CN107091672A - 电磁流量计校准检验 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁流量计校准检验。一种磁流量计具有导管、电线圈和线圈驱动器，所述线圈驱动器被配置成使用周期性电信号激励所述电线圈并且在所述导管中产生极性周期性地反转的磁场。电极被布置成检测由于传导性流体流过所述导管并且流过所述磁场而产生的电压。测量系统从所述电极接收电信号并且使用所述电信号确定所述传导性流体的流动速率。所述流量计具有包括传感器的仪表检验系统，所述传感器被配置成检测在电线圈被所述线圈驱动器激励时由所述电线圈产生的所述磁场。所述仪表检验系统被配置成确定所述周期性变化的磁场的振幅并且使用此振幅来评估所述磁流量计的当前操作效能。

Description

电磁流量计校准检验

技术领域

本发明大体上涉及电磁流量计，且更具体来说，涉及用于检验电磁流量计的校准的系统和方法。

背景技术

电磁流量计通常用于各种行业中来测量流过管道或其他导管的传导性流体的流动速率。原则上，电磁流量计针对穿过仪表的流体的流量而在导管中产生磁场。在传导性流体流过导管时，磁场在流体中的在与流体流横向的方向上间隔开的两个位置之间感应出电压差。所述电压差的量值与流动速率相关。通过检测所述电压差，可以测量流体流动速率。针对流体速度来校准电压。所述流体速度可以与横截面流动面积组合使用以便获得体积流动速率测量。如果流体的密度是已知的，那么可以将体积流动速率转换为质量流动速率。

在一些应用中，必须在进行的基础上检验电磁流量计的校准。电磁流量计的组件可能会随时间降级。例如，用于产生磁场的线圈的匝之间的绝缘可能会降级并且导致短接的匝。而且，磁性组件可能会由于振动或其他原因而移位。在使用电磁流量计期间可能会随时间出现的这些问题和其他问题可能会影响流动速率测量的准确性。对流量计的检验提供仪表仍然良好工作的保证。相反地，仪表检验系统可以识别电磁流量计何时未适当地工作，使得可以将仪表拿下线并且进行更换或修理。

一些常规的电磁流量计包括仪表检验系统。然而，本发明人已经作出某些改进，将在下文对其详细描述。

发明内容

本发明的一个方面是一种磁流量计。所述流量计具有用于使传导性流体通过所述流量计的导管。所述流量计具有电线圈和线圈驱动器，所述线圈驱动器被配置成使用周期性电信号激励所述电线圈并且在所述导管中产生极性周期性地反转的磁场。一对电极被布置成检测由于传导性流体流过所述导管并且流过所述磁场而产生的电压。测量系统被配置成从所述电极对接收电信号并且使用所述电信号来确定所述传导性流体的流动速率。所述流量计具有包括传感器的仪表检验系统，所述传感器被配置成检测在电线圈被线圈驱动器激励时由所述电线圈产生的磁场。所述仪表检验系统被配置成确定周期性变化的磁场的振幅并且使用所述振幅来评估流量计的当前操作效能。

本发明的另一方面是一种评估以下类型的磁流量计的操作效能的方法，所述磁流量计包括：导管，其用于使传导性流体通过所述流量计；电线圈；线圈驱动器，其被配置成使用周期性电信号激励所述电线圈并且在所述导管中产生极性周期性地反转的磁场；一对电极，其定位成检测由于所述传导性流体流过所述导管而产生的电压；以及测量系统，其被配置成从所述电极对接收电信号并且使用所述电信号来确定所述传导性流体的流动速率。所述方法包括使用传感器检测所述周期性反转的磁场。确定所述周期性变化的磁场的振幅。使用所述振幅来评估所述流量计的当前操作效能。

