BRPI0116783B1

BRPI0116783B1 - Regulador de pressão, e, conjunto de magneto para uso com um sensor de fluxo magnético para proporcionar um sensor de posição apropriado para detectar uma posição de um membro móvel

Info

Publication number: BRPI0116783B1
Application number: BRPI0116783-9A
Authority: BR
Inventors: John P. Dilger; Donald P. Pepperling; Nile K. Dielscheider; James C. Hawkins; David E. Woollums
Original assignee: Fisher Controls International Llc
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2019-07-02
Also published as: CN1491376A; CN1232893C; RU2003125278A; AU2002232592B2; CA2435179C; EP1354252B1; US20020007854A1; DE60110836D1; RU2276397C2; WO2002057861A1; US6536469B2; BRPI0116783B8; EP1354252A1; JP2004523825A; MXPA03006368A; BR0116783A; CA2435179A1; DE60110836T2; JP3943026B2

Abstract

"regulador de pressão, e, conjunto de magneto para uso com um sensor de fluxo magnético para proporcionar um sensor de posição apropriado para detectar uma posição de um membro móvel". um conjunto de magneto é apresentado para uso com um sensor de fluxo magnético para proporcionar um sensor de posição apropriado para detectar uma posição de um membro móvel. o conjunto de magneto compreende um alojamento de magneto definido uma superfície interna. um magneto é provido que é dimensionado para inserção no interior do alojamento de magneto e adaptado para deslocamento com o membro móvel, o magneto tendo um pólo norte e um pólo sul, onde o magneto gera um fluxo magnetico. um anel centralizador é posicionado entre o magneto e o alojamento de magneto, o anel centralizador incluindo uma parede polarizada atuando para centralizar o magneto no alojamento de magneto.

Description

“REGULADOR DE PRESSÃO, E, CONJUNTO DE MAGNETO PARA USO COM UM SENSOR DE FLUXO MAGNÉTICO PARA PROPORCIONAR UM SENSOR DE POSIÇÃO APROPRIADO PARA DETECTAR UMA POSIÇÃO DE UM MEMBRO MÓVEL”

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDO CORRELATO [0001] O presente pedido é uma ‘continuação-em-parte’ do pedido n° 09/603474 que foi depositado em 23 de junho de 2000, que reivindica o benefício sob o 35 U.S.C. § 119(e) do pedido de patente provisório US SN 60/141.576 depositado em 29 de junho de 1999, o inteiro teor do qual é aqui incorporado a título de referência. CAMPO DA INVENÇÃO [0002] A presente invenção trata genericamente de dispositivos de medição de percurso linear.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0003] No controle de fluido em processos industriais, tais como sistemas de oleodutos e gasodutos, processos químicos, etc, é frequentemente necessário reduzir e regular a pressão de um fluido. Reguladores são tipicamente para estas tarefas pelo proporcionar restrição de fluxo ajustável através do regulador. A finalidade do regulador em uma aplicação dada pode ser regular a vazão ou outras variáveis de processo, porém a restrição intrinsecamente induz uma redução de pressão como um sub produto de sua função reguladora do fluxo.

[0004] A título de exemplo, uma aplicação específica na qual reguladores são usados é na distribuição e transmissão de gás natural. Um sistema de distribuição de gás natural tipicamente inclui uma rede de dutos se estendendo de um campo de gás natural para um ou mais consumidores. Para transferir grandes volumes de gás, o gás é comprimido a uma pressão elevada. A medida que o gás se aproxima da rede de distribuição e, finalmente, dos consumidores a pressão do gás é reduzida em estações redutoras de pressão. As estações redutoras de pressão tipicamente utilizam reguladores para reduzir a pressão do gás.

[0005] É importante para sistemas de distribuição de gás natural ser capazes de fornecer suficientes volumes de gás aos consumidores. A capacidade deste sistema

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2/21 é tipicamente determinada pela pressão do sistema, dimensão dos dutos, e os reguladores, e a capacidade do sistema é frequentemente avaliada utilizando um modelo de simulação. A precisão do modelo do sistema é determinada utilizando dados de fluxo em vários pontos de entrada, pontos de redução de pressão e pontos de saída. Os pontos de redução de pressão têm um impacto significativo sobre a capacidade do sistema de distribuição de gás, e, por conseguinte, são importantes para o modelo de sistema simular exatamente os pontos de redução de pressão. Os pontos de redução de pressão, todavia, estão dentro do sistema de distribuição e, por conseguinte, não são considerados pontos de transferência de custódia (isto é, pontos nos quais o controle do fluxo de gás se transfere do sistema de distribuição para o consumidor). Consequentemente, a medição de fluxo tipicamente não é provida nos pontos de redução de pressão. Outrossim, uma vez que os pontos de redução de pressão não constituem pontos de transferência de custódia, o custo adicional de alta precisão não é requerido. Problemas de medição de fluxo similares aqueles descritos acima com respeito à distribuição de gás natural também estão presentes em outras aplicações reguladoras (i.e., processos industriais, processos químicos, etc.).

[0006] Além disso, os reguladores estão sujeitos à pane devido ao desgaste durante a operação, desse modo reduzindo a capacidade de controlar a pressão ao longo de um conduto. Um regulador danificado pode permitir escape de fluido, desse modo aumentando a perda de fluido e possivelmente criando uma situação perigosa. Embora reguladores danificados possam ser reparados ou substituídos, é muitas vezes difícil detectar quando um regulador falhou e determinar qual regulador está danificado. A detecção de uma falha e a determinação de qual regulador falhou é mais difícil em um sistema de distribuição de gás natural típico, onde os gasodutos podem se estender por vários quilômetros. Consequentemente, aparelhos que detectam a falha de aparelhos e identificam a locação da falha são grandemente desejados.

