用于在流量畸变期间改进测量的操作电磁流量计的方法和系统与流程

1.本发明总体上涉及一种电磁(em)流量计，并且更具体地涉及一种用于在流量管道中的流体的流量畸变期间操作以改进测量的电磁流量计。


背景技术：

2.电磁流量计是用于测量流体的流速的装置。em流量计适用于所有导电液体，诸如水、酸、碱、泥浆和很多其他液体。通常，em是非侵入性的，并且没有移动部件，从而降低了故障风险和维修频率。然而，电磁流量计运行中的一个令人担忧的原因是由于诸如但不限于弯管、阀门、弯头和t形接头之类的上游特征(或管道干扰)造成的流量畸变或速度曲线畸变导致的测量精度下降。
3.因此，与很多其他流量传感器一样，电磁流量计的测量精度可能会因为如弯管等上游流量畸变特征的存在而受到影响。在现有系统中，已经实现了很多技术来减轻由于流量畸变效应而在流速读数中引起的误差。例如，虽然在流体进入流量计部分之前调节流体是一种成功的方法，但该方法会导致压降，需要改变流量计横截面和/或使用附加部件。现场常见的一种极端情况是，距上游弯管的管道直径距离不超过零到一倍的空间用于安装流量计。通过在流量计入口处使用如穿孔板等流量重整器来重整流量会导致高压降，并且不是一种可行的方法。
4.此外，已经测试并且实现了克服流量畸变效应的非侵入性方法。然而，这些方法涉及附加部件，并且需要对em的硬件进行不期望的改变。可以使用多个电极来获取流量计管道内不同水平的若干组读数，并且对这些读数进行平均，以克服流量畸变效应。然而，该方法使流量计暴露于更高的泄漏机会，并且导致具有相关联的更高成本的附加硬件要求。可以使用扩展电极来获取流量平均读数，但容易出现其他噪声问题，如电极表面上的微粒轰击。
5.因此，流体的流量畸变或速度曲线畸变会影响流体的流速测量的精度。然而，精确流速的测量在工业过程中可能是至关重要的，以确保这样的工业过程和em流量计的流速测量的优化。因此，需要减少em流量计中的流量畸变，以减少对工业过程的不利影响。


技术实现要素：

6.根据各种实施例，本公开提供了一种用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作电磁(em)流量计的方法和系统。流量管道中的畸变例如至少在em流量计的上游或下游，诸如弯管、t形接头等。em流量计包括线圈对和电极对，线圈对包括由电流供电以生成电磁场的顶部线圈(c1)和底部线圈(c2)，电极对用于测量由流体中的电磁场和流场的相互作用而生成的电动势。em流量计可通信地耦合到用于测量来自该电极对的信号的系统。为了在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量，该方法包括基于流量计距流量管道中的流量畸变特征的距离与流量计的特征长度之间的关系来配置该线圈对(c1、c2)中的
电流。此外，该方法包括基于该线圈对(c1、c2)中的电流的配置来测量由于电磁场和流场的相互作用而生成的电动势引起的信号。基于所测量的信号，该方法包括估计流量管道中的流体的流速。
7.根据本实施例，当流量计距流量畸变特征的距离是流量计的特征长度的第一预定义倍时，该线圈对(c1、c2)以第一电流值被偏置。在一个实施例中，第一预定义倍是流量计的特征长度的两倍。
8.根据本实施例，当流量计距流量畸变特征的距离是流量计的特征长度的第二预定义倍时，到该线圈对的电流在交替重复的第一阶段和第二阶段中被配置预定义持续时间。在第一阶段中，顶部线圈(c1)以第一电流值的一半被偏置并且底部线圈(c2)以顶部线圈(c1)的三倍被偏置。在第二阶段中，到顶部线圈(c1)的电流被停用并且底部线圈(c2)以第一电流值的四倍被偏置。
9.根据本实施例，距离的第二预定义倍在流量计的特征长度内。
10.根据本实施例，当流量计距流量畸变特征的距离是流量计的特征长度的第三预定义倍时，到顶部线圈(c1)的电流被停用并且底部线圈(c2)以第一电流值的四倍被偏置。
11.根据本实施例，距离的第三预定义倍在流量计的特征长度与流量计的特征长度的两倍之间。
