROFIsiBuszprofi1^NET之类的数字测量和控制协议。微处理器/控制器沈连接至电极组件30，经由探针线PO、Pl (为清楚起见，在图 2中仅示出一个连接)进行电通信。微处理器/控制器沈包括信号处理器，用于计算作为 电极信号的函数(即，作为感应EMF或法拉第电压的函数)的流率和用于控制电流源27的 电流控制器。电流源27包括限流或限压电源，其经由线圈激励导线CO和Cl激励线圈17。在典 型的实施方式中，线圈17为“链环”或经由线圈返回线CR串联连接，使得每个线圈17都载 送相同的电流，并且对整体场强起大致相同的作用。在其它实施方式中，电流源27为多种 不同的线圈17提供独立受控的激励电流。当电流源27激励流量计10时，线圈17在管道段12内产生相对均勻的磁场B，越 过内部保护衬套13内的过程流体导管。在宽广的操作范围内，场强(或磁通量密度)大致 与激励电流成比例。如图2所示，磁场B通常还沿相对于管道段12和衬套13基本垂直的 方向定位，因此过程流体以约法向(90° )入射角与该磁场交叉。电极组件30延伸通过管道段12和衬套13，以形成与过程流体的直接电接触。如 图2所示，电极组件30完全相反地越过管道段12，并以离水平面约30至60度(30-60° ) 的角度“定时”。可替换地，电极组件30以约45度)定时，或者水平或垂直对齐，并 安装为具有或不具有端口 18。当传导过程流体流过磁场B时，法拉第环在电极组件30上形成。这允许磁通计10 产生诱发的EMF信号或法拉第电压，其为过程流率和磁场强度的函数。电极组件30感测 EMF,并经由电极感测线PO和Pl将它传递至信号处理器(微处理器/控制器26)。诱发的EMF信号基本上与过程流体的流速成比例，该流速又与体积流率成比例。 更具体地，诱发的EMF(E)与平均流速(V)、平均磁场强度B和流道的直径D成比例。艮口，E = kBDV, [1]其中k( “k-因素”)为取决于E、B、D和V在其中被测量的单元的比例常数。转换 等式1，则过程流速作为诱发势、磁场强度和直径D的函数给出v=m [2]因此流速与诱发的EMF直接成比例，与磁场强度和流道的直径间接成比例。体积 流率又与流速成比例(即，流速V乘以流动面积)。在一些实施方式中，变送器20构造为用于脉冲DC(直流)磁流量测量。在这些实 施方式中，微处理器/控制器26改变或调整电流源27，以降低信号噪声。脉冲DC测量减轻 了过程流体和电极组件30之间的电解反应的影响，以及减少了线圈17和外部电子系统之 间的电容耦合、偏离电压和电流回路、由过程流体阻抗引起的相移、以及包括磁场、过程流 体和探针信号线之间的感应耦合的正交电压效应。图3为示出用于磁通计10的电极组件30的代表性实施方式的剖面示意图。在该 特定实施方式中，电极组件30包括具有头部32和本体33的电极31、电极限位器34、外部 接触螺钉35、接线端连接器36和具有帽(或螺帽)42的电极壳体(或固定器)41、绝缘隔 离片43、44和45、绝缘层46和外部螺母47。灌封材料48填充电极壳体41内的空隙49。特别地，灌封材料48填充组件30的各种元件之间的空隙49，包括电极31、限位器34、接触 螺钉35、绝缘体/隔离片43,44和45、壳体41和帽42。探针电极31包括由具有低阻的耐腐蚀和耐侵蚀材料制成的电传感器或导体。这 种材料可以根据过程流体的特性和期望的使用寿命而改变。在一些实施方式中，例如，电 极31由诸如^essT的不锈钢制成，或由钽、钼、钛、Hastelloy 或其它专用合金制成。这种
