DE60110836T2

DE60110836T2 - Selbstzentrierende magnetanordnung zur verwendung in einem linearen wegmesser

Info

Publication number: DE60110836T2
Application number: DE60110836T
Authority: DE
Inventors: P. John DILGER; P. Donald PEPPERLING; K. Nile DIELSCHNEIDER; C. James HAWKINS; E. David WOOLLUMS
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2021-12-15
Also published as: RU2276397C2; CN1491376A; BR0116783A; DE60110836D1; WO2002057861A1; CA2435179A1; CA2435179C; BRPI0116783B1; CN1232893C; AU2002232592B2; US20020007854A1; EP1354252B1; US6536469B2; EP1354252A1; RU2003125278A; JP2004523825A; MXPA03006368A; BRPI0116783B8; JP3943026B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Linearbewegungs-Messvorrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der Steuerung von Fluid in industriellen Prozessen wie etwa Öl- und Gasleitungssystemen, chemischen Prozessen usw. ist es häufig erforderlich, den Druck eines Fluids zu reduzieren und zu steuern. Regler werden typischerweise für diese Aufgaben verwendet, indem eine einstellbare Strömungsdrosselung durch den Regler vorgesehen ist. Der Zweck des Reglers bei einer gegebenen Anwendung kann sein, die Strömungsrate oder andere Prozessvariablen zu steuern, die Drosselstelle induziert jedoch inhärent eine Druckreduzierung als ein Nebenprodukt ihrer Strömungssteuerungsfunktion.
Beispielsweise ist eine spezielle Anwendung, bei der Regler verwendet werden, die Verteilung und Übertragung von Erdgas. Ein Erdgasverteilungssystem weist typischerweise ein Rohrleitungsnetz auf, das sich von einem Erdgasfeld zu einem oder mehreren Verbrauchern erstreckt. Um große Gasmengen zu transferieren, wird das Gas auf einen erhöhten Druck komprimiert. Wenn sich das Gas dem Verteilungsnetz und schließlich den Verbrauchern nähert, wird der Druck des Gases an Druckreduzierstationen reduziert. Die Druckreduzierstationen machen typischerweise von Reglern Gebrauch, um den Gasdruck zu reduzieren.
Es ist wichtig, dass das Erdgasverteilungssystem imstande ist, den Verbrauchern ausreichende Gasmengen zu liefern. Die Kapazität dieses Systems wird typischerweise durch den Systemdruck, die Rohrleitungsgröße und die Regler bestimmt, und die Systemkapazität wird häufig unter Verwendung eines Simulationsmodells bewertet. Die Genauigkeit des Systemmodells wird unter Verwendung von Strömungsdaten an verschiedenen Eingabestellen, Druckreduzierstellen und Abgabestellen bestimmt. Die Druckreduzierstellen beeinflussen die Kapazität des Gasverteilungssystems signifikant, und deshalb ist es wichtig, dass das Systemmodell die Druckreduzierstellen genau simuliert. Die Druckreduzierstellen befinden sich jedoch innerhalb des Verteilungssystems und werden deshalb nicht als geschützte Transferstellen betrachtet (d. h. als Stellen, an denen die Steuerung der Gasströmung von dem Verteilungssystem zu dem Verbraucher umschaltet). Infolgedessen ist die Strömungsmessung typischerweise nicht an den Druckreduzierstellen vorgesehen. Da ferner die Druckreduzierstellen keine geschützten Transferstellen sind, fallen die zusätzlichen Kosten für hohe Genauigkeit nicht an. Strömungsmessprobleme, die den oben in Bezug auf Erdgasverteilung beschriebenen ähnlich sind, sind auch bei anderen Anwendungen von Reglern vorhanden (d. h. bei industriellen Prozessen, chemischen Prozessen usw.).
Zusätzlich sind Regler aufgrund von Verschleiß während des Betriebs störungsanfällig, so dass die Fähigkeit, den Druck entlang einer Rohrleitung zu steuern, abnimmt. Ein beschädigter Regler kann zulassen, dass Fluid austritt, so dass die Verschwendung von Fluid zunimmt und möglicherweise eine gefährliche Situation geschaffen wird. Beschädigte Regler können zwar repariert oder ersetzt werden, es ist jedoch häufig schwierig den Ausfall eines Reglers zu detektieren und festzustellen, welcher Regler beschädigt ist. Das Detektieren eines Ausfalls und das Feststellen, welcher Regler ausgefallen ist, ist bei einem typischen Erdgastransportsystem, bei dem sich Rohrleitungen über mehrere Meilen erstrecken, schwieriger. Eine Vorrichtung, die einen Einrichtungsausfall detektiert und die Stelle des Ausfalls erkennt, ist also äußerst erwünscht.
Eine Linearbewegungs-Messvorrichtung ist häufig mit einer Einrichtung versehen, die sich bewegende Elemente wie etwa einen Regler mit einem Drosselelement hat, um ein Feedback bezüglich Betriebsparametern zu ermöglichen, siehe beispielsweise EP-A-0550350. Insbesondere werden häufig Feldeffektsensoren verwendet, um Information hinsichtlich der Position des Drosselelements zu liefern. Feldeffektsensoren weisen typischerweise einen Magneten und einen Magnetfeldsensor auf, die sich in Abhängigkeit von der Position des Drosselelements relativ zueinander bewegen. Der Magnet erzeugt ein Magnetflussmuster, das von dem Magnetfeldsensor erfasst wird. Infolgedessen können von dem Sensor detektierte Änderungen des Magnetflusses genutzt werden, um die Position des Magneten und somit des Drosselelements abzuleiten. Der Magnet muss auf der gleichen Längsdistanz und in der gleichen Stellung in Bezug auf den Sensor gehalten werden, anderenfalls wird das von dem Magneten erzeugte Magnetflussmuster geändert und das Linearbewegungs-Feedback wird verfälscht und ungenau.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung wird ein Druckregler gemäß der Definition in Anspruch 1 bereitgestellt, der Folgendes aufweist: ein Hauptgehäuse, das einen Einlass und einen Auslass hat, wobei ein Strömungsweg zwischen dem Einlass und dem Auslass definiert ist, ein Drosselelement, das in dem Strömungsweg bewegbar ist, und einen Drosselklappenwinkelgeber. Der Drosselklappenwinkelgeber weist auf: ein Magnetgehäuse, das in einer festgelegten Beziehung zu dem Hauptgehäuse gehaltert ist und eine innere Oberfläche definiert. Ein Magnet ist vorgesehen, der zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen und zur Bewegung mit dem Drosselelement ausgebildet ist, wobei der Magnet einen Nordpol und einen Südpol hat, wobei der Magnet einen Magnetfluss erzeugt. Ein Zentrierring ist zwischen dem Magneten und dem Magnetgehäuse positioniert, wobei der Zentrierring eine vorgespannte Wand aufweist, die wirksam ist, um den Magneten in dem Magnetgehäuse zu zentrieren. Ein Magnetfeldsensor ist positioniert, um den Magnetfluss zu detektieren.
Nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung dient eine Magnetanordnung gemäß der Definition in Anspruch 15 der Verwendung mit einem magnetischen Flusssensor, um einen Positionssensor zu bilden, der ausgebildet ist, um eine Position eines bewegbaren Elements zu detektieren. Die Magnetanordnung weist Folgendes auf: ein Magnetgehäuse, das eine innere Oberfläche definiert, und einen Magneten, der zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen und zur Bewegung mit dem bewegbaren Element ausgebildet ist, wobei der Magnet einen Nordpol und einen Südpol hat, wobei der Magnet einen Magnetfluss erzeugt. Ein Zentrierring ist zwischen dem Magneten und dem Magnetgehäuse positioniert, wobei der Zentrierring eine vorgespannte Wand aufweist, die wirksam ist, um den Magneten in dem Magnetgehäuse zu zentrieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neu erachtet werden, sind in den beigefügten Ansprüchen im Einzelnen angegeben. Die Erfindung ergibt sich im Einzelnen unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren bezeichnen; die Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Darstellung, die einen Regler mit einer Strömungsmessvorrichtung zeigt;
2 eine schematische Darstellung einer zusätzlichen Ausführungsform eines Reglers, der eine Strömungsmessvorrichtung aufweist;
3 eine Perspektivansicht der Regler-Strömungsmessvorrichtung;
4 im Querschnitt eine Seitenansicht der Regler-Strömungsmessvorrichtung;
5 ein Ablaufdiagramm, das schematisch einen anwenderspezifischen Grenzbereich einer Alarmroutine zeigt;
6 ein Ablaufdiagramm, das schematisch eine Logikalarm-Subroutine zeigt;
7A bis 7E Ablaufdiagramme, die schematisch spezielle Bereiche der Logikalarm-Subroutine zeigen;
8 im Querschnitt eine vergrößerte Seitenansicht einer Magnetanordnung zur Verwendung in einer Linearbewegungs-Messvorrichtung gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung;
9 ein Diagramm, das die in 8 gezeigte Magnetanordnung und das zugeordnete Flussmuster zeigt;
10 im Querschnitt eine vergrößerte Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Magnetanordnung;
11 im Querschnitt eine vergrößerte Seitenansicht von noch einer weiteren alternativen Ausführungsform der Magnetanordnung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Fluiddruckreglers wie etwa eines Gasdruckreglers 10. Der gezeigte Gasdruckregler 10 weist eine Gasströmungs-Messvorrichtung auf, wie noch beschrieben wird, wobei Messungen des aufstromseitigen Drucks, des abstromseitigen Drucks und des Öffnungsgrads der Öffnung genutzt werden, um die Strömung und andere Informationen zu berechnen. Es versteht sich, daß gemäß den Prinzipien der Erfindung auch ein Flüssigkeitsdruckregler vorgesehen werden kann, da der gezeigte Gasdruckregler nur ein Beispiel eines Fluiddruckreglers gemäß der Erfindung ist.
Der in 1 gezeigte Regler weist auf: einen Reglerkörper 12, ein Membrangehäuse 14 und ein oberes Gehäuse 16. In dem Reglerkörper 12 ist ein Einlass 18 zur Verbindung mit einer aufstromseitigen Rohrleitung und ein Auslass 20 zur Verbindung mit einer abstromseitigen Rohrleitung vorgesehen. Eine Öffnung 22 im Inneren des Reglerkörpers 12 stellt die Verbindung zwischen dem Einlass 18 und dem Auslass 20 her.
Eine Membran 26 ist im Inneren des Membrangehäuses 14 angebracht und teilt das Gehäuse 14 in einen oberen und einen unteren Bereich 14a, 14b. Eine Druckfeder 28 ist in der Mitte der Membran 26 angebracht und in dem unteren Bereich des Membrangehäuses 14b angeordnet, um die Membran 26 in einer Aufwärtsrichtung vorzuspannen.
Eine Spindel 30 ist an der Membran 26 angebracht und bewegt sie. Ein Drosselelement wie etwa ein Ventilteller 32 ist an dem unteren Ende der Spindel 30 angebracht und unter der Öffnung 22 angeordnet. Der Ventilteller 32 ist bemessen, um die Öffnung 22 vollständig abzusperren, so dass die Verbindung von dem Einlass 18 zu dem Auslass 20 blockiert wird. Es versteht sich also, dass die Druckfeder 28 den Ventilteller 32 in einer Aufwärtsrichtung vorspannt, um die Öffnung 22 zu schließen. Der Ventilteller 32 ist mit variierendem Querschnitt ausgebildet, so dass, während sich der Ventilteller 32 nach unten bewegt, der nicht abgesperrte (oder offene) Bereich der Öffnung 22 allmählich größer wird. Infolgedessen steht der offene Bereich der Öffnung 22 in direkter Beziehung zu der Position des Ventiltellers 32.
Der Gasdruck in der oberen Kammer der Membran 14a wird gesteuert, um den Ventilteller 32 zwischen der geschlossenen und der offenen Position zu bewegen. Der Druck in dem oberen Bereich des Gehäuses 14a kann auf verschiedene Weise bereitgestellt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Druck in dem oberen Bereich 14 von einem Belastungs-Vorsteuerventil (nicht gezeigt) gesteuert. Der Regler 10 kann jedoch von einem Typ sein, der einen anderen Typ von Betätigungselement wie etwa ein Entlastungs-Vorsteuerventil verwendet, oder der Regler 10 kann selbstbetätigt oder druckbelastet sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Eine weitere Alternative für die Steuerung des Gasdrucks in dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a weist ein erstes Rohr auf, das von der aufstromseitigen Rohrleitung zu dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a verläuft, wobei ein erstes Solenoid die hindurchgehende Gasströmung steuert. Ein zweites Rohr ist ebenfalls vorgesehen, das von dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a zu der abstromseitigen Rohrleitung verläuft und ein zweites Solenoid hat, das darin angeordnet ist, um die hindurchgehende Strömung zu steuern. Ein PC ist mit dem ersten und dem zweiten Solenoid verbunden, um ihren Betrieb zu steuern. Um den Druck in dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a zu erhöhen, wird das erste Solenoid geöffnet, um aufstromseitigen Druck in den oberen Bereich zu lassen, so dass die Membran 26 nach unten getrieben wird, um die Öffnung 22 zu öffnen. Gas kann durch das zweite Solenoid abgelassen werden, so dass der Druck in dem aufstromseitigen Bereich 14a reduziert und die Membran 26 angehoben wird, so dass die Öffnung 22 geschlossen wird. Ungeachtet der Art und Weise, wie der Druck bereitgestellt und gesteuert wird, versteht es sich, dass ein erhöhter Druck die Membran 26 und den angebrachten Ventilteller 32 nach unten bewegt, um die Öffnung 22 zu öffnen, wohingegen ein verringerter Druck die Öffnung 22 schließt. Diese Anordnung ist nur beispielhaft angegeben und soll den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, da andere in der Technik wohlbekannte Anordnungen ebenfalls verwendet werden können.
Drucksensoren sind an der Aufstromseite und der Abstromseite des Drosselelements vorgesehen, um den aufstromseitigen und den abstromseitigen Druckpegel P₁, P₂ zu messen. Wie in 1 gezeigt ist, sind der erste und der zweite Drucksensor 34, 35 an dem oberen Gehäuse 16 angebracht. Ein Rohr 36 erstreckt sich von dem Drucksensor 34 und mündet in die Rohrleitung, die an der Aufstromseite des Reglereinlasses 18 angeordnet ist. Ein zusätzliches Rohr 37 erstreckt sich von dem zweiten Drucksensor 35 und mündet in die Rohrleitung, die an der Abstromseite des Reglerauslasses 20 angeordnet ist. Während also der erste und der zweite Drucksensor 34, 35 an dem oberen Gehäuse 16 angebracht sind, leiten die Rohre 36, 37 aufstromseitigen bzw. abstromseitigen Gasdruck zu dem ersten bzw. dem zweiten Drucksensor 34, 35. Alternativ können der erste und der zweite Drucksensor 34, 35 direkt in der aufstromseitigen und abstromseitigen Rohrleitung angeordnet sind, wobei Verdrahtungen von den Drucksensoren zu dem oberen Gehäuse 16 verlaufen. Um, falls erwünscht, eine Temperaturkorrektur zu ermöglichen, ist ein Prozessfluidtemperaturgeber 48 in der aufstromseitigen Rohrleitung angeordnet, der die Prozesstemperatur misst.