12.本公开的一个实施例公开了一种用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作em流量计的系统。在不限制本发明范围的情况下，该系统能够操作em流量计，使得精确并且可接受的流体流速数据被生成。该系统包括至少一个流量计，该流量计包括线圈对和电极对，该线圈对具有暴露于电流以生成电磁场的顶部线圈(c1)和底部线圈(c2)，该电极对用于测量由流体中的电磁场的相互作用而生成的电动势。该系统包括电流控制器，该电流控制器用于基于流量计距流量畸变特征的距离与流量计的特征长度之间的关系来配置到该线圈对(c1、c2)的电流。通过提供线圈供电模式的独特组合，基于流量计距流量畸变特征的距离与流量计的特征长度之间的关系，该系统使流量畸变和所引起的误差最小化。此外，该系统包括处理器，该处理器被配置为基于该线圈对(c1、c2)中的电流的配置来测量由于电磁场和流场的相互作用而生成的电动势引起的来自该电极对的信号，并且基于所测量的信号来估计流量管道中的流体的流速。
13.本公开的另一实施例公开了一种用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的电磁流量计。电磁流量计包括线圈对，该线圈对包括暴露于从系统接收的电流以生成电磁场和流场的顶部线圈(c1)和底部线圈(c2)。该电流基于流量计距流量畸变的距离与流量计的特征长度之间的关系。此外，电磁流量计包括用于测量由流体中的电磁场和流场的相互作用而生成的电动势的电极对。基于该线圈对(c1、c2)中的电流的配置，通过电磁场的相互作用而生成由于电动势引起的信号，以估计流量管道中的流体的流速。
附图说明
14.在概括地描述了本公开的示例实施例之后，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且在附图中：
15.图1a示出了根据本公开的实施例的示例性电磁流量计的示意图；
16.图1b至图1c示出了根据本公开的实施例的具有图1的电磁流量计的流量管道的靠
近弯管的截面；
17.图2示出了根据本公开的实施例的用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作电磁流量计的系统；
18.图3a至图3b示出了根据本公开的备选实施例的用于示出电磁流量计的线圈供电模式的图形表示；以及
19.图4是根据本发明的实施例的用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作电磁流量计的方法的流程图。
具体实施方式
20.在以下描述中，出于解释的目的，为了提供对本公开的全面理解，提出了很多具体细节。然而，对于本领域技术人员来说很清楚的是，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，仅为了避免混淆本公开，装置和方法以框图形式示出。
21.本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合该实施例而描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各个地方的出现不一定都是指同一实施例，也不是单独的或备选的实施例与其他实施例相互排斥。此外，本文中的术语“一”和“一个”并不表示数量限制，而是表示所引用项目中的至少一个的存在。此外，描述了可以由一些实施例而不是由其他实施例展现的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可以是一些实施例的要求，但不是其他实施例的要求。
22.下面将参考附图更全面地描述本公开的一些实施例，附图中示出了本发明的一些但不是全部实施例。事实上，本发明的各种实施例可以以很多不同的形式实施，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将满足适用的法律要求。相同的附图标记通篇指代相同的元素。任何术语的使用不应当被视为限制本发明的实施例的精神和范围。
23.本文中描述的实施例是为了说明目的，并且有很多变化。应当理解，根据情况可以建议或使之变得有利，可以考虑各种省略和等效物的替代，但旨在覆盖应用或实现，而不偏离本公开的精神或范围。此外，应当理解，本文中使用的措辞和术语是为了说明的目的，而不应当被视为限制性的。本说明书中使用的任何标题仅为方便起见，不具有法律或限制效力。