[0007] Aparelhos de medição de percurso linear são frequentemente fornecidos com equipamento dotado de membros móveis, tal como um regulador com um

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3/21 elemento de estrangulamento, para prestar realimentação relativa a parâmetros operacionais. Particularmente, sensores de efeito de campo são muitas vezes usados para prestar informações quanto à posição do elemento de estrangulamento. Sensores de efeito de campo tipicamente incluem um magneto e um sensor de campo magnético que se deslocam reciprocamente de acordo com a posição do elemento de estrangulamento. O magneto cria um padrão de fluxo magnético que é detectado pelo sensor de campo magnético. Por conseguinte, variações em campo magnético detectadas pelo sensor podem ser usadas para inferir a posição do magneto, e assim do elemento estrangulador. O magneto tem de ser mantido à mesma distância longitudinal e atitude com respeito ao sensor, caso contrário o padrão de fluxo magnético gerado pelo magneto será alterado e a realimentação de percurso linear será destorcida e inexata.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0008] De acordo com determinados aspectos da presente invenção, um regulador de pressão é apresentado compreendendo um alojamento principal dotado de uma entrada e de uma saída, um trajeto de fluxo de fluido sendo definido entre a entrada e a saída, um elemento estrangulador deslocável no trajeto de fluxo de fluido e um sensor de posição do elemento estrangulador. O sensor de posição do elemento estrangulador inclui um alojamento de magneto sustentado em relação fixa com o alojamento principal e definindo uma superfície interna. Um magneto é previsto dimensionado para inserção no interior do alojamento de magneto e adaptado para deslocamento com o elemento estrangulador, o magneto tendo um pólo norte e um pólo sul, no qual o magneto gera um fluxo magnético. Um anel centralizador é posicionado entre o magneto e o alojamento de magneto, o anel centralizador incluindo uma parede polarizada atuando para centralizar o magneto no alojamento de magneto. Um sensor de campo magnético é posicionado para detectar o fluxo do magneto.

[0009] De acordo com aspectos adicionais da presente invenção, um conjunto de magneto é para uso com um sensor de fluxo magnético para proporcionar um sensor de posição apropriado para detectar uma posição de um membro móvel. O conjunto

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4/21 de magneto compreende um alojamento de magneto definindo uma superfície interna, e um magneto dimensionado para inserção no interior do alojamento de magneto e adaptado para deslocamento com o membro móvel, o magneto tendo um pólo norte e um pólo sul, no qual o magneto gera um fluxo magnético. Um anel de centragem é posicionado entre o magneto e o alojamento de magneto, o anel de centragem incluindo uma parede polarizada atuando para centralizar o magneto no alojamento de magneto.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS [0010] Os aspectos característicos da presente invenção que se acredita serem novos são definidos mais especificamente nas reivindicações apensas. A invenção pode ser melhor compreendida com referência à descrição que se segue tomada em conjunção com os desenhos anexos, nos quais numerais de referência idênticos identificam elementos idênticos nas várias figuras.

[0011] A fig. 1 é um diagrama esquemático ilustrando um regulador com o aparelho de medição de vazão.

[0012] A fig. 2 é um diagrama esquemático de uma concretização adicional de um regulador incorporando um aparelho de medição de vazão.

[0013] A fig. 3 é uma vista em perspectiva do aparelho de medição de vazão do regulador.

[0014] A fig. 4 é uma vista em alçado lateral, em seção transversal, do aparelho de medição de vazão do regulador.

[0015] A fig. 5 é um fluxograma ilustrando esquematicamente uma parte limite especificada por usuário de uma rotina de alarme.

[0016] A fig. 6 é um fluxograma esquematicamente ilustrando uma sub-rotina de alarme lógica.

[0017] As figs. 7A-7E são fluxogramas ilustrando esquematicamente partes específicas da sub-rotina de alarme lógica.

[0018] A fig. 8 é uma vista lateral ampliada, em seção transversal, de um conjunto de magneto para uso em um dispositivo de medição de percurso linear, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

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5/21 [0019] A fig. 9 é um diagrama ilustrando o conjunto de magneto mostrado na fig. 8 e o padrão de fluxo associado.

[0020] A fig. 10 é uma vista lateral ampliada, em seção transversal, de uma concretização alternativa do conjunto de magneto.

[0021] A fig. 11 é uma vista lateral ampliada, em seção transversal, de ainda outra concretização alternativa do conjunto de magneto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERENCIAIS [0022] A figura 1 ilustra uma concretização preferencial de um regulador de pressão de fluido tal como um regulador de pressão de gás 10. O regulador de pressão de gás ilustrado 10 inclui um aparelho de medição de fluxo de gás como será descrito mais adiante no qual a pressão a montante, a pressão a jusante, e medições de abertura de orifício são usadas para calcular o fluxo e outras informações. Deve ser entendido que um regulador de pressão de líquido também pode ser proporcionado de acordo com os princípios da invenção, pois o regulador de pressão de gás ilustrado constitui meramente um exemplo de um regulador de pressão de fluido de acordo com a invenção.

[0023] O regulador mostrado na figura 1 inclui um corpo de regulador 12, um alojamento de diafragma 14, e um alojamento superior 16. No interior do corpo do regulador 12, é prevista uma entrada 18 para conexão com um gasoduto a montante e uma saída 20 para conexão com um gasoduto a jusante. Um orifício 22 no interior do corpo do regulador 12 estabelece comunicação entre a entrada 18 e a saída 20. [0024] Um diafragma 26 é montado no interior do alojamento de diafragma 14 e divide o alojamento 14 em partes superior e inferior 14a, 14b. Uma mola de pressão 28 é afixada a um centro do diafragma 26 e é disposta na parte inferior do alojamento de diafragma 14b para solicitar o diafragma 26 em uma direção para cima.

[0025] Uma haste 30 é afixada a se desloca com o diafragma 26. Um elemento estrangulador, tal como um disco de válvula 32, é afixado a uma extremidade inferior da haste 30 e é disposto abaixo do orifício 22. O disco de válvula 32 é dimensionado para bloquear por completo o orifício 22, desse modo interrompendo a comunicação

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6/21 da entrada 18 com a saída 20. Em consequência, será apreciado que a mola de pressão 28 solicita o disco de válvula 32 em uma direção para cima para fechar o orifício 22. O disco de válvula 32 é formado com uma seção transversal variável de maneira que, quando o disco de válvula 32 se desloca para baixo, a área desbloqueada (ou aberta) do orifício 22 gradualmente aumenta. Como um resultado, a área aberta do orifício 22 está diretamente relacionada com a posição do disco de válvula 32.