类型的电极可以从Rosemoimt公司和其它商业厂商(包括印地安那州科科莫市的Haynes International)—。电极头部32设置成与衬套13内的过程流体接触，并定位以感测当在管道段12上 产生磁场时诱发的EMF。电极本体33从电极头部32径向地延伸，穿过衬套13和管道段12， 并进入壳体41的径向内端(第一端部)。电极限位器34围绕电极本体33的径向外端和接触螺钉35的径向内端同轴定向， 以将电极31机械地保持在壳体41内。在典型的实施方式中，限位器34由导电材料形成， 以在电极31和接触螺钉35之间形成电连接，或用于电极31的其它外部接触。这允许电极 组件30将由电极31感测到的EMF例如经由环形接线端或其它接线端连接器36传递至微 处理器或其它处理装置。可替换地，限位器34由绝缘材料形成，所述电连接经由其它措施 形成，例如沿着径向中心线CL定位在电极本体33和接触螺钉35之间的导电元件。电极壳体41围绕电极本体33的径向外部同轴定向，衬套13的一部分位于电极头 部32和壳体的第一(径向内)端之间。在一些实施方式中，壳体41部分地凹入或嵌入管 道段12内，如图3所示，并沿着组件30的径向中心线CL从管道段12径向延伸。在该特定实施方式中，管道段12的一部分还位于电极头部32和壳体41的第一端 之间。在其它实施方式中，电极壳体41完全凹入，使得壳体41的第一端延伸穿过管道段12， 以接触衬套13。在其它实施方式中，壳体41不凹陷，并从管道段12的径向外边缘延伸。帽42设置在壳体41的径向外或第二端上，与电极31相对，并与限位器34 —起工 作以相对于电极组件30将电极头部32、本体33和接触螺钉35保持在合适的位置。在一种 实施方式中，例如，帽42包括高压螺母，其拧在壳体41的外部上，以保持电极头部32、本体 33和接触螺钉35。在其它实施方式中，帽42包括拧在或拧入壳体41的螺钉或其它形式的 螺纹紧固件。在其它实施方式中，帽42包括经由螺纹、焊接、铜焊或其它处理固定至壳体41 的夹子、轴环、轴衬或其它保持装置，或帽42与壳体41 一体地形成。内部隔离片43和44包括位于壳体41和电极本体33之间以及位于壳体41、帽42 和接触螺钉35之间的电绝缘和隔离构件。外部隔离片45包括位于帽42和接触螺钉35之 间以及帽42和接线端36之间的电绝缘和隔离构件。绝缘层46包括位于壳体41和限位器34之间的收缩管道或其它形式的电绝缘。在 一些实施方式中，绝缘层46还在壳体41和隔离片43或44或二者之间延伸。在其它实施 方式中，其它隔离、保持或绝缘元件，如外部螺母47用来相对于隔离片43、44、45和电极组 件30的其它元件将电极31、电极限位器34或接触螺钉35保持在合适的位置上。然而，注 意到，外部螺母47不直接连接至壳体41，而是由诸如接线端连接器36、外部隔离片45和帽 42与壳体41隔开。绝缘体/隔离片43、44和45由诸如刚性聚合物之类的刚性和抗变形绝缘材料形 成。在一种实施方式中，绝缘体43由如从Chevron WiillipsChemical可获得的Ryton 或其它聚亚苯基硫醚(PPQ材料形成。除了它们的绝缘功能，间隔片43、44和45与帽42和限位器34 —起操作，以相对 于组件30和壳体41将电极31和接触螺钉35保持在合适的位置上。特别地，间隔片43和 44在头部32经受来自管道段12和衬套13内的流动的过程流体压力时将电极31保持在合 适的位置。如图3，绝缘体/间隔片43、44和45形成为轴环、轴衬、套筒、垫圈或其它通常环形 的结构，具有或不具有螺纹，并围绕电极31和接触螺钉35同轴定向。在其它实施方式中， 间隔片43、44和45包括用来绝缘电极31或将头部32、本体33和接触螺钉35与壳体41、 帽42或电极组件30的其它元件隔开的任何隔离或绝缘元件。当电极31经受过程流体压力时，所产生的作用力倾向于相对于壳体41使电极头 部32和电极本体33沿着径向中心线CL径向移位。这种移位使诸如间隔片43和44的内 部元件压在帽42和壳体41上，产生压缩应力和应变变形。为了限制这些效应，探针组件30构造为具有紧凑和刚性设计，其中各个元件在壳 体41内紧密地隔开。然而，在某些位置，可变间距或其它间隙是不可避免的，例如用于适应 制造公差或特定部件的尺寸差异，例如探针电极31相对于管道段12和内衬套13的厚度的 长度。特别地，这种气隙或空隙49有时位于壳体41内，在电极31和帽42之间，如图3所