24.根据示例实施例，本文中提供了一种用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作电磁流量计的方法、系统和电磁(em)流量计。本文中公开的方法、系统和em流量计提供了用于在流体通过流量管道的流量畸变期间改善em中的测量以确保生成精确流速的措施，这对于各种工业过程(诸如但不限于水处理厂、石油厂和制药工业)可能是至关重要的。
25.参考图1a，示出了适用于测量流量管道中的流体的流速的示例性电磁(em)流量计100。在一个实施例中，em流量计100根据法拉第电磁感应定律工作。em流量计100包括管道，该管道内部具有绝缘衬垫(图1a中未示出)并且与管道中的流体接触。在两侧，em流量计100包括线圈对，包括由电流供电以生成电磁场的顶部线圈c1(101)和底部线圈c2(103)。从本质上讲，所生成的电磁场与流体速度相互作用，并且在流体域内感应出电动势(emf)。为了测量emf，em流量计100在两侧包括电极对(105、107)。在一个实施例中，em流量计100可以包
括用于指示所确定的流量管道中的流体的流量的显示器。
26.通常，与速度或流速成比例，通过参考在实验室测试期间提供的校准系数，可以使用所测量的emf估计流速。校准系数是或者直接涉及在理想实验室条件下获取的感应电动势/速度之比，其中确保流量计上游有足够的管道长度以避免流量畸变。然而，在现场，可能存在现有em流量计可能靠近上游或下游弯管并且可能发生畸变的情况，从而导致流量测量误差。这在图1b中示出，图1b示出了具有靠近上游弯管的电磁流量计的流量管道109的截面。在一个实施例中，em流量计100距弯管的距离以其管道内径(d)的倍数表示。
27.由于从em流量计100获取的信号取决于速度分布，因此速度曲线或分布中的任何流量畸变特征都会导致测量中的误差。流量管道109中的流量畸变特征至少在em流量计100的上游或下游的管道接头处，诸如弯管、t形接头等。为了克服这些流量畸变特征，本公开通过取决于多个因素基于独特模式来促进向该线圈对(101、103)供电来操作em流量计100。em流量计100通信地耦合到如图2所示的系统，以测量来自该电极对的信号并且生成em流量计100的流速。如图1b所示，该系统基于em流量计100距流量管道109中的流量畸变特征的距离与em流量计100的特征长度(l)之间的关系来配置该线圈对(c1、c2)(101、103)中的电流。通常，当em流量计100距流量畸变特征的距离是em流量计100的特征长度(l)的第一预定义倍时，该线圈对(101、103)以第一电流值(例如，x安培)被偏置。在一个实施例中，第一预定义倍指示em流量计100的特征长度(l)的两倍。图3a示出了em流量计100的上述线圈供电方案的图形表示。如图3a所示，c1(101)和c2(103)都以相同的x安培的第一电流值来被配置。
28.返回图1a，考虑em流量计100距流量畸变特征的距离是em流量计100的特征长度的第二预定义倍的情况。距离的第二预定义倍在em流量计100的特征长度(l)内。也就是说，例如，em流量计100距弯管的距离是流量管道109的直径的“0到1”倍(0d到1d)。在这种情况下，在交替重复的第一阶段和第二阶段中，系统配置到该线圈对(101、103)的电流处于预定义持续时间(例如，“t”秒)。例如，在第一阶段中，顶部线圈(c1)(101)以第一电流值的一半被偏置，并且底部线圈(c2)(103)以顶部线圈(c1)的三倍被偏置。换言之，基于上述表示，在第一阶段中，顶部线圈(c1、101)处于x/2安培，并且底部线圈(c2、103)处于3x/2安培。在预定义持续时间或“t”秒之后，第二阶段启动“t”秒，其中到顶部线圈(c1、101)的电流被停用，并且底部线圈(c2、103)以第一电流值的四倍被偏置。
29.换言之，在第二阶段中，顶部线圈(c1、101)处于零安培，并且底部线圈(c2、103)处于4x安培。图3b示出了em流量计100的上述线圈供电方案的图形表示。如图3b所示，第一阶段(阶段1)和第二阶段(阶段2)是基于当前配置来描绘的。本质上，从第一阶段和第二阶段获取的信号被平均以进一步处理。图1c示出了具有在1d处具有弯曲的电磁流量计的流量管道109的截面。同样，考虑em流量计100距流量畸变特征的距离是em流量计100的特征长度(l)的第三预定义倍的另一弯曲情况。