Das obere Gehäuse 16 weist ferner einen Sensor zum Bestimmen der Ventiltellerposition auf. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die Spindel 30 an dem Ventilteller 32 angebracht und mit der Membran 26 verbunden. Ein Bewegungsanzeiger 40, der bevorzugt eine Verlängerung der Spindel 30 ist, erstreckt sich von der Membran und in das obere Gehäuse 16, so dass die Position des Ventiltellers 32 der Position des Ventiltellers 32 entspricht. Der Sensor weist deshalb eine Bewegungsanzeiger-Erfassungseinrichtung, bevorzugt einen Hall-Effekt-Sensor, auf. Der Hall-Effekt-Sensor weist einen Hall-Effekt-Magneten 42 auf, der an einem oberen Ende des Bewegungsanzeigers 40 angebracht ist.
Ein Magnetsensor 44 ist im Inneren des oberen Gehäuses 16 angeordnet, um die Lage des Hall-Effekt-Magneten 42 zu erfassen. Durch Detektieren der Position des Magneten 42 können die Lage des Ventiltellers 32 und somit der offene Bereich der Öffnung 22 bestimmt werden. Ein zweiter Bewegungsanzeiger (nicht gezeigt) kann mit dem Bewegungsanzeiger 40 gekoppelt sein, um eine Sichtanzeige der Bewegung des Ventiltellers zu ermöglichen. Der zweite Bewegungsanzeiger verläuft von dem Bewegungsanzeiger 40 nach oben und durch das obere Gehäuse 16 und erstreckt sich über der oberen Oberfläche des oberen Gehäuses 16.
Bei der in 2 gezeigten alternativen Ausführungsform wird der Belastungsdruck in dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a gemessen, um die Ventiltellerposition abzuleiten. Es versteht sich, dass die Position des Ventiltellers 32 mit dem Druck variiert, der in dem oberen Bereich 14a des Membrangehäuses vorhanden ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein Belastungsdrucksensor 46 in dem oberen Gehäuse 16 vorgesehen, um den Druck an dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a zu messen. Der gemessene Belastungsdruck kann dann genutzt werden, um die Ventiltellerposition zu bestimmen.
Es wird wiederum auf die Ausführungsform von 1 Bezug genommen. Der erste und der zweite Drucksensor 34, 35 und der Bewegungssensor 44 liefern ein Ausgangssignal, das einem elektronischen Strömungsmodul 50 zugeführt wird. Das elektronische Strömungsmodul 50 kann mit dem Regler integral vorgesehen sein, wie etwa in dem oberen Gehäuse 16, wie in 1 gezeigt ist, oder kann entfernt positioniert sein. Der Einlassdruck, der Auslassdruck und die Ventiltellerposition dienen dazu, die Strömung durch die veränderbare Öffnung des Reglers 10 zu bestimmen. Für die unterkritische Gasströmung wird die Strömungsrate unter Anwendung des folgenden Algorithmus berechnet:
wobei

F: = Strömungsrate,
K₁: = absolute Temperaturkonstante,
G: = relative Dichte des Strömungsmediums,
T: = absolute Temperatur des Strömungsmediums,
K₂: = Spindelpositions-Konstante,
Y: = Spindelposition,
P₁: = absoluter aufstromseitiger Druck,
K₃: = Verkleidungsgestalt-Konstante und
P₂: = absoluter abstromseitiger Druck.

Die Spindelpositions- und Verkleidungsgestalt-Konstanten K₂, K₃ sind spezifisch für die spezielle Größe und den speziellen Typ des Reglers und hängen hauptsächlich von der speziellen Verkleidungsgröße und -gestalt ab. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, kann das Produkt von K₂ und Y zu einem herkömmlichen Strömungsbemessungskoeffizienten äquivalent sein. Der obige Algorithmus ist geeignet zur Berechnung der unterkritischen (d. h. P₁ – P₂ < 0,5P₁) Gasströmungsrate durch lineare metallverkleidete Reglertypen.
Für kritische Gasströmungen wird die Berechnung durch Eliminierung der Sinusfunktion modifiziert. Für andere Reglertypen wie etwa nichtlineare metallverkleidete oder elastomere Reglertypen wird ein ähnlicher Algorithmus angewandt, die Spindelpositions-Konstante K₂ wird jedoch zu einer Funktion, die mit dem Druckabfall ΔP (d. h. der Differenz zwischen dem aufstromseitigen und dem abstromseitigen Druck P₁, P₂) und/oder der Ventilspindelposition in Beziehung ist, was in der Technik wohl bekannt ist. Für die Flüssigkeitsströmung wird die Gleichung zu:
wobei

F: = Strömungsrate,
K₁: = absolute Temperaturkonstante,
G: = relative Dichte des Strömungsmediums,
T: = absolute Temperatur des Strömungsmediums,
K₂: = Spindelpositions-Konstante,
Y: = Spindelposition,
P₁: = absoluter aufstromseitiger Druck und
P₂: = absoluter abstromseitiger Druck.

Eine ähnliche Berechnung wird bei der Ausführungsform von 2 angewandt, die den Belastungsdruck in dem oberen Bereich des Membrangehäuses 14a misst, um die Bewegung des Ventiltellers abzuleiten, mit der Ausnahme, dass eine Belastungsdruck-Konstante K₄ und ein Manometer-Belastungsdruck P_L die Werte der Spindelpositions-Konstanten K₂ und der Spindelposition Y ersetzen. Die Belastungsdruck-Konstante K₄ ist außerdem anwendungsspezifisch und muss für jeden Typ von Regler 10 bestimmt werden. Für nichtlineare elastomere Drosselelemente ist die Belastungsdruck-Konstante K₄ eine Funktion von ΔP und P_L.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ferner ein lokales Strömungsbetrachtungsmodul 52 innerhalb des oberen Gehäuses 16 angeordnet. Das lokale Strömungsbetrachtungsmodul 52 weist einen elektronischen Strömungssummierer auf, der summierte Strömungsinformation liefert. Das lokale Strömungsbetrachtungsmodul 52 hat ferner eine Ausgangsöffnung, die einer Hand-Kommunikationseinrichtung Zugang gestattet, um zu der summierten Strömung Zugang zu bekommen und den lokalen Strömungssummierer für den zukünftigen Gebrauch rückzusetzen. Bei der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform weist das lokale Strömungsbetrachtungsmodul 52 eine LCD-Ausleseeinrichtung auf, die im Inneren des oberen Gehäuses 16 eingeschlossen ist. Eine Kappe 17, die an der Oberseite des oberen Gehäuses 16 angebracht ist, hat ein klares Kunststofffenster, welches das Betrachten der LCD-Ausleseeinrichtung gestattet.