7J\ ο虽然气隙和空隙49小，但它们仍然增加了电极31的运动范围。这增加了在壳体 41中的压力，导致诸如绝缘体/间隔片43和44之类的组件元件的应变变形。压力和应变 变形倾向于在高过程压力(例如超过约3000psi (约20. 7MPa)的压力)下增加。在一些情 况下，这会导致探针组件30的破裂、断裂、泄漏或其它故障模式。为了解决该问题，灌封材料48设置在电极组件30的壳体41内，且特别地灌封材 料48设置在探针电极31和帽42之间的空隙49内。在填充空隙49之后，灌封材料48形 成即使在经受大的压力时也抗变形和应变的硬质材料。这为帽42提供了额外的支撑，用于 将电极31保持在壳体41内的合适位置上。灌封材料48还将压力从具有头部32的电极31 转移至限位器34、壳体41和帽42中的一个或多个，降低更多敏感元件(如绝缘体/间隔 片43和44)上的应力和应变。灌封材料48还填充壳体41和探针组件30内部的可用空隙 49，减少内部元件的冷变形、塑性膨胀和应力诱导变形。灌封材料48包括硬质灌封剂，其与相对柔软的灌注化合物(如RTV (室温硫化) 或其它硅橡胶基化合物)区分开，并与在高的过程压力下基本上不抗塑性或弹性变形的其 它橡胶或软聚合物机产品区分开。在一种实施方式中，灌封材料48包括与硬化剂混合以在 填充空隙49之后形成刚性材料的流性或塑性环氧树脂，例如与固化或催化剂混合的聚环 氧化物或其它热固性环氧类聚合物。可替换地，灌封材料48包括在设置在空隙49内之后 经历从流体或塑料形式到刚性和耐应力形式的转化的其它硬质灌注剂，如硬化聚合物树脂 或热塑性塑料。典型地，在插入电极31和诸如限位器34、接触螺钉35以及绝缘体/间隔片43和 44之类的其它内部元件之前，首先用灌封材料48填充壳体41。与之前的其中不可能完全 减少间隙和空隙的结构相反，这允许灌封材料48完全填充每个气隙，而不遗忘空的孔隙区 域。可替换地，在插入壳体41之前，将灌封材料48涂敷至各个部件，或在探针组件30的每个独立元件插入壳体41时，用灌封材料48填充各个间隙和空隙49。因此灌封材料48限制或降低了电极31相对于壳体41的位移，减小了电极组件30 内的压力和应变，并减少了各个组件元件的压力诱导变形和故障。特别地，灌封材料48在 超过3000psi (20. 7MPa)和扩展到至少3170psi (21. 85MPa)的过程压力下抵抗应力诱导变 形，使得电极组件30适于与基于ANSI等级的1500#级磁通计一起使用，并适于与包括水或 碳氢燃料或二者的过程流体一起使用，以及与诸如砂子和酸或碱化合物之类的研磨剂或腐 蚀剂一起使用。在其它实施方式中，灌封材料48在超过6000psi (41. 4MPa)和扩展到至少 6107psi(4. 21MPa)的过程压力下抵抗应力诱导变形，使得电极组件30适于与2500#级磁通 计一起使用。在其它实施方式中，灌封材料48在超过IOOOOpsi (68. 9MPa)的过程压力下抵 抗应力诱导变形，使得电极组件30适合专用目的应用，包括增强的烃类抽提和水力压裂。虽然已经参照优选实施方式描述了本发明，但所使用的术语是用于描述的目的， 而不是用于限制。本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的精神和范围的前提下可 以在形式和细节方面进行改变。
权利要求
1.一种电极组件，包括 壳体，具有第一端和第二端；电极，从壳体的第一端延伸至过程流体； 限位器，围绕电极定位在壳体内部；和灌封材料，用于填充壳体的第一端和壳体的第二端之间的空隙，以便灌封材料在电极 经受到来自过程流体的压力时限制电极的移位。