30.在一个实施例中，距离的第三预定义倍在em流量计100的特征长度(l)与em流量计100特征长度的两倍之间。换言之，在em流量计100与弯管之间的距离大于1d但小于2d。在这种情况下，电流的配置使得到顶部线圈(c1、101)的电流被停用并且底部线圈(c2、103)以第一电流值的四倍被偏置。也就是说，c1(101)处于零安培，而c2 103处于4x安培。
31.返回图1a，一旦基于上述配置中的任一配置将电流提供给该线圈对(101、103)，则测量由电磁场和流场的相互作用而生成的电动势引起的信号，并且基于所测量的信号估计
流量管道109中的流体的流速。流体的流速可以根据本领域已知技术来估计。因此，通过配置电流到该线圈对(101、103)，基于上述关系确保将与畸变相关联的误差降低到可接受的最小值。此外，由于本发明仅需要修改线圈电流配置，因此本发明消除了对em流量计100的附加硬件的要求。
32.图2示出了用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作电磁流量计的系统200的框图。系统200包括如图1a所述的至少一个em流量计100、电流控制器201和处理器203。电流控制器201基于em流量计100距流量畸变特征的距离与em流量计100的特征长度之间的关系来配置到em流量计100的该线圈对(101、103)的电流。电流控制器201包括关于位于流量管道109中的每个em流量计100的位置的细节。也就是说，每个em流量计100位于距流量管道109的特定距离处，基于该特定距离，可以检测到弯管，并且到该线圈对(101、103)的电流的配置是变化的。因此，根据基于每个em流量计100的细节而确定的关系，电流控制器201可以配置到该线圈对(101、103)的电流。
33.也就是说，例如，当em流量计100距弯管的距离是流量管道109的直径的“0到1”倍(0d到1d)时，在这种情况下，在交替重复的第一阶段和第二阶段，电流控制器201将配置到该线圈对(101、103)的电流处于预定义持续时间。在第一阶段中，电流控制器201以x/2安培配置顶部线圈(c1、101)并且以3x/2安培配置底部线圈(c2、103)。在预定义持续时间或“t”秒之后，在第二阶段中，电流控制器201以零安培配置顶部线圈(c1、101)并且以4x安培配置底部线圈(c2、103)。在另一弯曲关系中，当em流量计100与弯管之间的距离大于1d但小于2d时，在这种情况下，电流控制器201以零安培配置顶部线圈(c1、101)配置，而以4x安培配置c2 103。
34.此外，处理器203被配置为基于由电流控制器201提供的配置来测量由于电磁场和流场的相互作用而生成的电动势引起的来自该电极对(105、107)的信号。基于所测量的信号，处理器203估计流量管道109中的流体的流速。
35.图4示出了根据本发明的实施例的用于在流量管道中的流体的流量畸变期间改进测量的操作电磁流量计的方法的流程图。
36.em流量计100通信地耦合到系统200，以在流量管道中的流体的流量畸变期间操作和改进测量。方法400的步骤由系统200执行，系统200可以包括至少一个em流量计100。
37.方法400包括第一步骤401，即，基于em流量计100距流量管道109中的流量畸变特征的距离与em流量计100的特征长度(l)之间的关系来配置线圈对(101、103)中的电流。
38.考虑，在第一种情况下，当em流量计100距流量畸变特征的距离是em流量计100的特征长度(l)的第一预定义倍时，该线圈对(101、103)以第一电流值(例如，x安培)被偏置。在一个实施例中，第一预定义倍指示em流量计100的特征长度(l)的两倍。
39.考虑第二情况，当em流量计100距流量畸变特征的距离是em流量计100的特征长度的第二预定义倍时。距离的第二预定义倍在em流量计100的特征长度(l)内。也就是说，例如，em流量计100距弯管的距离是流量管道109的直径的“0到1”倍(0d到1d)。在这种情况下，在交替重复的第一阶段和第二阶段中，到该线圈对(101、103)的电流被配置为处于预定义持续时间。例如，在第一阶段中，顶部线圈(c1)(101)以第一电流值的一半被偏置，并且底部线圈(c2)(103)以顶部线圈(c1)的三倍被偏置。换言之，基于上述表示，在第一阶段中，顶部线圈(c1、101)处于x/2安培，并且底部线圈(c2、103)处于3x/2安培。在预定义持续时间或“t”秒之后，第二阶段启动“t”秒，其中到顶部线圈(c1、101)的电流被停用，并且底部线圈(c2、103)以第一电流值的四倍被偏置。