[0026] A pressão de gás na câmara superior do diafragma 14a é controlada para mover o disco de válvula 32 entre as posições fechada e aberta. A pressão na parte superior do alojamento 14a pode ser prevista em número de maneiras diferentes. Na presente concretização, a pressão na parte superior 14a é controlada por um piloto de carga (não mostrado). Todavia, o regulador 10 pode ser de um tipo que utiliza um tipo diferente de operador, tal como um piloto de descarga, ou o regulador 10 pode ser auto-operado ou carregado por pressão, sem se afastar do âmbito da presente invenção.

[0027] Uma outra alternativa para controlar a pressão do gás na parte superior do alojamento de diafragma 14a inclui um primeiro tubo se estendendo do duto a montante para a parte superior do alojamento de diafragma 14a, com um primeiro solenoide controlando o fluxo de gás através do mesmo. Um segundo tubo é também previsto que se estende da parte superior do alojamento de diafragma 14a para o duto a jusante e tem um segundo solenoide disposto no seu interior para controlar o fluxo através do mesmo. Um PC é conectado com os primeiro e segundo solenoides para controlar sua operação. Para aumentar a pressão na parte superior do alojamento de diafragma 14a, o primeiro solenoide é aberto para permitir que a pressão a montante passe para o interior da parte superior, desse modo solicitando o diafragma 26 para baixo para abrir o orifício 22. O gás pode ser ventilado através do segundo solenoide para dessa maneira reduzir a pressão na parte a montante 14a e levantar o diafragma 26, desse modo fechando o orifício 22. Indiferentemente à maneira de proporcionar e regular a pressão, será apreciado que a pressão aumentada desloca o diafragma 26 e o disco de válvula apenso 32 para baixo para

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7/21 abrir o orifício 22 ao passo que a pressão decrescida fecha o orifício. Esta disposição é apresentada meramente a título de exemplo, e não é proposta para limitar o âmbito da presente invenção, pois outras disposições bem conhecidas da técnica também podem ser usadas.

[0028] Sensores de pressão são fornecidos a montante e a jusante do elemento estrangulador para medir os níveis de pressão a montante e a jusante Pi, P2. Como ilustrado na fig. 1, os primeiro e segundo sensores de pressão 34, 35 são montados no alojamento superior 16. O tubo 36 se estende do primeiro sensor de pressão 34 para ligar-se com o tubo localizado a montante da entrada do regulador 18. O tubo adicional 37 se estende do segundo sensor de pressão 35 para ligar-se com o tubo localizado a jusante da saída do regulador 20. Em consequência, enquanto os primeiro e segundo sensores de pressão 34, 35 são montados sobre o alojamento superior 16, o tubo 36, 37 comunica a pressão de gás a montante e a jusante, respectivamente, com os primeiro e segundo sensores de pressão 34, 35. Na alternativa, os primeiro e segundo sensores de pressão podem ser localizados diretamente nos condutos a montante e a jusante com fiação se estendendo dos sensores de pressão para o alojamento superior 16. Para assegurar correção de temperatura, se desejado, um transmissor de temperatura de fluido de processo 48 é localizado no conduto a montante que mede a temperatura do processo.

[0029] O alojamento superior 16 ainda inclui um sensor para determinar a posição do disco de válvula. De acordo com a concretização ilustrada, a haste 30 é afixada ao disco de válvula 32 e está conectada com o diafragma 26. Um indicador de percurso 40, que de preferência é uma extensão da haste 30, se estende do diafragma e para o interior do alojamento superior 16, de maneira que a posição do disco de válvula 32 corresponde à posição do disco de válvula 32. O sensor, por conseguinte, compreende um mecanismo sensor de deslocamento de indicador, de preferência um sensor de efeito de Hall. O sensor de efeito de Hall inclui um magneto de efeito de Hall 42 afixado a uma extremidade superior do indicador de percurso 40. Um sensor de magneto 44 é disposto no interior do alojamento superior 16 para detectar a localização do magneto de efeito de Hall 42. Pelo detectar a

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8/21 posição do magneto 42, a localização do disco de válvula 32 e assim a área aberta do orifício 22 pode ser determinada. Um segundo indicador de percurso (não mostrado) pode ser associado com o indicador de percurso 40 para oferecer uma indicação visual do deslocamento do disco de válvula. O segundo indicador de percurso se estende para cima do indicador de percurso 40 e através do alojamento superior 16 para se estender acima de uma superfície superior do alojamento superior 16.

[0030] Na concretização alternativa ilustrada na fig. 2, a pressão de carga na parte superior do alojamento de diafragma 14a é medida para inferir a posição do disco de válvula. Será apreciado que a posição do disco de válvula 32 varia com a presente na parte superior 14a do alojamento de diafragma. Nesta concretização, um sensor de pressão de carga 46 é provido no alojamento superior 16 para medir a pressão na parte superior do alojamento de diafragma 14a. A pressão de carga medida pode então ser usada para determinar a posição do disco de válvula.

[0031] Retornando à concretização da fig. 1, os primeiro e segundo sensores de pressão 34, 35 e o sensor de deslocamento 44 proporcionam saída que é alimentada ao interior do módulo de fluxo eletrônico 50. O módulo de fluxo eletrônico pode ser provido integralmente com o regulador, tal como no alojamento superior como ilustrado na fig. 1, ou pode ser remotamente posicionado. A pressão de entrada, a pressão de saída, e a posição do disco de válvula são usadas para determinar o fluxo através do orifício variável do regulador 10. Para fluxo de gás subcrítico, a taxa de fluxo é calculada utilizando o algoritmo:

Γ~κ lp +p

F = J—*seno7L P-²\G*T \ A onde:

F = taxa de fluxo

Ki= constante de temperatura absoluta G = gravidade específica do meio de fluxo T = temperatura absoluta do meio de fluxo K2 = constante de posição da haste

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9/21

Υ = posição da haste

Pi= posição a montante absoluta

K3 = constante do perfil de centragem; e

P2— pressão a jusante absoluta

A posição de haste as constantes de perfil de centragem [0032] A posição da haste e constantes de perfil de centragem K2, K3 são específicas para a dimensão e p tipo específico de regulador e são basicamente subordinadas à dimensão e perfil de centragem específico. Conforme aqueles versados na técnica o apreciarão, o produto de K2 e Y pode ser equivalente ao coeficiente de dimensionamento do fluxo tradicional. O algoritmo acima é apropriado para calcular a taxa de fluxo de gás sub-crítico (isto é, P1 - P2 < 0,5P) através de reguladores do tipo de válvula de compensação metálica não-linear.