2.根据权利要求1所述的组件，还包括位于壳体的第二端上用于相对于壳体将电极和 限位器保持在合适的位置的帽。
3.根据权利要求2所述的组件，其中灌封材料足以抵抗应力诱导变形，以在经受超过 3000psi(20. 7MPa)的过程压力时限制电极的移位。
4.根据权利要求2所述的组件，其中灌封材料足以抵抗应力诱导变形，以在经受超过 6000psi (41. 4MPa)的过程压力时限制电极的移位。
5.根据权利要求1所述的组件，其中限位器由导电材料形成，使得限位器在电极和壳 体的第二端上的外部接触件之间形成电连接。
6.根据权利要求5所述的组件，还包括围绕限位器定位在限位器和壳体之间的绝缘体。
7.根据权利要求1所述的组件，还包括围绕过程流体设置的衬套和围绕衬套设置的管 道段，使得电极从壳体的第一端延伸穿过衬套和管道段到达过程流体。
8.根据权利要求7所述的组件，还包括用于通过在过程流体上产生磁场而在电极中诱 发电动势的线圈。
9.根据权利要求8所述的组件，还包括用于产生作为所述电动势的函数的过程流体输 出的处理器。
10.根据权利要求9所述的组件，还包括用于所述处理器的变送器壳体，其中变送器壳 体安装至所述管道段。
11.一种流量计，包括 管道段；场源，用于在管道段上产生磁场；和电极组件，用于通过所述磁场感测由过程流体感应的电动势，该电极组件包括电极，延伸穿过管道段至过程流体；壳体，围绕电极同轴设置在管道段外部；限位器，围绕电极同轴设置在壳体内部；帽，用于相对于壳体将限位器和电极保持在合适的位置；和灌封剂，用于填充壳体内部的空隙。
12.根据权利要求11所述的流量计，其中灌封剂限制电极组件内的压应力，使得流量 计在超过6000psi (41. 4MPa)的过程压力下起作用。
13.根据权利要求11所述的流量计，其中灌封剂限制电极组件内的压应力，使得流量 计在超过IOOOOpsi (68. 9MPa)的过程压力下起作用。
14.根据权利要求11所述的流量计，还包括位于壳体上的外部接触件，并且其中限位 器在电极和外部接触件之间形成电连接。
15.根据权利要求14所述的流量计，还包括围绕限位器同轴设置在限位器和壳体之间 的绝缘体。
16.根据权利要求15所述的流量计，还包括变送器，所述变送器用于传送表示作为所 述电动势的函数的过程流体的过程输出。
17.一种磁通计，包括 用于过程流体的管道段；衬套，同轴设置在管道段和过程流体之间； 线圈，用于在过程流体上诱发电动势；和 用于感测所述电动势的电极组件，该电极组件包括 壳体；电极，同轴设置在壳体内，并从壳体的第一端延伸穿过管道段和衬套到达过程流体；限位器，设置在电极和壳体之间；和灌封材料，设置在电极、限位器和壳体之间的空隙内。
18.根据权利要求17所述的磁通计，其中灌封材料设置在所述空隙内，使得电极组件 具有足够的应力阻抗，使得该磁通计实现ANSI 2500#压力等级。
19.根据权利要求17所述的磁通计，还包括设置在限位器和壳体之间的绝缘体和设置 在壳体的第二端上的帽，使得帽相对于壳体将电极、限位器和绝缘体保持在合适的位置。
20.根据权利要求17所述的磁通计，还包括用于产生作为电动势的函数的流量输出的 处理器。
全文摘要
一种电极组件(23)，包括壳体(41)、电极(31，32，33)、限位器(34)和灌封材料。壳体(41)具有第一端和第二端，电极(31，32，33)从壳体(41)的第一端延伸至过程流体。限位器(34)围绕电极(31，32，33)设置在壳体内部。灌封材料(48)填充壳体(41)的第一端和壳体(41)的第二端之间的空隙，使得灌封材料(48)在电极头部(32)经受来自过程流体的压力时限制电极(31，32，33)的移位。
文档编号G01B7/16GK102105766SQ200980129384
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者克雷格·艾伦·迪德里希斯 申请人:罗斯蒙德公司