Ein Kommunikationsmodul 54 sendet Strömungsdaten an eine Hilfs-Kommunikationseinrichtung 55 wie etwa eine abgesetzte Endgeräteinheit (RTU), einen PC oder eine andere Einrichtung, die imstande ist, die Reglersteuerungen abzufragen. Das Kommunikationsmodul 54 kann eine Antenne 53 aufweisen, um einem abgesetzten Zäh lerlesesystem (nicht gezeigt) Strömungsinformation zu senden. Ferner ist ein Energiemodul 56 vorgesehen, um die Strömungsmesseinrichtung mit Energie zu versorgen. Das Energiemodul 56 ist imstande, eine regulierte Spannung für die gesamte Vorrichtung zu liefern, und kann durch irgendeine wohlbekannte Quelle wie etwa Solar-, Batterie- und Gleichstrom- oder Wechselstrom-Energiequellen gespeist werden.
Es versteht sich, dass das elektronische Strömungsmodul 50, das lokale Strömungsbetrachtungsmodul 52, das Kommunikationsmodul 54 und das Energiemodul 56 separat vorgesehen sein können, wie 1 zeigt, oder an einer einzigen Hauptleiterplatte vorgesehen sein können, die im Inneren des oberen Gehäuses 16 angeordnet ist.
Die berechnete Strömungsrate durch den Regler 10 kann unter Verwendung eines separaten Strömungsmessers 58 rasch und auf einfache Weise kalibriert werden. Der Strömungsmesser 58, der eine Turbine oder ein anderer Typ von Messeinrichtung sein kann, wird vorübergehend in die abstromseitige Rohrleitung eingeführt, um die Ist-Fluidströmung zu messen. Der Strömungsmesser 58 liefert eine Rückinformation an eine Hilfs-Kommunikationseinrichtung 55 (RTU, PC usw.) oder unmittelbar an die Hauptleiterplatte. Die Rückinformation kann genutzt werden, um auf der Basis von beobachteten Strömungsbedingungen eine Fehlerfunktion zu erzeugen, die dann in die von dem Regler 10 durchgeführten Strömungsberechnungen eingeführt wird, so dass genauere Strömungsdaten erhalten werden.
Eine zur Zeit bevorzugte Ausführungsform der Strömungsmess- und Diagnosevorrichtung des Reglers ist in 3 gezeigt und allgemein mit 100 bezeichnet. Wie 3 zeigt, weist die Vorrichtung 100 ein Magnetgehäuse 101 auf, das ein erstes Ende 102 hat, das zur Verbindung mit dem Membrangehäuse 14 des Reglers ausgebildet ist. Das Magnetgehäuse 101 definiert eine innere Oberfläche 250 und umschließt einen Bewegungsanzeiger 103 (4), der zur Verbindung mit der Membran 26 (1) in dem Regler ausgebildet ist.
Eine Magnetanordnung 252 ist im Inneren des Magnetgehäuses 101 angeordnet, um ein Magnetflussmuster zu liefern. Wie am besten in den 4, 8 und 9 gezeigt ist, weist die Magnetanordnung 252 einen einzigen Stabmagneten 254, bevorzugt von zylindrischer Gestalt, auf, der einen Nordpol 256 und einen Südpol 258 hat. Der Magnet 254 ist bevorzugt ein aus dem magnetischen Material Alnico V bestehender Permanentmagnet, der als eine konstante Magnetflussquelle dient. Der Magnet 254 ist bevorzugt in einem hin- und hergehender Körper 260 verpackt ist, der eine zentrale Bohrung 261 hat, die bemessen ist, um den Magneten 254 aufzunehmen. Der hin- und hergehender Körper 260 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, bevorzugt Aluminium oder Keramik, und hat eine äußere Oberfläche 263, die bemessen ist, um von der inneren Oberfläche 250 des Magnetgehäuses 101 gleitbar aufgenommen zu werden. Der hin- und hergehender Körper 260 kann zweckmäßigerweise ein zweistückiges oder Zweischalengehäuse sein, das durch ein geeignetes Befestigungselement zusammengehalten wird.
Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform sind flussformende Polstücke 262, 264 im Inneren von gegenüberliegenden Endausnehmungen 265 des hin- und hergehender Körpers 260 schraubbar befestigt, um den von dem Magneten 254 erzeugten Magnetfluss zu formen. Jedes von den Polstücken 262, 264 weist eine Fläche 266 auf, die angeordnet ist, um gegenüberliegenden Polendflächen 268 des Magneten 254 gegenüberzuliegen und daran anzuliegen, wie am besten in 9 gezeigt ist. Die Polstücke 262, 264, die aus einem geeigneten magnetischen Material wie etwa kaltgewalztem Stahl G10100 bestehen, haben bevorzugt allgemein zylindrische Gestalt mit gegenüberliegenden parallelen kreisförmigen Oberflächen 266, 272 und einer zylindrischen Oberfläche 274, die angeordnet ist, um einem Längsraum gegenüberzuliegen, der einen Magnetfeldsensor 276 enthält. Eine kegelstumpfförmige Oberfläche 278 bildet einen Übergang zwischen den kreisförmigen Oberflächen 266 und der zylindrischen Oberfläche 274 und liegt ebenfalls dem Längsraum gegenüber.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Magnet 254 einen Durchmesser von ungefähr 0,375 inch und eine Länge von ungefähr 2,5 inch. Der Durchmesser der kreisförmigen Flächen 266 an den Polstücken 262, 264 ist ungefähr 0,375 inch, und die zylindrische Oberfläche 274 hat einen Durchmesser von ungefähr 0,8125 inch und eine Länge entlang einer Achse 280 von ungefähr 0,125 inch. Die kegelstumpfförmige Oberfläche 278 ist unter einem Winkel von ungefähr 20° zu der Oberflä che 266 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 276 ist an dem Ventilgehäuse oder einem anderen stationären Objekt angebracht und entlang einer Achse 282 parallel zu der Achse 280 orientiert. Der hin- und hergehende Körper 260 ist angeordnet, um sich entlang der Achse 280 zu bewegen. Bei einer Sensoranordnung gemäß der Beschreibung ist die Achse 282 0,625 inch von der Achse 280 entfernt.
Für die vorliegende Erfindung ist es wichtig, dass die zylindrische Oberfläche 274 parallel zu und koaxial mit der Achse 280 und einer Oberfläche 286 des Magneten 254 ist. Diese Beziehung wird erreicht durch die kreisförmige Fläche 266 an dem Polstück, die der kreisförmigen Polfläche 268 des Magneten gegenüberliegt, und die koaxiale Beziehung der Oberflächen 266 und 274. Als Folge dieser Bedingung ist der Magnetfeldfluss um die Achse 280 des Magneten herum symmetrisch. Wie 9 zeigt, formen die Länge des Magneten 254 in einer Richtung entlang der Achse 280 und die Konfiguration der zylindrischen Oberfläche 274 und der kegelstumpfförmigen Oberfläche 278 das Streifenmagnetflussmuster in einem dem Magneten 254 benachbarten Bereich, so dass der Magnetfluss entlang der Achse 282 parallel zu der Achse 280 linear variiert. Deshalb erfasst ein magnetischer Verlagerungssensor 276 eine Flussdichte, die entlang der Länge der Bewegung des Sensors linear variiert. Da der Magnetfluss um den Außenumfang des Magneten herum einheitlich ist, ist der Sensor gegenüber einer relativen Drehung der Elemente um die Achse 280 unempfindlich. Der Sensor ist also gegenüber einer Drehung des Magneten 254 um seine Achse 280 unempfindlich.