将在下文部分明白且部分指出其他对象和特征。

附图说明

图1是本发明的磁流量计的一个实施例的示意性透视图；

图2是示出图1的磁流量计的电子系统的一个实施例的示意图；

图3是说明适合于产生周期性反转的磁场的电信号的一个实施例的图；

图4是说明通过用于检测与周期性反转的磁场相关联的磁通量的传感器的一个实施例产生的电信号的图；以及

图5是说明检验磁流量计的校准的方法的一个实施例的流程图。

对应参考符号指示整个附图中的对应部分。

具体实施方式

在图1和2中说明大体上标示为101的磁流量计的一个实施例。流量计101具有适合于使传导性流体通过流量计的导管103。电线圈105、107定位在导管103的相对的侧面上。磁流量计101还具有线圈驱动器109(图2)，其被配置成激励电线圈105、107以便产生延伸穿过导管103的磁场。磁场的定向大体上垂直于穿过导管103的流体流的方向。有可能在需要时省略电线圈105、107中的一者，但在导管的相对的侧面上组合地使用一对线圈产生磁场会有助于至少在导管103内产生更加均匀和/或对称的磁场，磁场在导管103处与流体相互作用。线圈驱动器109适当地被配置成产生周期性电信号(例如，如图3中说明的方波)，将所述周期性电信号施加到线圈105、107以便在导管中产生极性周期性地反转的磁场。

由于导管103中的磁场，在传导性流体流过磁场时在传导性流体中产生电压。一对电极111、113被布置成检测由于传导性流体流过导管103并且流过其中的磁场而产生的电压。流量计101具有测量系统115，其被配置成从电极111、113接收电信号，并且使用所述电信号确定传导性流体的流动速率。反转电场的极性的益处之一是，这可以帮助改善杂散磁场(例如，地球的磁场和可能由流量计101的环境中的其他设备产生的磁场)的效应，并且进而改进流动速率测量。在磁场具有其反转的极性和其未反转的极性时检测到的电压的量值的差异随后用作流动速率测量的基础。流量计101适当地具有传输器117，其被配置成向另一电气系统输出流动速率测量数据且任选地输出额外信息，例如诊断信息。举例来说，流量计适合于用于分布式控制系统(未示出)中，在那种情况下，传输器117适当地被配置成与所述分布式控制系统通信。

流动速率测量是基于以下原理：流过导管103的传导性流体中产生的电场的强度(例如，由电极111、113检测的电压)可以与流动速率相关。在流量计101是新的时，对测量系统115进行校准，因此可以将来自电极111、113的电信号转换为准确的流动速率测量。流量计101校准可能会随时间变差。校准误差的主要原因之一是流量计的电子器件的变化，其影响由线圈105、107产生的磁场的特性。举例来说，振动可能会摇动电线，直到它们变松散为止。松散的电线和/或传导性流体泄漏可能会使流量计101的一个或多个组件短路。绝缘可能会变差和/或变得离开原位。各种组件的物理位置可能会随时间移位。性能也可能会出于其他原因而变差。磁流量计101操作的方式的改变可能会导致校准偏离。这继而导致不准确的测量。

流量计101具有仪表检验系统121，其被配置成执行诊断测试来评估流量计校准。如所说明，仪表检验系统121包括传感器123，其被配置成检测与在电线圈105、107被线圈驱动器109激励时由它们产生的磁场相关联的变化的磁通量。举例来说，传感器123适当地是定位成检测由线圈驱动器109和线圈105、107产生的磁通量的变化的电线圈。在所说明的实施例中，仪表检验系统121包括一对电线圈123、125，其定位成检测由线圈驱动器109和线圈105、107产生的磁通量的变化。线圈123、125是无源电线圈，其响应于穿过线圈的磁通量的变化而产生电压。举例来说，仪表检验系统121的线圈123、125适当地被配置成经历与磁通量的变化率成比例的感应电压(例如，根据法拉第定律，跨线圈的感应电压(v)与线圈中的匝数(N)和穿过所述线圈的磁通量(Φ)的变化率成比例(v＝N·dΦ/dt))。在图4中说明通过感测线圈123、125中的一者产生的电信号的一个实例。替代地，仪表检验系统的传感器可以是测量磁场的强度而不是磁通量的变化率的磁力计。