[0033] Para fluxos de gás críticos, o cálculo é modificado pelo eliminar a função seno. Para outros de reguladores, tais como reguladores do estilo elastomérico e de compensação metálicos não lineares, um algoritmo similar é usado, todavia, a constante de posição de haste K2 torna-se uma função relacionada com queda de pressão ΔΡ (isto é, a diferença em pressões a montante e à jusante P1, P2) e/ou a posição da haste da válvula, como é bem conhecido da técnica. Para fluxo de líquido, a equação torna-se:

onde:

F = taxa de fluxo

Ki=constante de temperatura absoluta G = gravidade específica do meio de fluxo T = temperatura absoluta do meio de fluxo K2— constante de posição da haste Y = posição da haste

Pi= pressão a montante absoluta P2— pressão a jusante absoluta

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10/21 [0034] Um cálculo similar é usado na concretização da fig. 2, que mede a pressão de carga na parte superior do alojamento de diafragma 14aa para inferir o deslocamento do disco de válvula, exceto uma constante de pressão de carga «4 e uma pressão de carga do medidor Pl substituem a constante de posição da haste Ki e os valores Y de posição da haste. A constante de pressão de carga «4 é também específica da aplicação e tem de ser determinada para cada tipo de regulador 10. Para membros de estrangulamento elastoméricos não-lineares, a constante de pressão de carga «4 é uma função de ΔΡ e Pl.

[0035] Na concretização preferencial, um módulo de visão de fluxo local 52 é também disposto no interior do alojamento superior 16. O módulo de visão de fluxo local 52 inclui um totalizador de fluxo eletrônico 52 que presta informações de fluxo totalizadas. O módulo de visão de fluxo local 52 ainda tem uma porta de saída que permite o acesso por um dispositivo de comunicação de mão para acessar o fluxo totalizado e reposicionar o totalizador de fluxo local para uso futuro. Na concretização atualmente preferida, o módulo de visão de fluxo local 52 inclui um LCD (vídeo a cristal líquido) de leitura encerrado no interior do alojamento superior 16. Um tampo 17 afixado ao topo do alojamento superior 16 tem uma janela de plástico transparente que permite a visualização da leitura do LCD.

[0036] Um módulo de comunicação 54 transmite dados de fluxo para um dispositivo de comunicação auxiliar 55, tal como uma unidade terminal remota (RTU), um PC, ou qualquer outro dispositivo capaz de interrogar os controles do regulador. O módulo de comunicação 54 pode incluir uma antena 53 para transmitir informações de fluxo para um sistema de leitura de medição remoto (não mostrado). Um módulo de fonte de alimentação 56 é capaz de fornecer tensão (voltagem) regulada para o inteiro dispositivo, e pode ser suprido por qualquer fonte bem conhecida tal como solar, batería, e fontes de alimentação de CC ou CA.

[0037] Será apreciado que o módulo de fluxo eletrônico 50, módulo de visão de fluxo local 52, módulo de comunicação 54, e módulo fonte de alimentação 56 podem ser separadamente fornecidos como ilustrado na fig. 1, ou podem ser previstos sobre um único painel de circuito principal localizado no interior do alojamento

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11/21 superior16.

[0038] A taxa de fluxo calculada através do regulador 10 pode ser rapidamente e facilmente calibrada utilizando um medidor de fluxo em separado 58. O medidor de fluxo 58, que pode ser uma turbina ou outro tipo de medidor, é temporariamente inserido no interior do conduto a jusante para medir o fluxo de fluido efetivo. O medidor de fluxo 58 proporciona realimentação a um dispositivo de comunicação auxiliar 55 (RTU, PC, etc.) ou diretamente ao painel de circuito principal. A realimentação pode ser usada para gerar uma função de erro baseada sobre as condições de fluxo observadas que é então incorporada aos cálculos de fluxo realizados pelo regulador 10, para desse modo fornecer dados de fluxo mais exatos. [0039] Uma concretização atualmente preferida do aparelho de diagnóstico e medição de fluxo do regulador é ilustrada na fig. 3, genericamente designado pelo numeral de referência 100. Como mostrado na fig. 3, o aparelho 100 inclui um alojamento de magneto 101 tendo uma primeira extremidade 102 adaptada para conexão com o alojamento de diafragma 14 do regulador. O alojamento de magneto 101 define uma superfície interna 250, e encerra um indicador de percurso 103 (fig. 4) que é adaptado para conexão com o diafragma 26 (fig. 1) no regulador.

[0040] Um conjunto de magneto 252 é disposto no interior do alojamento de magneto 101 para proporcionar um padrão de fluxo magnético. Como melhor mostrado nas figs. 4, 8 e 9, o conjunto de magneto 252 compreende um único magneto de barra 254, de preferência cilindriforme tendo um pólo Norte 256 e um pólo Sul 258. O magneto 254 de preferência é um ímã permanente construído de material magnético Alnico V que atua como uma fonte de fluxo magnético constante. O magneto 254 de preferência é acondicionado em um mecanismo bidirecional 260 dotado de um diâmetro interno central 261 dimensionado para receber o magneto 254. O mecanismo bidirecional 260 é construído de um material não magnético, de preferência alumínio ou cerâmico, e tem uma superfície externa 263 dimensionada para ser deslizantemente recebida pela superfície interna 250 do alojamento de magneto 101. O mecanismo bidirecional 260 convenientemente pode ser um alojamento em duas peças ou cápsula mantida conjugada por intermédio de um

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12/21 elemento fixador apropriado.