Die Flussdichte nimmt entlang der Längslinie 282 parallel zu dem Magneten von dem Mittelpunkt 288 der Anordnung zu den Polen hin auf eine maximale Flussdichte unmittelbar gegenüber den Polflächen 274 zu. Da die Pole 256, 258 entgegengesetzt orientiert sind, sind die Flussrichtungen durch den Sensor 276 entgegengesetzte Richtungen an den Bereichen entlang der Linie 282 an jeder Seite des Mittelpunkts 288. Die Flussdichte variiert also entlang der Linie 282 von einem Maximum in der einen Richtung angrenzend an die Polfläche 274 einem Pol 256 benachbart durch Null an dem Mittelpunkt 288 auf ein Maximum in der entgegengesetzten Richtung angrenzend an die Polfläche 274 dem anderen Pol 258 benachbart. An dem in der Mitte zwischen den Polstücken befindlichen Mittelpunkt 288 ist die Magnetflussdichte null. Der Sensor wird kalibriert durch Anordnen des Sensors 276 an dem Mittelpunkt 288, wo die Magnetfeldstärke null ist, und Kalibrieren des Sensors.
Im Gebrauch bewegt sich der hin- und hergehende Körper 260 entlang der Linie 280 hin und her, wobei er bewirkt, daß das linear variierende Flussmuster des Magneten 254 entlang dem Sensor 276 verläuft, um eine Spannung zu erzeugen, die zu der relativen Position des Magneten 254 in Bezug auf die Magnetanordnung 252 proportional ist. Durch das Formen des streifenförmigen Flusses linearisieren die Polstücke 262, 264 den Fluss über die Länge des Magneten. Die Polstücke 262, 264 erhöhen also dramatisch den Nutzbereich und die Genauigkeit der durch den Magnetfeldsensor 276 erzeugten Spannungsmesswerte.
Ein Paar von Zentrierringen 290 ist vorgesehen, um die Genauigkeit der Sensorspannungsmesswerte weiter zu verbessern, indem sichergestellt wird, dass die Magnetanordnung 252 in dem Magnetgehäuse 101 zentriert ist. Wie am besten 8 zeigt, ist ein Paar von Nuten 292 in der äußeren Oberfläche 263 des hin- und hergehender Körpers gebildet. Die Zentrierringe 290 sind in die Nuten 292 eingesetzt, wobei jeder eine nach außen vorgespannte äußere Wand 294 hat. Die äußere Wand 294 ist mit der inneren Oberfläche 250 des Magnetgehäuses 101 in Eingriff, so dass dadurch die Magnetanordnung 252 im Inneren des Magnetgehäuses 101 zentriert ist. Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform weist jeder Zentrierring 290 einen aus einem relativ elastischen Material wie etwa Gummi gebildeten kreisförmigen Innenring 296 und einen Außenring 298 auf, der aus einem relativ steifen Material gebildet ist, das eine relativ niedrige Reibungszahl hat, wie etwa Kunststoff, um zuzulassen, daß die Außenringe 298 entlang der inneren Oberfläche 250 des Magnetgehäuses gleiten. Es versteht sich jedoch, dass andere Materialien verwendet werden können, um die äußere Wand 294 nach außen vorzuspannen. Beispielsweise hat bei der in 10 gezeigten Ausführungsform jeder Zentrierring 290 ein inneres Element, das eine ringförmige Feder 299 aufweist, und ein äußeres Element, das einen Außenring 298 aus Kunststoff aufweist. Die ringförmige Feder 299 kann aus Metall wie etwa Stahl gebildet sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, ist ein Paar von Zentrierringen 300 vorgesehen, die eine einwärts gerichtete Kraft zum Zentrieren eines Magneten 302 in dem Magnetgehäuse 101 erzeugen. Polstücke 304, 306 sind an entgegengesetzten Enden des Magneten 302 positioniert, um den Magnetfluss zu formen. Ein hin- und hergehender Körper 308 ist vorgesehen, um den Magneten 302 und die Polstücke 304, 306 in einer integralen Magnetanordnung 310 zu verpacken. Nuten 312 sind in der inneren Oberfläche 250 des Magnetgehäuses 101 gebildet und bemessen, um äußere Bereiche der Zentrierringe 300 aufzunehmen. Jeder Zentrierring 300 weist eine innere Wand 314 auf, die nach innen vorgespannt ist, um mit einer äußeren Oberfläche 316 des hin- und hergehender Körpers 308 in Eingriff zu sein. Bei der Ausführungsform von 11 weist jeder Zentrierring 300 ein inneres steifes Element wie etwa einen inneren Kunststoffring 318 auf, der die innere Wand 314 definiert. Jeder Zentrierring 300 weist ferner ein äußeres elastisches Element wie etwa eine äußere ringförmige Feder 320 auf, die auf den inneren Kunststoffring 318 wirkt und ihn nach innen schiebt, um die innere Wand 314 vorzuspannen. Infolgedessen ist der Magnet 302 im Inneren des Magnetgehäuses 101 zentriert.
Jede von den dargestellten Ausführungsformen zeigt zwar die Verwendung von zwei Zentrierringen, es versteht sich jedoch, dass in Abhängigkeit von der relativen Länge der vorgespannten Wand und des Magneten ein einzelner Zentrierring verwendet werden kann. Ferner können mehr als zwei Zentrierringe verwendet werden, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ein elektrisches Gehäuse 106 ist an dem Magnetgehäuse 101 angebracht und hat eine erste Drucköffnung 107, eine zweite Drucköffnung 108, eine Hilfs-Drucköffnung 109 und eine Hilfsöffnung 110 (3). Eine erste Drucksensoranordnung 111 ist in das Innere der ersten Drucköffnung 107 eingesetzt, und ein Rohr (nicht gezeigt) verbindet die Anordnung 111 mit dem aufstromseitigen Abschnitt des Strömungskanals. Eine zweite Drucksensoranordnung 114 ist in die zweite Drucköffnung 108 eingesetzt, und ein Rohr (nicht gezeigt) verbindet die zweite Anordnung 114 mit dem abstromseitigen Abschnitt des Strömungskanals. Eine dritte Drucksensoranordnung 115 kann in die Hilfs-Drucköffnung 109 zur Messung an einem dritten Druckpunkt eingesetzt sein. Der dritte Druck sensor 115 kann dazu verwendet werden, den Druck an vielen verschiedenen Stellen einschließlich dem Strömungskanal oder in dem Regler zu messen, um die Stopfenbewegung abzuleiten, wie oben im Einzelnen in Bezug auf die vorhergehende Ausführungsform beschrieben ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine vierte Drucköffnung 117 zum Messen des Atmosphärendrucks vorgesehen. Die Hilfsöffnung 110 ist zum Empfang einer diskreten oder analogen Eingabe von einer anderen Einrichtung wie etwa einem Temperaturgeber 48 vorgesehen, der in 1 gezeigt ist. Zusätzlich ist eine E/A-Öffnung 112 zur Verbindung mit einer außenseitigen Einrichtung vorgesehen, wie nachstehend im Einzelnen erläutert wird.