电线圈123、125可以定位在流量计的磁路131中的任何地方。在所说明的实施例中，磁路包括线圈107、109、定位在所述线圈与导管103之间的极片133、135(其有助于使磁场在导管中分布得更加均匀)、导管及其内部，和磁返回137。本领域技术人员已知，磁返回137是在导管103的外部周围(例如，从电线圈107的外端到电线圈109的外端)延伸以便在电线圈的外端之间导引磁通量的结构。虽然仪表检验系统121的传感器123、125可以定位在磁路中的任何地方，但在图1中说明的实施例中，仪表检验系统121的线圈123、125定位在导管103上和/或由所述导管支撑。所述仪表检验系统的线圈123、125还定位在导管103的相对的侧面上。仪表检验系统的线圈123、125适当地具有比用于产生磁场的线圈105、107大体上更少的匝。举例来说，仪表检验系统121的线圈123、125各自适当地具有单环路。仪表检验系统121的线圈123、125的长度适当地更大，并且圈出比用于产生磁场的线圈105、107所圈出的面积更大的面积。如所说明，仪表检验系统的线圈123、125成鞍形，且与导管103的外表面相符。仪表检验系统121的线圈123、125还适当地与用于产生磁场的线圈105、107同轴地布置。线圈123、125、105、107的所述布置有助于制造流量计101，因为使用与用于产生磁场的线圈105、107相同的线筒可能会损害仪表检验系统121的线圈123、125。

仪表检验系统121适当地被配置成确定由线圈105、107产生的周期性变化的磁通量的振幅，并且使用所确定的振幅来评估磁流量计101的当前操作效能。举例来说，仪表检验系统121适当地被配置成对在一个周期161(图4)内在线圈123、125中产生的电压进行积分，以便确定周期性变化的磁通量的振幅。替代地，仪表检验系统被配置成将磁力计在每个循环期间检测到的最大磁场强度(或在所述场反转和未反转时在磁场强度之间的差值的绝对值的1/2)用作振幅的量度。仪表检验系统121通过将与磁场相关联的磁通量的最近的振幅值与对应历史振幅值进行比较而适当地确定流量计101是否正确地操作。如果流量计101无法产生大致等于在流量计校准期间产生的磁场的强度，那么所述校准将偏离，且流量计101将产生不了准确的流动速率测量。预期在磁场的强度中可能存在可为可以忽略的小的偏差。因此，仪表检验系统适当地被配置成基于从在校准流量计101时的时间开始取得的历史振幅测量而将当前振幅测量与阈值振幅值进行比较。举例来说，阈值振幅值适当地大致在校准流量计101时的振幅值的约99％到101％内。仪表检验系统121适当地被配置成在由传感器检测到的周期性变化的磁通量的振幅下降到阈值以下时激活警报141。类似地，仪表检验系统适当地被配置成在周期性变化的磁通量的振幅上升高于阈值时激活警报141。警报可以是包括可以由流量计101邻近的人类感知的听得见的或可见的警告，且/或所述警报可以是指示流量计已经无法检验其校准的电子信号(例如，去往分布式控制系统)。替代地或另外，仪表检验系统121适当地被配置成输出指示流量计101的所评估的当前操作效能的状态消息。举例来说，在周期性变化的磁通量的振幅在预期范围内时，所述状态消息适当地指示流量计101当前在正常地操作。同样地，在周期性变化的磁通量的振幅在预期范围之外时，所述状态消息适当地指示流量计101未正确地操作和/或可能需要校正动作。