[0041] Na concretização ilustrada na fig. 8, as peças polares moldadoras de fluxo 262, 264 são fixadas por rosca no interior de cavidades extremas opostas 265 do mecanismo bidirecional 260 para esculpir o fluxo magnético gerado pelo magneto 254. Cada uma das peças polares 262, 264 inclui face 266 prevista para confrontar e encontrar faces polares extremas opostas 268 do magneto 254, como melhor mostrado na fig. 9. As peças polares 262, 264, que são compostas de um material magnético apropriado tal como aço laminado a frio G10100, de preferência são cilindriformes tendo superfícies circulares paralelas opostas 266, 272 e uma superfície cilíndrica 274 dispostas para confrontar um espaço longitudinal contendo um sensor de campo magnético 276. Uma superfície troncônica 278 forma uma transição entre as superfícies circulares 266 e a superfície cilíndrica 74, e também confronta o espaço longitudinal.

[0042] Em uma concretização preferencial da invenção, o magneto 254 tem um diâmetro de cerca de 9,525 mm e um comprimento de cerca de 63,50 mm. O diâmetro das faces circulares 266 sobre as peças polares 262, 264 é de cerca de 9,525 mm e a superfície cilíndrica 274 tem um diâmetro de cerca de 20,638 mm e um comprimento ao longo do eixo geométrico 280 de cerca de 3,175 mm. A superfície troncônica 278 é disposta a um ângulo de cerca de 20° em relação à superfície 266. O sensor de campo magnético 276 é montado no alojamento de válvula ou outro objeto estacionário e é orientado ao longo do eixo geométrico 282 paralelo ao eixo geométrico 280. O mecanismo bidirecional 260 é previsto para se deslocar ao longo do eixo geométrico 280. Para um conjunto sensor como descrito, o eixo geométrico 282 está 15,875 mm do eixo geométrico 280.

[0043] É importante para a presente invenção que a superfície cilíndrica 274 seja paralela com e coaxial com o eixo geométrico 280 e uma superfície 286 do magneto 254. Esta relação é realizada pela face circular 266 sobre a pela polar confrontar com a face polar circular 268 do magneto e a relação coaxial das superfícies 266 e 274. Como um resultado desta condição, o fluxo do campo magnético é simetricamente configurado em torno do eixo geométrico 280 do magneto. Como

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13/21 mostrado na fig. 9, o comprimento do magneto 254 em uma direção ao longo do eixo geométrico 280 e a configuração da superfície cilíndrica 274 e da superfície troncônica esculpe o padrão de fluxo magnético de franja em uma região adjacente ao magneto 254 de modo que o fluxo magnético varia linearmente ao longo do eixo geométrico 282 paralelo ao eixo geométrico 280. Por conseguinte, o sensor de deslocamento magnético 276 detecta uma densidade de fluxo que varia linearmente ao longo da extensão de deslocamento do sensor. Devido ao fluxo magnético ser uniforme em torno da periferia do magneto, o sensor é insensível à rotação recíproca dos elementos em torno do eixo geométrico 280. Assim, o sensor é insensível à rotação do magneto 254 em torno de seu eixo geométrico 280.

[0044] A densidade de fluxo aumenta uniformemente ao longo da linha longitudinal 282 paralela ao magneto a partir do ponto central 288 do conjunto no sentido dos pólos, a uma densidade de fluxo máxima diretamente oposta às faces polares 274. Devido aos pólos 256, 258 serem opostamente orientados, as direções de fluxo através do sensor 276 são em direções opostas nas regiões ao longo da linha 282 de cada lado do ponto central 288. Assim, a densidade de fluxo varia ao longo da linha 282 a partir de um máximo numa direção adjacente a uma face polar 274 adjacente a um pólo 256, através de zero no ponto central 288, para um máximo na direção oposta adjacente à face polar 274 adjacente ao outro pólo 258. No ponto central 288 centrado entre as peças polares, a densidade de fluxo magnético está em nulo (zero). O sensor é calibrado pelo colocar o sensor 276 no ponto central 288 onde a intensidade de campo magnético é zero e calibrar o sensor.

[0045] Em uso, o mecanismo bidirecional 260 executa um curso alternado ao longo da linha 280, fazendo com que o padrão de fluxo linearmente variável do magneto 254 passe ao longo do sensor 276 para produzir uma tensão proporcional à posição relativa do magneto 254 em relação ao conjunto de magneto 252.

[0046] Pelo esculpir o fluxo de franja, as peças polares 262, 264 tornam linear o fluxo através da extensão do magneto. Assim, as peças polares 262, 264 aumentam dramaticamente a faixa útil e a precisão das leituras de tensão (voltagem) produzidas pelo sensor de campo magnético 276.

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14/21 [0047] Um par de anéis centralizadores 290 e previsto para aperfeiçoar adicionalmente a precisão das leituras de tensão do sensor pelo assegurar que o conjunto de magneto 252 seja centrado no alojamento de magneto 101. Como mostrado melhor na fig. 8, um par de ranhuras 292 é formado na superfície externa do mecanismo bidirecional 263. Os anéis centralizadores 290 são inseridos nas ranhuras 292, cada uma tendo uma superfície de parede externa voltada para o exterior 294. A parede externa 294 se engata com a superfície interna 250 do alojamento de magneto 101 para desse modo centralizar o conjunto de magneto 252 no interior do alojamento de magneto 101. Na concretização ilustrada na fig. 8, cada anel centralizador 290 compreende um anel em O interno 296 formado de um material relativamente resiliente, tal como borracha, e um anel externo 298 formado de um material relativamente rígido dotado de um coeficiente de fricção relativamente baixo, tal como plástico, para permitir que os anéis externos 298 deslizem ao longo da superfície interina 250 do alojamento de magneto. Será apreciado, todavia, que outros materiais podem ser usadas para solicitar a parede externa 294 para o exterior. Por exemplo, na concretização ilustrada na fig. 10, cada anel centralizador 290 tem um membro interno compreendendo uma mola anular 299, e um membro externo compreendendo um anel externo de plástico 298. A mola anular 299 pode ser formada de metal, tal como de aço.