Eine Vielzahl von Leiterplatten 120a bis e ist im Inneren des Gehäuses vorgesehen, um verschiedene Operationen der Vorrichtung 100 zu steuern (5). Bei der gezeigten Ausführungsform kann eine erste (oder Haupt-)Leiterplatte 120a eine Schnittstelle für den ersten, den zweiten, den dritten Drucksensor und die Atmosphärendrucksensoren und einen Anschluss für den Magnetfeldsensor 276 aufweisen. Eine zweite (oder Kommunikations-)Leiterplatte 120b bildet eine Schnittstelle für die Kommunikation mit externen Einrichtungen. Die zweite Leiterplatte 120b kann einen Anschluss für die drahtgebundene Übertragung wie etwa eine Modemkarte, einen RF232-Kommunikationstreiber und ein CDPD-Modem aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Transceiver für drahtlose Kommunikation vorgesehen sein. Eine dritte (oder Haupt-)Leiterplatte 120c weist bevorzugt einen Prozessor, einen Speicher, eine Echtzeituhr und Kommunikationstreiber für zwei Übertragungskanäle auf. Der Prozessor kann unter anderem einen oder mehrere der oben angegebenen Algorithmen zum Berechnen der Strömungsrate aufweisen, während der Speicher ausgewählte Parameter wie etwa die hohen und niedrigen Drücke für jeden Tag speichern kann. Eine fakultative vierte Leiterplatte 120d bildet eine Schnittstelle für die Hilfs-Kommunikationseinrichtung 55. Ferner ist eine fünfte (oder Abschluss-)Leiterplatte 120e vorgesehen, die einen Energieversorgungsregler, einen Feldabschluss (zum Anschluss an E/A-Einrichtungen), eine Reserve-Energieversorgung und Anschlüsse hat, in welche die anderen Leiterplatten 120a bis d einsteckbar sind. In der dargestellten Ausführungsform sind zwar fünf Leiterplatten 120a bis e gezeigt, es versteht sich jedoch, dass eine einzelne Leiterplatte, weniger als fünf Leiterplatten oder mehr als fünf Leiterplatten verwendet werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich deshalb, dass eine Kommunikation zwischen der Vorrichtung 100 und einer externen Einrichtung über HF-Modem, Ethernet oder eine andere bekannte Übertragungseinrichtung erfolgen kann. Der Prozessor läßt zu, dass die externen Einrichtungen Informationen wie etwa erwünschte Druck-Sollwerte und Alarmbedingungen in die Vorrichtung 100 eingeben und in dem Speicher gespeicherte Daten abrufen. Die abgerufenen Daten können das Alarmprotokoll und gespeicherte Betriebsparameter aufweisen. Beispielsweise kann die abgerufene Information eine Vorgeschichte von in dem Speicher periodisch gespeicherten aufstromseitigen und abstromseitigen Drücken aufweisen, so dass die Vorrichtung 100 die Funktion einer Druckaufzeichnungseinrichtung ermöglicht.
Nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung weist der Prozessor eine Routine zum Erzeugen von Alarmsignalen auf. Ein erster Bereich der Routine vergleicht gemessene Parameter (d. h. den aufstromseitigen Druck, den abstromseitigen Druck und die Bewegungsposition) mit bestimmten von dem Anwender bestimmten Grenzwerten, wie in 5 schematisch gezeigt ist. Zusätzlich können eine oder mehrere logische Subroutinen ausgeführt werden, die mindestens zwei von den gemessenen Parametern vergleichen und auf der Basis einer bestimmten logischen Operation ein Alarmsignal erzeugen, wobei Beispiele hierfür in den 6 und 7A bis 7D schematisch gezeigt sind.
Es wird zunächst auf die Pegelalarme eingegangen. Eine Prüfung wird in 150 initiiert, um zu bestimmen, ob von dem Anwender irgendwelche Pegel-Grenzwerte eingegeben worden sind. Die Druck-, Bewegungs-, Strömungs- und Batteriewerte werden zunächst in 151 mit von dem Anwender eingegebenen Hoch-Hoch-Grenzwerten verglichen. Wenn einer von den Werten die Hoch-Hoch-Grenzwerte überschreitet, werden in 152 das Datum und die Zeit gelesen, und ein entsprechender Hoch-Hoch-Alarm wird bei 153 protokolliert. Dann werden in 154 die Messwerte mit von dem Anwender eingegebenen hohen Grenzwerten verglichen. Wenn einer von den Werten die hohen Grenzwerte überschreitet, werden in 155 das Datum und die Zeit gelesen, und ein entsprechender Hoch-Alarm wird in 156 protokolliert. Die Werte werden dann in 157 mit von dem Anwender eingegebenen niedrigen Grenzwerten verglichen. Wenn einer von den Werten niedriger als ein von dem Anwender eingegebener niedriger Grenzwert ist, werden in 158 das Datum und die Zeit gelesen, und ein entsprechender Niedrig-Alarm wird in 159 protokolliert. Schließlich werden in 160 die Werte mit von dem Anwender eingegebenen Niedrig-Niedrig-Grenzwerten verglichen. Wenn einer von den Werten niedriger als ein Niedrig-Niedrig-Grenzwert ist, werden in 161 das Datum und die Zeit gelesen, und ein entsprechender Niedrig-Niedrig-Alarm wird in 162 protokolliert.
Zusätzliche Grenzwertalarme können auf der Basis der berechneten Strömungsrate F eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Anwender Grenzwerte für die momentane und akkumulierte Strömung eingeben. Wenn die berechnete Strömungsrate F einen dieser Grenzwerten überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst. Ein weiterer Alarm kann auf der Basis der Spindelbewegung vorgesehen sein. Der Anwender kann einen Grenzwert für akkumulierte Spindelbewegungsdistanz eingeben und einen Wartungsalarm auslösen, wenn die akkumulierte Spindelbewegung den Grenzwert überschreitet.
Nach dem Prüfen der von dem Anwender eingegebenen Grenzwertalarme kann eine oder können mehrere logische Subroutinen ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob logische Alarmbedingungen existieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jede von den logischen Subroutinen zu einer einzigen, integrierten logischen Subroutine zusammengefasst, wie allgemein in 6 dargestellt ist. Wie 6 zeigt, beginnt die Subroutine, indem sie in 165 bei der Berechnung der Strömung durch den Druckregler sämtliche Druck- und Bewegungsdaten sammelt. Jeder von den gemessenen Parametern wird dann sowohl mit den anderen gemessenen Parametern als auch mit von dem Anwender bestimmten Sollwerten verglichen. Die logischen Alarme werden in 166 in Bezug auf aufstromseitigen Druck, in 167 in Bezug auf abstromseitigen Druck, in 168 in Bezug auf Hilfsdrücke, in 169 in Bezug auf Spindelbewegung und in 170 in Bezug auf Strömungsrate überwacht. Zusätzliche logische Alarme können auch für die Rückkopplung von der dritten Drucksensoranordnung und der mit dem E/A-Anschluss 112 verbundenen Hilfseinrichtung vorgesehen sein. Nachdem die relativen Werte von jedem dieser Parameter erhalten sind, werden dann die logischen Alarme geprüft, wie nachstehend im Einzelnen erläutert wird.
Eine bevorzugte Operationsfolge zum Bestimmen von logischen Alarmen auf der Basis des aufstromseitigen Drucks (Schritt 166) ist in 7A schematisch gezeigt. Zunächst führt die Subroutine in 172 eine Prüfung in Bezug auf einen eingegebenen Wert aus, der sich auf den aufstromseitigen Druck bezieht. Wenn ein sich auf den aufstromseitigen Druck beziehender Wert eingegeben ist, bestimmt die Subroutine in 173, ob der gemessene aufstromseitige Druck größer, in 174, ob er kleiner, oder in 175, ob er gleich dem von dem Anwender eingegebenen Werts sein muss. Für jeden relativen Vergleich (d. h. die Schritte 173, 174 und 175) wird eine Reihe von Unterschritten ausgeführt, wie in den 7B bis 7D gezeigt ist.