替代地，仪表检验系统可以使用线圈105、107中的一者来测量由线圈105、107中的另一者产生的磁场。举例来说，可以省略感测线圈123、125，且流量计101可以被配置成在正常测量模式和测试模式中操作。线圈驱动器109适当地被配置成在正常测量模式中操作期间激励线圈105、107两者，使得两个线圈在正常测量模式期间共同地产生磁场。然而，线圈驱动器1099适当地被配置成在测试模式中操作期间仅激励线圈105、107中的一者。仪表检验系统121适当地被配置成在测试模式中操作期间使用线圈105、107中的另一者(即，未被激励的线圈)检测与磁场相关联的磁通量。仪表检验系统121可以适当地被配置成通过首先在测试模式的第一部分中在激励线圈105的同时使用线圈107来评估线圈105产生正常磁场的其份额的能力，且随后在测试模式的第二部分期间在激励线圈107的同时使用线圈105来评估线圈107产生正常磁场的其份额的能力，而测试每个线圈105、107的操作。仪表检验系统适当地被配置成在线圈105、107中的任一者未通过其测试部分的情况下激活警报。

在图5中说明检验流量计101的方法201。在流量计的操作期间，线圈驱动器109和测量系统115以常规方式操作以便测量穿过导管的传导性流体的流动速率。具体来说，线圈驱动器109将周期性信号施加到线圈105、107以便产生周期性反转的磁场，如203处指示。仪表检验系统121的传感器(例如，上文描述的感测线圈123、125)提供用于确定流量计是否正确地操作的基础(例如，以便评估是否可以检验仪表校准)。传感器123、125检测与由电线圈105、107和线圈驱动器109产生的磁场相关联的周期性变化的磁通量，如205处指示。仪表检验系统121确定周期性变化的磁通量的振幅，如207处指示。举例来说，在感测线圈123、125自身无法检测磁场但是其检测到与周期性反转的磁场相关联的磁通量的变化时，仪表检验系统适当地对在一个循环内在感测线圈中感应的电压进行积分以便确定振幅。替代地，如果磁力计用作仪表检验系统的传感器，那么通过由磁力计测量的磁场强度的量值确定振幅。所述振幅随后用于评估仪表101是否正确地操作，如209处指示。适当地将所述振幅与基于历史振幅(例如，从起初校准流量计时开始的振幅)的振幅值进行比较。举例来说，如果所述振幅下降到阈值以下(例如，初始校准期间的振幅的99％)，那么仪表检验系统121适当地确定流量计未正确地操作。任选地，在仪表未正确地操作时，仪表检验系统121激活警报。

提供摘要和概要以便帮助读者快速地确定技术公开内容的性质。它们经过提交，应理解，它们将不用于解释或限制权利要求书的范围或意义。提供概要以便以简化形式介绍对概念的选择，所述概念在详细描述中进一步描述。所述概要无意识别所要求的标的的关键特征或实质特征，且无意用作确定所要求的标的的辅助。

虽然结合示例性计算系统环境进行描述，但本发明的各方面的实施例与众多其他通用或专用计算系统环境或配置一起操作。所述计算系统环境无意暗示对本发明的任何方面的使用或功能性范围的任何限制。此外，不应该将所述计算系统环境解译为具有与示例性操作环境中说明的组件中的任一者或组合相关的任何相依性或要求。

可以在数据和/或处理器可执行指令的一般背景中描述本发明的各方面的实施例，所述数据和/或处理器可执行指令例如为程序模块，其存储在一个或多个有形、非暂时性存储媒体上且由一个或多个处理器或其他装置执行。一般来说，程序模块包括(但不限于)例程、程序、对象、组件，和执行特定任务或实施特定抽象数据类型的数据结构。本发明的各方面还可以在分布式计算环境中实践，其中通过经由通信网络链接的远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储装置的两个本地和远程存储媒体中。