[0048] Em uma concretização alternativa ilustrada na fig. 11, um par de anéis centralizadores 300 é previsto que geram uma força para dentro para centralizar um magneto 302 no alojamento de magneto 101. As peças polares 304, 306 são posicionadas em extremidades opostas do magneto 302 para esculpir o fluxo magnético. Um mecanismo bidirecional 308 é previsto para acondicionar o magneto 302 e peças polares 304, 306 em um conjunto de magneto integrado 310. As ranhuras 312 são formadas na superfície interna 250 do alojamento de magneto 101 e são dimensionadas para receber as partes externas dos anéis centralizadores 300. Cada anel centralizador 300 inclui uma parede interna 314 que é solicitada para dentro para se engatar com uma superfície externa 316 do mecanismo bidirecional 308. Na concretização da fig. 11, cada anel centralizador 300 inclui um membro

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15/21 rígido interno, tal como o anel de plástico interno 318, definindo a parede interna 314. Cada anel centralizador 300 ainda inclui um membro resíliente externo, tal como a mola anular externa 320, que exerce pressão para dentro sobre o anel de plástico interno 318 para solicitar a parede interna 314. Como resultado, o magneto 302 é centrado no interior do alojamento de magneto 101.

[0049] Embora cada uma das concretizações ilustradas mostre o uso de dois anéis centralizadores, será apreciado que um único anel centralizador pode ser usado, dependendo das extensões recíprocas da parede polarizada e do magneto. Outrossim, mais de dois anéis centralizadores podem ser previstos sem se afastar do espírito e âmbito da presente invenção.

[0050] Um alojamento elétrico 106 é afixado ao alojamento do magneto 101 e tem um primeiro orifício de pressão 107, um segundo orifício de pressão 108, um orifício de pressão auxiliar 109, e um orifício auxiliar 110 (fig. 3). Um primeiro conjunto sensor de pressão 111 é inserido no primeiro orifício de pressão 107, e um tubo (não mostrado) conecta o conjunto 111 com a seção a montante da passagem de fluxo. Um segundo conjunto sensor de pressão 114 é inserido no segundo orifício de pressão 108, e um tubo (não mostrado) conecta o segundo conjunto 114 com a seção a jusante da passagem de fluxo. Um terceiro conjunto sensor de pressão 115 pode ser inserido no interior do orifício de pressão auxiliar 109 para medir em um terceiro ponto de pressão. O terceiro sensor de pressão 115 pode ser usado para medir a pressão em uma variedade de locações, inclusive na passagem de fluxo ou no regulador para inferir o deslocamento do tampão, como descrito em maior detalhe acima com relação à concretização prévia. Em uma concretização preferencial, um quarto orifício de pressão 117é previsto para medir a pressão atmosférica. O orifício auxiliar 110 é previsto para receber entrada discreta ou analógica de outro dispositivo, tal como o transmissor de temperatura 48 ilustrado na fig. 1. Além disso, um orifício l/O (Entrada/Saída) 112 é previsto para conexão com um dispositivo externo, como descrito em maior detalhe abaixo.

[0051] Uma pluralidade de painéis de circuito 120a-e são dispostos no interior do alojamento para controlar as várias operações do aparelho 100 (fig. 5). Na

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16/21 concretização ilustrada, um primeiro painel de circuito (ou principal) 120a pode incluir uma interface para os primeiro, segundo e terceiros sensores de pressão, e sensores de pressão atmosférica, e uma conexão para o sensor de campo magnético 276. Um segundo painel de circuito (ou de comunicação) 120b oferece uma interface para comunicação com dispositivos externos. O segundo painel de circuito 120b pode incluir conexão para transmissão por fio, tal como um cartão modem, um excitador de comunicação RS232, e um modem CDPD. Além disso ou alternativamente, um transceptor pode ser previsto para comunicação sem fio. Um terceiro painel de circuito (ou principal) 120c de preferência inclui um processador, uma memória, um relógio de tempo real, e ativadores de comunicação para dois canais de comunicação. O processador pode incluir, entre outras coisas, um ou mais dos algoritmos indicados acima para calcular a taxa de vazão, ao passo que a memória pode armazenar parâmetros selecionados, tais como as pressões alta e baixa para cada dia. Um quarto painel de circuito opcional 120d apresenta uma interface para o dispositivo de comunicação auxiliar 55. Um quinto painel (ou terminação) 120e é também provido tendo um regulador da fonte de alimentação, terminação de campo (para conexão com dispositivos l/O), uma fonte de alimentação de reserva, e conexões com as quais outros painéis 120a podem conectar-se. Embora cinco painéis sejam mostrados 120a-e na concretização ilustrada, será apreciado que um único painel de circuito, menos de cinco painéis de circuito, ou mais painéis de circuito podem ser usados, sem se afastar do âmbito da invenção.

[0052] Será apreciado, por conseguinte, que a comunicação entre o aparelho 100 e um dispositivo externo pode ser por modem RF, Ethernet ou outra comunicação similar conhecida. O processador permite que os dispositivos externos introduzam informações tais como pontos prefixados de pressão desejada e condições de alarme no aparelho 100, e recuperem os dados armazenados na memória. Os dados recuperados podem incluir o registro de alarme e parâmetros operacionais armazenados. Por exemplo, as informações recuperadas podem incluir um histórico de pressões a montante e a jusante armazenadas periodicamente na

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17/21 memória, de maneira que o aparelho 100 desempenhe a função de um gravador de pressão.

[0053] De acordo com determinados aspectos da presente invenção, o processador inclui uma rotina para gerar sinais de alarme. Uma primeira parte da rotina compara parâmetros medidos (isto é, a pressão a montante, a pressão a jusante, e a posição de deslocamento) para determinados limites especificados pelo usuário, como esquematicamente ilustrado na fig. 5. Além disso, uma ou mais subrotinas lógicas podem ser executadas que comparam pelo menos dois dos parâmetros medidos e geram um sinal de alarme baseado sobre uma operação lógica específica, exemplos da qual são mostrados de forma esquemática nas figs. 6 e 7A-D.