40.同样，考虑到第三情况，当em流量计100距流量畸变特征的距离是em流量计100的特征长度(l)的第三预定义倍时。
41.距离的第三预定义倍在em流量计100的特征长度(l)与em流量计100特征长度的两倍之间。在这种情况下，电流的配置使得到顶部线圈(c1、101)的电流被停用并且底部线圈(c2、103)以第一电流值的四倍被偏置。也就是说，c1(101)处于零安培，而c2 103处于4x安培。
42.在下一步骤中，在403，测量基于该线圈对(101、103)中的电流的配置由电磁场和流体场的相互作用而生成的电动势引起的信号。当该线圈对(101、103)中的电流基于上述第二情况时，该信号通过考虑第一阶段和第二阶段的信号的平均值来测量。
43.在步骤405中，基于所测量的信号来估计流量管道109中的流体的流速。基于所测量的信号的流速的计算可以根据本领域技术人员已知的技术来假定。
44.利用基于上述关系的电流的配置，由于该线圈对(101、103)的供电模式的改变，由流量畸变引起的误差降低了例如近40倍。
45.本公开的一个实施例提供了一种低成本的非侵入性的技术，以确保流量畸变的独立性。
46.本公开的实施例确保了可靠且精确的能够在极端条件下具有高性能的流量传感器。
47.本公开的实施例确保了流量曲线的独立性，而不会引起压降或附加能量消耗。
48.受益于上述描述和相关附图中给出的教导，本领域技术人员将想到本文所述的公开的很多修改和其他实施例。因此，应当理解，所公开的内容不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。
49.此外，尽管前述描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例组合的上下文中描述了示例实施例，但应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，备选实施例可以提供元件和/或功能的不同组合。在这点上，例如，与上面明确描述的元件和/或功能的不同组合也被考虑，如所附权利要求中的一些权利要求中所阐述的。尽管本文中使用特定术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。
50.附图标记
51.52.
技术特征：
1.一种操作电磁流量计(100)的方法，用于在流量管道(109)中的流体的流量畸变期间改进测量，所述电磁流量计(100)包括线圈对和电极对(105、107)，所述线圈对包括由电流供电以生成电磁场的顶部线圈(c1)(101)和底部线圈(c2)(103)，所述电极对(105、107)用于测量由所述流体中的电磁场和流场的相互作用而生成的电动势，其中所述电磁流量计(100)可通信地耦合到用于测量来自所述电极对(105、107)的信号的系统(200)，所述方法包括：由所述系统(200)基于所述电磁流量计(100)距所述流量管道(109)中的流量畸变特征的距离与所述电磁流量计(100)的特征长度之间的关系来配置所述线圈对(c1、c2)(101、103)中的所述电流；由所述系统(200)基于所述线圈对(c1、c2)(101、103)中的所述电流的配置来测量由于电磁场和流场的所述相互作用而生成的电动势引起的信号；以及由所述系统(200)基于所测量的信号来估计所述流量管道(200)中的所述流体的流速。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流量管道(109)中的所述流量畸变特征是所述电磁流量计(100)的上游或下游中的一个。3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述电磁流量计(100)距所述流量畸变特征的所述距离是所述电磁流量计(100)的所述特征长度的第一预定义倍时，所述线圈对(c1、c2)(101、103)以第一电流值被偏置。