Wenn ein Alarm erfordert, dass der aufstromseitige Druck größer als ein bestimmter Wert ist, führt die Subroutine in 176 zunächst eine Prüfung in Bezug auf einen von dem Anwender eingegebenen bestimmten aufstromseitigen Druckwert (7B) aus. Wenn der Anwender einen Wert für den aufstromseitigen Druck eingegeben hat, wird in 177 der gemessene aufstromseitige Druck mit diesem eingegebenen Wert verglichen. Wenn der Messwert größer als der eingegebene Wert ist, wird in 178 das Aufstromdruck-größer-als-Flag gesetzt. Wenn kein bestimmter von dem Anwender eingegebener Wert verwendet wird, führt die Subroutine in 179 eine Prüfung aus, um festzustellen, ob der abstromseitige Druck mit dem aufstromseitigen Druck zu vergleichen ist. Bei Ja, bestimmt die Subroutine in 180, ob der aufstromseitige Druck größer als der abstromseitige Druck ist. Bei Ja, wird in 181 das Aufstromdruck-größer-als-Abstromdruck-Flag gesetzt. Wenn der abstromseitige Druck nicht als ein logischer Alarm genutzt wird, führt dann die Subroutine in 182 eine Prüfung in Bezug auf einen logischen Alarmwert auf der Basis des Hilfsdrucks aus. Wenn der Hilfsdruck als ein logischer Alarm genutzt wird, prüft die Subroutine in 183, ob der aufstromseitige Druck größer als der abstromseitige Druck ist. Bei Ja, wird in 184 das Aufstromdruck-größer-als-Hilfsdruck-Flag gesetzt.
Wie die 7C und 7D zeigen, führt die Subroutine in 185 bis 202 ähnliche Schritte aus, um zu bestimmen, ob der aufstromseitige Druck kleiner oder gleich einem logischen Alarmwert ist. Ferner werden Operationen, die mit den in den 7B bis 7D gezeigten identisch sind, in Bezug auf die abstromseitigen und Hilfsdrücke ausgeführt, um zu bestimmen, ob sie größer, kleiner oder gleich bestimmten logischen Alarmwerten sind. Da diese Operationen identisch sind, sind keine diese Schritte zeigenden separaten Ablaufdiagramme vorgesehen.
Es wird nun auf logische Alarme auf der Basis der Bewegung (Schritt 169) Bezug genommen (7A); ein logisches Ablaufdiagramm ist in 7E gezeigt. Die Subroutine prüft also zunächst in 203, ob kein logischer Wert bezüglich der Bewegungsposition eingegeben worden ist. Wenn ein logischer Wert bezüglich der Bewegungsposition eingegeben worden ist, bestimmt die Subroutine in 204, ob der Messwert größer als der logische Wert sein muss. Wenn der logische Operator größer als der Grenzwert ist, bestimmt die Subroutine in 205, ob die gemessene Bewegungsposition größer als der eingegebene Wert ist. Bei Ja, wird in 206 das Bewegung-größer-als-Flag gesetzt. Wenn kein "Größer-als"-Grenzwert für die Bewegung verwendet wird, führt dann die Subroutine in 207 eine Prüfung in Bezug auf einen "Kleiner-als"-Grenzwert aus. Wenn ein "Kleiner-als"-Grenzwert detektiert wird, bestimmt die Subroutine in 208, ob die gemessene Bewegung kleiner als der eingegebene Wert ist. Bei Ja, wird in 209 das Bewegung-kleiner-als-Flag gesetzt. Wenn kein "Kleiner-als"-Wert verwendet wird, führt die Subroutine in 210 eine Prüfung in Bezug auf einen "Gleich-wie"-Operatorgrenzwert aus. Wenn ein "Gleich-wie"-Grenzwert verwendet wird, bestimmt die Subroutine in 211, ob die gemessene Bewegung gleich dem eingegebenen Wert ist. Bei Ja, wird in 212 das Bewegung-gleich-Flag gesetzt. Eine ähnliche Schrittfolge kann angewandt werden, um zu bestimmen, ob die berechnete Strömungsrate größer, kleiner oder gleich einem logischen Strömungsalarmwert ist, entsprechend Schritt 170 von 6.
Auf der Basis der logischen Flags, die gesetzt werden können, können bestimmte logische Alarme auf der Basis eines Vergleichs von zwei der gemessenen Parameter ausgelöst werden. Beispielsweise kann ein Abschaltproblem-Alarm gesetzt werden, der ausgelöst wird, wenn die Bewegungsposition gleich null ist und der abstromseitige Druck zunimmt (der momentane abstromseitige Druck ist größer als der unmittelbar vorausgehende gemessene abstromseitige Druck). Wenn die entsprechenden Betriebsbedingungen für das Setzen der entsprechenden logischen Flags vorliegen, wird der Abschaltproblem-Alarm ausgelöst, der bedeuten kann, dass Fluid durch den Druckregler möglicherweise aufgrund einer Beschädigung des Drosselelements austritt. Ein anderer logischer Alarm kann erzeugt werden, wenn der Bewegungswert größer als null ist und das abstromseitige Drucksignal abnimmt, was eine gebrochene Spindel bedeuten kann. Noch ein anderer logischer Alarm kann erzeugt werden, wenn der Bewegungswert größer als null ist und das aufstromseitige Drucksignal abnimmt, was eine gebrochene Spindel bedeuten kann. Noch ein anderer logischer Alarm kann erzeugt werden, wenn der Bewegungswert größer als null ist und das aufstromseitige Drucksignal zunimmt, was ebenfalls eine gebrochene Spindel oder ein anderes Problem mit dem Regler bedeuten kann. Ein weiterer logischer Alarm kann ausgelöst werden, wenn das Bewegungssignal größer als null ist und das abstromseitige Drucksignal größer als ein von dem Anwender eingegebener abstromseitiger Druck-Grenzwert ist, was ein Problem mit dem Vorsteuerventil bedeuten kann, das den Regler steuert. Andere logische Alarme können eingegeben werden, welche die verschiedenen gemessenen und berechneten Werte berücksichtigen, so dass andere potentielle Probleme mit dem Regler sofort angezeigt werden können.
Der dem Prozessor zugeordnete Speicher weist bevorzugt ein Alarmprotokoll auf, welches das Datum, die Zeit und den Typ des Alarms aufzeichnet. Das Alarmprotokoll ist über eine externe Kommunikationseinrichtung zugänglich, um das Abrufen einer Alarmvorgeschichte zu gestatten. Ferner weist der Prozessor bevorzugt eine Spontanmeldungsschaltung (RBX-Schaltung) auf, die einem abgesetzt angeordneten Zentralrechner alle Alarmzustände automatisch mitteilt. Potentielle Probleme in der Rohrleitung werden also rasch gemeldet, und die spezielle Komponente oder der beschädigte Bereich wird erkannt.
Es ist zwar eine kombinierte Regler-Strömungsmess- und -Diagnosevorrichtung dargestellt und beschrieben worden, es versteht sich jedoch, dass gemäß der vorliegenden Erfindung eine separate Regler-Strömungsmessvorrichtung oder eine separate Regler-Diagnosevorrichtung bereitgestellt werden kann.
Die vorstehende genaue Beschreibung dient nur dem guten Verständnis, und es sollten keine unnötigen Beschränkungen daraus abgeleitet werden, da Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind.