[0054] Reportando-se inicialmente aos níveis de alarme, um teste é iniciado em 150 para determinar se quais limites de deslocamento foram introduzidos pelo usuário. A pressão, deslocamento, fluxo, e valores de bateria são inicialmente comparados com limites alto-alto introduzidos pelo usuário 151. Se qualquer um dos valores exceder os limites alto-alto, a data e a hora são lidas 152 e um alarme altoalto correspondente é armazenado no registro 153. A seguir os valores medidos são comparados com limites altos introduzidos pelo usuário 154. Se qualquer um dos valores exceder os limites altos, a data e a hora são lidas 155 e um correspondente alarme alto é registrado 156. Os valores são então comparados com os limites baixos introduzidos pelo usuário 157. Se qualquer um dos valores é inferior a um limite baixo introduzido pelo usuário, a data e a hora são lidas 158 e um correspondente alarme de baixo é registrado 159. Finalmente, os valores são comparados com limites baixo-baixo introduzidos pelo usuário 160. Se qualquer um dos valores é inferior a um limite baixo-baixo, a data e hora são lidos 161 e um correspondente alarme baixo-baixo é registrado 162.

[0055] Alarmes de limite adicionais podem ser estabelecidos baseado sobre a taxa de vazão calculada F. Por exemplo, um usuário pode dar entrada a limites para fluxo instantâneo e acumulado. Quando a taxa de vazão calculada F excede qualquer uma destes limites, um alarme é disparado. Um outro alarme pode ser

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18/21 provido baseado sobre o deslocamento da haste. O usuário pode estabelecer um limite para distância de deslocamento da haste acumulada e disparar um alarme de manutenção quando o deslocamento de haste acumulado excede o limite.

[0056] Após testar os alarmes de limite introduzidos pelo usuário, uma ou mais sub-rotinas lógicas podem ser executadas para determinar se existem quaisquer condições de alarme lógicas. Na concretização preferencial, cada uma das subrotinas lógicas é combinada em uma única sub-rotina lógica integrada como genericamente ilustrado n fig. 6. Como ilustrado na fig. 6, a sub-rotina se inicia pelo recolher todos os dados de pressão e deslocamento, e calcular o fluxo 165 através do regulador de pressão. Cada um dos parâmetros medidos é então comparado com ambos os outros parâmetros medidos e quaisquer pontos prefixados especificados pelo usuário. Os alarmes lógicos são monitorados para pressão a montante 166, pressão a jusante 167, pressões auxiliares 165, deslocamento da haste 169, e taxa de vazão 170. Alarmes lógicos adicionais também podem ser providos para realimentação do terceiro conjunto sensor de pressão e dispositivo auxiliar conectado com a conexão l/O 112. Após obter os valores relativos de cada um dos parâmetros, os alarmes lógicos são então testados, como descrito em maior detalhe abaixo.

[0057] Uma sequência preferencial de operações para determinar alarmes lógicos baseada sobre a pressão a montante (etapa 166) é esquematicamente mostrada na fig. 7A. Primeiro a sub-rotina testa por um valor introduzido relativo à pressão a montante 172. Se um valor é introduzido relativo à pressão a montante, a sub-rotina determina se a pressão a montante medida tem de ser maior que 173, menor que 174, ou igual a 175 o valor introduzido pelo usuário. Para cada comparação relativa (isto é, etapas 173, 174 e 175), uma série de sub-etapas é realizada como ilustrado nas figs.7B-7D.

[0058] Se um alarme requer que a pressão a montante seja maior que um determinado valor, a sub-rotina primeiramente testa por um valor de pressão a montante específico introduzido pelo usuário 176 (fig. 17B). Se o usuário tiver introduzido um valor para pressão a montante, a pressão a montante medida é

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19/21 comparada com aquele valor introduzido 177. Se o valor medido é maior que o valor introduzido, o sinalizador 178 de pressão a montante maior que é posicionado. Se nenhum valor especifico introduzido pelo usuário é usado, a sub-rotina testa para ver se a pressão a jusante deve ser comparada com a pressão a montante 179. Neste caso, a sub-rotina determina se a pressão a montante é maior que a pressão a jusante 180. Se afirmativo, o sinalizador de pressão a montante maior que a pressão a jusante é posicionado em 181. Se a pressão a jusante não é usada como um alarme lógico, a sub-rotina testa a seguir por um valor de alarme lógico baseado sobre a pressão auxiliar 182, a sub-rotina testa se a pressão a montante é maior que a pressão a jusante 183. Se afirmativo, o sinalizador de pressão a montante maior que a pressão auxiliar é posicionado em 184.

[0059] Como ilustrado nas figs. 7C e 7D, a sub-rotina executa etapas similares para determinar se a pressão a montante é menor que ou igual a um valor de alarme lógico 185-202. Outrossim, operações idênticas aquelas mostradas nas figs. 7B-7D são executadas para as pressões a jusante e auxiliar para determinar se elas são maiores que, menores que, ou iguais a valores de alarme lógico especificados. Uma vez que estas operações são idênticas, fluxogramas separados ilustrando estas etapas deixam de ser fornecidos.

[0060] Reportando-se a alarmes lógicos baseados sobre o deslocamento 169 (fig.7A) um fluxograma de sequência lógica é ilustrado na fig. 7E. Em consequência, a sub-rotina primeiramente testa se um valor lógico de posição de deslocamento não foi introduzido 203. Se um valor lógico de posição de deslocamento foi introduzido, a sub-rotina determina se o valor medido tem de ser maior que o valor lógico 204. Se o operador lógico é maior que o limite, a sub-rotina determina se a posição de deslocamento medida é maior que o valor introduzido 205. No caso afirmativo o sinalizador de deslocamento maior é posicionado em 206. Se nenhum limite “maior que” é usado para o deslocamento, a sub-rotina então testa por um limite “menor que” 207. Se um limite “menor que” é detectado, a sub-rotina determina se o deslocamento medido é menor que o valor introduzido 208. No caso afirmativo, o sinalizador de deslocamento menor é posicionado em 209. Se um valor “menor que”

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20/21 não é usado, a sub-rotina testa por um limite de operador “igual a” 210. Se um limite “igual a” é usado, a sub-rotina determina se o deslocamento medido é igual ao valor introduzido 211. Se afirmativo, o sinalizador de deslocamento igual a é posicionado em 212. Uma sequência similar de etapas pode ser usada para determinar se a taxa de vazão calculada é maior que, menor que, ou igual a um valor de alarme de fluxo lógico, como solicitado na etapa 170 da fig. 6.