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一预定义倍是所述电磁流量计(100)的所述特征长度的两倍。5.根据权利要求1所述的方法，其中当所述电磁流量计(100)距所述流量畸变特征的所述距离是所述电磁流量计(100)的所述特征长度的第二预定义倍时，到所述线圈对(101、103)的所述电流在交替重复的第一阶段和第二阶段中被配置预定义持续时间，其中在所述第一阶段中，所述顶部线圈(c1)(101)以第一电流值的一半被偏置并且所述底部线圈(c2)(103)以所述顶部线圈(c1)(101)的三倍被偏置，并且在所述第二阶段中，到所述顶部线圈(c1)(101)的所述电流被去激活，并且所述底部线圈(c2)(103)以所述第一电流值的四倍被偏置。6.根据权利要求5所述的方法，其中距离的所述第二预定义倍在所述电磁流量计(100)的所述特征长度内。7.根据权利要求1所述的方法，其中当所述电磁流量计(100)距所述流量畸变特征的所述距离是所述电磁流量计(100)的所述特征长度的第三预定义倍时，到所述顶部线圈(c1)(101)的所述电流被去激活，并且所述底部线圈(c2)(103)以第一电流值的四倍被偏置。8.根据权利要求7所述的方法，其中距离的所述第三预定义倍在所述电磁流量计(100)的所述特征长度与所述电磁流量计(100)的所述特征长度的两倍之间。9.一种用于操作电磁流量计(100)的系统(200)，用于在流量管道(109)中的流体的流量畸变期间改进测量，所述系统(200)包括：至少一个电磁流量计(100)，包括：线圈对(101、103)，包括暴露于电流以生成电磁场的顶部线圈(c1)(101)和底部线圈(c2)(103)；以及电极对(105、107)，用于测量由流体中的电磁场和流场的相互作用而生成的电动势；
电流控制器(201)，用于基于所述电磁流量计(100)距流量畸变特征的距离与所述电磁流量计(100)的特征长度之间的关系来配置到所述线圈对(c1、c2)(101、103)的所述电流；以及处理器(203)，被配置为基于所述线圈对(c1、c2)(101、103)中的所述电流的配置来测量由于电磁场和流场的所述相互作用而生成的电动势引起的来自所述电极对(105、107)的信号，并且基于所测量的信号来估计所述流量管道(109)中的所述流体的流速。10.一种电磁流量计(100)，用于在流量管道(109)中的流体的流量畸变期间改进测量，所述电磁流量计(100)包括：线圈对(101、103)，包括暴露于从系统(200)接收的电流以生成电磁场的顶部线圈(c1)(101)和底部线圈(c2)(103)，其中所述电流基于所述电磁流量计(100)距流量畸变特征的距离与所述电磁流量计(100)的特征长度之间的关系；以及电极对(105、107)，用于测量由所述流体中的电磁场和流场的相互作用而生成的电动势，其中由于电动势引起的信号基于所述线圈对(c1、c2)(101、103)中的所述电流的配置、由电磁场和流场的所述相互作用而被生成，以用于由所述系统(200)估计所述流量管道(109)中的所述流体的流速。

技术总结
本公开提供了一种用于在流量管道(109)中的流量畸变期间改进测量的操作电磁(EM)流量计(100)的方法和系统(200)。EM流量计(100)包括由电流供电以生成电磁场的线圈对(101、103)、以及用于测量由流体中的电磁场和流场的相互作用而生成的电动势的电极对(105、107)。为了在流量畸变期间改进测量，系统(200)基于EM流量计(100)距流量管道(109)中的流量畸变特征的距离与EM流量计(100)的特征长度之间的关系来配置线圈对(C1、C2)(101、103)中的电流。此外，基于线圈对(C1、C2)(101、103)中的电流的配置，测量由于电动势而生成的信号。因此，基于所测量的信号，估计流量管道(109)中的流体的流速。流速。流速。


技术研发人员：苏巴希什
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：2021.10.06
技术公布日：2023/9/13