在操作中，处理器、计算机和/或服务器可以执行处理器可执行指令(例如，软件、固件和/或硬件)，例如本文说明为实施本发明的各方面的处理器可执行指令。

可以使用处理器可执行指令实施本发明的各方面的实施例。可以将处理器可执行指令组织为有形处理器可读存储媒体上的一个或多个处理器可执行组件或模块。可以使用任何数目的此类组件或模块以及此类组件或模块的任何组织实施本发明的各方面。举例来说，本发明的各方面不限于特定处理器可执行指令或在图中说明且在本文描述的特定组件或模块。本发明的各方面的其他实施例可以包括具有比本文中所说明和描述的功能性更多或更少的功能性的不同处理器可执行指令或组件。

本文中所说明和描述的本发明的各方面的实施例中的操作的执行或表现次序不是必要的，除非另外指定。也就是说，可以任何次序执行所述操作，除非另外指定，且本发明的各方面的实施例可以包括比本文公开的操作附加或更少的操作。举例来说，预期在另一操作之前、与另一操作同时地或在另一操作之后执行或履行特定操作在本发明的各方面的范围内。

在本文将设备描述为“被配置成”完成指定功能时，这意味着所述设备具有完成所指定的任何事的现有能力，并且包括(非限制)自动地执行那个功能的设备，并且还包括不自动地执行那个功能但是具有在被激活这样做时执行那个功能的现有能力的设备，而不需要任何额外的编程、固件或电气组件来支持所指定的功能。

在整个说明书和权利要求书中，例如“项目”、“元件”、“对象”等术语可以可互换地使用以便一般地描述或识别软件或显示特征，除非另外指示。

在介绍本发明或其实施例的方面的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”既定是指存在所述元件中的一者或多者。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”既定是包括性的，且是指可能存在除了所列出的元件之外的额外元件。

鉴于以上内容，将了解，本发明的各方面的若干优势得以实现，且获得其他有利的结果。

可能不需要所说明或描述的所有所描绘的组件。另外，一些实施方案和实施例可以包括额外组件。在不脱离本文陈述的权利要求书的精神或范围的情况下，可以作出对所述组件的布置和类型的改变。可以提供额外的不同的或更少的组件，且组件可以进行组合。替代地或另外，可以通过若干组件实施一组件。

以上描述通过实例的方式而不是通过限制的方式说明本发明的各方面。此描述使得本领域技术人员能够制造和使用本发明的各方面，且描述了本发明的各方面的若干实施例、改写、变化、替代方案和使用，包括目前据信是实行本发明的各方面的最佳模式的内容。另外，将理解，本发明的各方面的应用不限于以下描述中陈述或图式中说明的构造细节和组件布置。本发明的各方面能够具有其他实施例且能够以各种方式实践或实行。而且，将理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，且不应该被视为具有限制性。

已经详细地描述了本发明的各方面，将明白，在不脱离所附权利要求书中界定的本发明的各方面的范围的情况下，修改和改变是可能的。预期在不脱离本发明的各方面的范围的情况下，可以在以上构造、产品和方法方面作出各种改变。在前面的说明书中，已经参考附图描述了各种优选实施例。然而，将明白，在不脱离所附权利要求书中陈述的本发明的各方面的更广范围的情况下，可以对其作出各种修改和改变，且可以实施额外的实施例。因此将在说明性而不是限制性意义上对待说明书和附图。

Claims (15)

1.一种磁流量计，其包括：

导管，其用于使传导性流体通过所述流量计；

电线圈；

线圈驱动器，其被配置成使用周期性电信号激励所述电线圈并且在所述导管中产生极性周期性地反转的磁场；

一对电极，其被布置成检测由于所述传导性流体流过所述导管并且流过所述磁场而产生的电压；

测量系统，其被配置成从所述电极对接收电信号并且使用所述电信号来确定所述传导性流体的流动速率；以及

仪表检验系统，其包括传感器，所述传感器被配置成检测在所述电线圈被所述线圈驱动器激励时由所述电线圈产生的所述磁场，所述仪表检验系统被配置成确定所述周期性变化的磁场的振幅，并且使用所述振幅来评估所述磁流量计的当前操作效能。