[0061] Baseado sobre sinalizadores lógicos que podem ser posicionados, determinados alarmes lógicos podem ser disparados baseado sobre uma comparação de dois dos parâmetros medidos. Por exemplo, um alarme de problema de fechamento pode ser estabelecido para disparar quando a posição de deslocamento é igual a zero e a pressão a jusante está aumentando (a presente pressão a jusante é maior que a pressão a jusante medida precedente). Quando as condições operacionais apropriadas existem para posicionar os correspondentes sinalizadores lógicos, o alarme de problema de fechamento é disparado, que pode indicar que o fluido está vazando através do regulador de pressão possivelmente devido a dano no elemento de estrangulamento. Outro alarme lógico pode ser gerado quando o valor de deslocamento é maior que zero e o sinal de pressa a jusante está decrescendo, que pode indicar uma haste quebrada. Ainda outro alarme lógico pode ser gerado quando o valor de deslocamento é maior que zero e o sinal de pressão a montante está aumentando, o que também pode indicar uma haste partida ou outro problema com o regulador. Um outro alarme lógico pode ser disparado quando o sinal de deslocamento é maior que zero e o sinal de pressão a jusante é maior que um limite de pressão a jusante introduzido pelo usuário, que pode indicar um problema com o piloto que controla o regulador. Outros alarmes lógicos podem ser introduzidos que levam em consideração os vários valores medidos e calculados, de modo que outros problemas potenciais com o regulador podem ser imediatamente indicados.

[0062] A memória associada com o processador de preferência inclui um registro de alarme que monitora a data, hora, e tipo de alarme. O registro de alarme é acessível por um dispositivo de comunicação externo para permitir que um histórico

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21/21 de alarme seja recuperado. Outrossim, o processador de preferência inclui um circuito de relatório por exceção (RBX) que automaticamente comunica quaisquer condições de alarme a um computador controlador remotamente localizado. Por conseguinte, problemas potenciais no gasoduto são rapidamente reportados, e o componente específico ou área danificada é identificada.

[0063] Embora um aparelho combinado de medição de fluxo de regulador e de diagnóstico tenha sido ilustrado e descrito, será apreciado que um aparelho de medição de fluxo de regulador em separado ou um aparelho de diagnóstico de regulador em separado podem ser fornecidos de acordo com a presente invenção. [0064] A descrição detalhada precedente foi apresentada meramente para clareza de compreensão, e não devem entendidas quaisquer limitações desnecessárias a partir da mesma, pois modificações serão óbvias aqueles versados na técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Regulador de pressão (10), compreendendo:

um alojamento principal (14) tendo uma entrada (18) e uma saída (20), um trajeto de fluxo de fluido sendo definido entre a entrada (18) e a saída (20);

um elemento estrangulador (32) deslocável no trajeto de fluxo de fluido; um sensor de posição de elemento estrangulador (44) incluindo:

- um alojamento de magneto (101) suportado em relação fixa com o alojamento principal (14) e definindo uma superfície interna (250);

- um magneto (302) dimensionado para inserção no interior do alojamento de magneto (101), o magneto (302) tendo um pólo norte (256) e um pólo sul (258), em que o magneto (302) gera um fluxo magnético;

- um sensor de campo magnético (276) posicionado para detectar o fluxo magnético;

caracterizado por:

- um anel centralizador (300) posicionado entre o magneto (302) e o alojamento de magneto (101), o anel centralizador (300) incluindo uma parede polarizada atuando para centralizar o magneto (302) no alojamento de magneto (101), em que uma parte do anel centralizador (300) é uma dentre disposta dentro de uma ranhura formada na superfície interna do alojamento de magneto (101).
2. Regulador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o anel centralizador (300) compreende um membro resiliente e um membro rígido, o membro rígido definindo a parede polarizada.
3. Regulador de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o membro resiliente compreende um anel-em-O de borracha.
4. Regulador de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o membro resiliente compreende uma mola anular (320).
5. Regulador de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o membro rígido compreende um anel de plástico (318).
6. Regulador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende uma peça polar moldadora de fluxo

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2/2 (262, 264; 304, 306) em cada um dos pólos norte (256) e sul (258) do magneto (302).
7. Regulador de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o anel centralizador (300) é fixado em relação ao alojamento de magneto (101), em que o membro resiliente compreende um anel externo (320) e o membro rígido compreende um anel interno (318), o anel interno (318) tendo uma parede interna (314) definindo a parede polarizada, em que o anel externo (320) impele para dentro a parede interna (314).
8. Regulador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado ainda pelo fato de que compreende um mecanismo bidirecional (308) tendo um diâmetro interno central dimensionado para receber o magneto (302) e uma superfície externa (316) dimensionada para inserção no interior do alojamento de magneto (101), a superfície interna (250) do alojamento de magneto (101) definindo a ranhura (312) dimensionada para receber uma parte externa do anel centralizador (300), em que a parede interna (314) se engata com a superfície externa (316) do mecanismo bidirecional (308).
9. Regulador de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma peça polar moldadora de fluxo (304, 306) em cada um dos pólos norte (256) e sul (258) do magneto (302), em que o mecanismo bidirecional (308) inclui duas cavidades extremas dimensionadas para receber as peças polares moldadoras de fluxo (304, 306).
10. Regulador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um segundo anel centralizador (300) posicionado entre o magneto (302) e o alojamento de magneto (101), o segundo anel centralizador (300) incluindo uma parede polarizada atuando para centralizar o magneto (302) no alojamento de magneto (101).
11. Regulador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um indicador de percurso (40, 103) conectado por uma extremidade com o elemento estrangulador (32) e por uma extremidade oposta com o magneto (302).