[发明专利]具有单体构造及导电性聚合物电极的磁性流量计

说明书

技术领域

本发明涉及监测及测量管道中的流体流量，且具体而言涉及应用于半导体行业中的磁性流量计。

背景技术

磁性流量计(“magflow meter”)的工作原理是基于法拉第的电压感应定律，根据电压感应定律，在导电介质流过磁场时，会产生与导电介质流过磁场的速度成正比的电动势(EMF)。通常，在磁性流量计情形中，流动介质是流过一段受到横向磁通作用的管道的导电介质。当导电流体流过所述管道时，由安装于管道壁上并与介质实体接触的电极来检测所产生的EMF。为防止EMF出现短路，管道壁是由非导电性材料构成。

因其在宽广范围(通常为30∶1)内具有低的测量误差(可达到读数的0.2％)且其在工作时不需要使用运动部件(不同于汽轮计或桨轮技术)或流量限制(不同于差压计)，磁性流量计已在制程控制行业(化学、食品及饮料、纸浆及造纸、水处理)中得到应用。通过恰当选择电极及管道壁的材料，还可将磁性流量计配置成能耐受流体流介质的强化学品的不利影响。

先前的设计是利用由非导电材料制成的管道来提供所需的电隔离。所述电极在安装时使尖端与内壁齐平。其他设计则是在金属外壳内采用由非导电衬层构成的管道，其中使电极尖端凸入流体流中。

各种现有技术的设计均具有某些缺点，这些缺点使得磁性流量计的全部优点无法实现。大多数磁性流量计是在金属外壳内利用介电套管。而为金属外壳配备介电衬层是造价很高的工艺。当前的磁性流量计总成比较复杂，在安装电极及电磁总成时，需要将硬件焊接或以其他方式附装至金属外壳上。况且，这些方法通常是教示使用金属电极，而这与其他行业中的应用及过程是不相容的。

发明内容

尽管磁性流量计具有诸多技术优点，然而其通常尚未使用或应用于半导体行业中。据认为，这是由于在所述行业中常常使用超纯且具有高度腐蚀性的液体(例如HCl及NH₄OH等酸及碱)及气体。纯度必须保持至低于十亿分之一(“PPB”)的水平。为保持此种纯度水平，与腐蚀性流体相接触的材料必须既不会受到腐蚀，也不会产生任何离子污染。因此，完全由例如PTFE或PFA(或同一类中的其他聚合物)等非金属性且非腐蚀性润湿材料制成的流量计特别受到偏爱。这一要求便使磁性流量计无法得到应用，因为与液体接触的电极必须能够传导EMF信号且因此通常由例如316不锈钢、哈司特镍合金(hastelloy)或铂等金属构成。

此外，磁性流量计通常是大且笨重的装置，不符合半导体行业中的小尺寸及流率要求。这种尺寸的主要的驱动因素在于，在所述加工行业中要求能在宽广的压力及温度范围内正确工作，而此需要由例如陶瓷等昂贵材料或由带PTFE或PFA衬层的金属管来制成管道。

在以下实例性实施例中，本发明是一种磁性流量计，其中流动管道完全由绝缘的非导电性材料构成，不需要金属外壳。所述非导电性管道具有流动截面，所述流动截而界定润湿周缘，以容纳沿垂直于所述流动截而的轴线流动的流体。所述管道装有一对磁极，该对磁极以沿直径相对的配置形式跨越所述流动截面。所述磁极界定实质与所述流动轴线相交的第一横向轴线。在所述管道的侧而上还设置有一对电极，其界定第二横向轴线，所述第二横向轴线与所述流动轴线及由磁极形成的第一横向轴线二者相交。所述电极由能耐受流体流中腐蚀性介质的导电性聚合物材料制成。所述电极贯穿管道的润湿周缘，以接触在管道内流动的流体。

本发明各实施例的优点在于，所述管道是由介电材料制成，而不包含金属外壳，因而能降低对所述管道加衬层的成本及复杂度。而且，将所述管道制作成能容易且直接地接受电极及电磁总成，从而进一步降低成本及组装复杂度。

本发明各实施例的另一优点在于，导电聚合物(或塑料)电极能耐受化学侵蚀。如在美国第5,449,017号专利案中所揭示，所述导电聚合物(或塑料)电极可由适用于所测量的特定介质的聚合物材料构成，包括但不限于PTFE或PFA的掺合物。这些电极还带有模制于电极总成中的屏蔽件，以降低背景电噪声。