Claims

Druckregler, der Folgendes aufweist: ein Hauptgehäuse, das einen Einlass und einen Auslass hat, wobei ein Strömungsweg zwischen dem Einlass und dem Auslass definiert ist; ein Drosselelement, das im Strömungsweg bewegbar ist; und einen Drosselklappenwinkelgeber, der Folgendes aufweist: ein Magnetgehäuse, das in einer festgelegten Beziehung zu dem Hauptgehäuse gehaltert ist und eine innere Oberfläche definiert; einen Magneten, der zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen und zur Bewegung mit dem Drosselelement ausgebildet ist, wobei der Magnet einen Nordpol und einen Südpol hat, wobei der Magnet einen Magnetfluss erzeugt; einen Zentrierring, der zwischen dem Magneten und dem Magnetgehäuse positioniert ist, wobei der Zentrierring eine vorgespannte Wand aufweist, die wirksam ist, um den Magneten in dem Magnetgehäuse zu zentrieren; und einen Magnetfeldsensor, der positioniert ist, um den Magnetfluss zu detektieren.
Regler nach Anspruch 1, wobei der Zentrierring ein elastisches Element und ein steifes Element aufweist, wobei das steife Element die vorgespannte Wand definiert.
Regler nach Anspruch 2, wobei das elastische Element einen kreisförmigen Gummiring aufweist.
Regler nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das elastische Element eine ringförmige Feder aufweist.
Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das steife Element einen Kunststoffring aufweist.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein flussformendes Polstück an jedem von dem Nord- und dem Südpol des Magneten aufweist.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zentrierring zur Bewegung mit dem Magneten abgestützt ist und wobei das elastische Element einen Innenring aufweist und das steife Element einen Außenring aufweist, wobei der Außenring eine äußere Wand hat, welche die vorgespannte Wand definiert, wobei die äußere Wand nach außen vorgespannt ist, um die innere Oberfläche des Magnetgehäuses in Eingriff zu bringen.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen hin- und herbewegbaren Körper aufweist, der Folgendes hat: eine zentrale Bohrung, die bemessen ist, um den Magneten aufzunehmen, und eine äußere Oberfläche, die zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen ist, wobei die äußere Oberfläche eine Nut definiert, die bemessen ist, um einen inneren Bereich des Zentrierrings aufzunehmen.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein flussformendes Polstück an jedem von dem Nord- und dem Südpol des Magneten aufweist, wobei der hin- und herbewegbare Körper zwei Endausnehmungen aufweist, die bemessen sind, um die flussformenden Polstücke aufzunehmen.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zentrierring relativ zu dem Magnetgehäuse festgelegt ist, wobei das elastische Element einen Außenring aufweist und das steife Element einen Innenring aufweist, wobei der Innenring eine innere Wand hat, welche die vorgespannte Wand definiert, wobei der Außenring die innere Wand nach innen vorspannt.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen hin- und herbewegbaren Körper aufweist, der Folgendes hat: eine zentrale Bohrung, die bemessen ist, um den Magneten aufzunehmen, und eine äußere Oberfläche, die zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen ist, wobei die innere Oberfläche des Magnetgehäuses eine Nut definiert, die bemessen ist, um einen äußeren Bereich des Zentrierrings aufzunehmen, wobei die innere Wand mit der äußeren Oberfläche des hin- und herbewegbaren Körpers in Eingriff gelangt.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein flussformendes Polstück an jedem von dem Nord- und dem Südpol des Magneten aufweist, wobei der hin- und herbewegbare Körper zwei Endausnehmungen aufweist, die bemessen sind, um die flussformenden Polstücke aufzunehmen.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen zweiten Zentrierring aufweist, der zwischen dem Magneten und dem Magnetgehäuse positioniert ist, wobei der zweite Zentrierring eine vorgespannte Wand aufweist, die wirksam ist, um den Magneten in dem Magnetgehäuse zu zentrieren.
Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Bewegungsanzeiger aufweist, der an einem Ende mit dem Drosselelement und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem Magneten verbunden ist.
Magnetanordnung zur Verwendung mit einem magnetischen Flusssensor, um einen Positionssensor zu bilden, der ausgebildet ist, um eine Position eines bewegbaren Elements zu detektieren, wobei die Magnetanordnung aufweist: ein Magnetgehäuse, das eine innere Oberfläche definiert; einen Magneten, der zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen und zur Bewegung mit dem bewegbaren Element ausgebildet ist, wobei der Magnet einen Nord- und einen Südpol hat, wobei der Magnet einen Magnetfluss erzeugt; und einen Zentrierring, der zwischen dem Magneten und dem Magnetgehäuse positioniert ist, wobei der Zentrierring eine vorgespannte Wand aufweist, die wirksam ist, um den Magneten in dem Magnetgehäuse zu zentrieren.
Magnetanordnung nach Anspruch 15, wobei der Zentrierring ein elastisches Element und ein steifes Element aufweist, wobei das steife Element die vorgespannte Wand definiert.
Magnetanordnung nach Anspruch 16, wobei das elastische Element einen kreisförmigen Gummiring aufweist.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei das elastische Element eine ringförmige Feder aufweist.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das steife Element einen Kunststoffring aufweist.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, die ferner ein flussformendes Polstück an jedem von dem Nord- und dem Südpol des Magneten aufweist.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Zentrierring zur Bewegung mit dem Magneten abgestützt ist und wobei das elastische Element einen Innenring aufweist und das steife Element einen Außenring aufweist, wobei der Außenring eine äußere Wand hat, welche die vorgespannte Wand definiert, wobei die äußere Wand nach außen vorgespannt ist, um die innere Oberfläche des Magnetgehäuses in Eingriff zu bringen.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, die ferner einen hin- und hergehenden Körper aufweist, der Folgendes hat: eine zentrale Bohrung, die bemessen ist, um den Magneten aufzunehmen, und eine äußere Oberfläche, die zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen ist, wobei die äußere Oberfläche eine Nut definiert, die bemessen ist, um einen inneren Bereich des Zentrierrings aufzunehmen.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, die ferner ein flussformendes Polstück an jedem von dem Nord- und dem Südpol des Magneten aufweist, wobei der hin- und herbewegbare Körper zwei Endausnehmungen aufweist, die bemessen sind, um die flussformenden Polstücke aufzunehmen.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei der Zentrierring relativ zu dem Magnetgehäuse festgelegt ist und wobei das elastische Element einen Außenring aufweist und das steife Element einen Innenring aufweist, wobei der Innenring eine innere Wand hat, welche die vorgespannte Wand definiert, wobei der Außenring die innere Wand nach innen vorspannt.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, die ferner einen hin- und herbewegbaren Körper aufweist, der Folgendes hat: eine zentrale Bohrung, die bemessen ist, um den Magneten aufzunehmen, und eine äußere Oberfläche, die zum Einsetzen in das Magnetgehäuse bemessen ist, wobei die innere Oberfläche des Magnetgehäuses eine Nut definiert, die bemessen ist, um einen äußeren Bereich des Zentrierrings aufzunehmen, wobei die innere Wand des Innenrings mit der äußeren Oberfläche des hin- und herbewegbaren Körpers in Eingriff gelangt.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, die ferner ein flussformendes Polstück an jedem von dem Nord- und dem Südpol des Magneten aufweist, wobei der hin- und herbewegbare Körper zwei Endausnehmungen aufweist, die bemessen sind, um die flussformenden Polstücke aufzunehmen.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, die ferner einen zweiten Zentrierring aufweist, der zwischen dem Magneten und dem Magnetgehäuse positioniert ist, wobei der zweite Zentrierring eine vorgespannte Wand aufweist, die wirksam ist, um den Magneten in dem Magnetgehäuse zu zentrieren.
Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei das bewegbare Element ein Drosselelement eines Reglers aufweist und wobei ein Bewegungsanzeiger an einem Ende mit dem Drosselelement und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem Magneten verbunden ist.