2.如权利要求1所述的磁流量计，其中所述电线圈是第一电线圈，且所述传感器包括第二电线圈，所述第二电线圈定位成检测与所述周期性反转的磁场相关联的磁通量振幅的变化。

3.如权利要求2所述的磁流量计，其中所述第二电线圈是无源电线圈，其响应于磁通量的变化而经历感应电压。

4.如权利要求2所述的磁流量计，其中所述第二电线圈被配置成产生与所述磁通量的变化率成比例的感应电压，且所述仪表检验系统被配置成对所述电压进行积分以便确定所述周期性变化的磁通量的所述振幅。

5.如权利要求2所述的磁流量计，其中所述传感器进一步包括第三电线圈，所述第三电线圈定位成检测与所述周期性反转的磁场相关联的磁通量的变化。

6.如权利要求5所述的磁流量计，其中所述第二和第三电线圈定位在所述导管的相对的侧面上。

7.如权利要求6所述的磁流量计，其中所述流量计进一步包括第四电线圈，其定位在所述导管的与所述第一电线圈相对的侧面上，所述线圈驱动器被配置成使用所述周期性电信号激励所述第一和第四电线圈，以便组合地使用所述第一和第四电线圈产生所述周期性反转的磁场。

8.如权利要求7所述的磁流量计，其中所述第二和第三电线圈中的一者或两者定位在所述导管上，且与所述第一和/或第四电线圈同轴地布置。

9.如权利要求8所述的磁流量计，其中所述第二和/或第三电线圈各自具有单环路。

10.如权利要求2所述的磁流量计，其中所述流量计被配置成以正常测量模式和测试模式操作，所述线圈驱动器被配置成在以所述正常测量模式操作期间激励所述第一和第二线圈两者，使得所述第一和第二线圈在以正常测量模式操作期间共同地产生所述磁场，且在以所述测试模式操作期间仅激励所述第一和第二线圈中的一者，所述仪表检验系统被配置成在以所述测试模式操作期间使用所述第一和第二线圈中的另一者来检测与所述磁场相关联的磁通量。

11.如权利要求1所述的磁流量计，其中所述仪表检验系统被配置成将由所述传感器检测到的所述周期性变化的磁场的所述振幅与基于所述磁场的历史振幅的振幅值进行比较，以便评估所述磁流量计的所述当前操作效能。

12.如权利要求11所述的磁流量计，其中所述仪表检验系统被配置成在由传感器检测到的所述周期性变化的磁场的所述振幅下降到基于所述历史振幅的阈值以下或高于所述阈值时激活警报，且/或输出指示所述磁流量计的所述所评估的当前操作效能的状态消息。

13.一种评估以下类型的磁流量计的操作效能的方法，所述类型的磁流量计包括：导管，其用于使传导性流体通过所述流量计；电线圈；线圈驱动器，其被配置成使用周期性电信号激励所述电线圈并且在所述导管中产生极性周期性地反转的磁场；一对电极，其定位成检测由于所述传导性流体流过所述导管而产生的电压；以及测量系统，其被配置成从所述电极对接收电信号并且使用所述电信号来确定所述传导性流体的流动速率，所述方法包括：

使用传感器检测所述周期性反转的磁场；

确定所述周期性变化的磁场的振幅；以及

使用所述振幅来评估所述磁流量计的当前操作效能。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述电线圈是第一电线圈且所述传感器包括第二电线圈，其中使用所述传感器包括检测由与所述周期性反转的磁场相关联的磁通量的变化而感应出的电压，且其中确定所述周期性变化的磁场的振幅包括在一个循环内对所述电压进行积分。

15.如权利要求13所述的方法，其中使用所述振幅确定所述磁流量计是否正确地操作包括：将最近的振幅值与历史振幅值进行比较。