CN110945324A

CN110945324A - 用于配置电磁流量计的方法和系统

Info

Publication number: CN110945324A
Application number: CN201780093074.6A
Authority: CN
Inventors: S.达斯古普塔
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2037-08-07
Also published as: EP3622257A1; US20200173836A1; CN110945324B; WO2018207009A1; US11199436B2

Abstract

本发明涉及一种配置电磁流量计的方法及其电磁流量计。该方法包括：使用模型针对电磁流量计的校准条件获得流体的流速与电势之间的第一相关因子；使用模型针对位点的条件获得流体的流速与电势之间的第二相关因子，在所述位点中，安装电磁流量计；将第一相关因子和第二相关因子比较以确定差值，并且如果该差值超过预设阈值，则采用第二相关因子的值，以用于配置电磁流量计。

Description

用于配置电磁流量计的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及电磁流量计，并且更特别地涉及一种用于根据某个位点的条件来配置电磁流量计的方法和系统，在所述位点中，安装电磁流量计。

背景技术

对通过导管或管道的流体的流量进行测量可以通过多种方式（如使用电磁流量计）进行。

典型的电磁流量计根据法拉第电磁感应定律来工作。在具有以某个等级的导电率的流体流的流管内施加电磁场。使用提供在管道侧壁处的电极来测量由于电磁场与流体分子（流体中的离子）的相互作用而感应的电动势（EMF）。所测量的EMF与流速成比例，并因此用来测量流速。虽然在电磁流量计是精确的并且在构造上是简单化的假定下，电磁流量计是吸引人的，但是位点的条件在确保正确测量电磁流量计中流动的流体的流速中也是重要的，在所述位点处，安装电磁流量计。

电磁流量计可以安装在某个位点处，所述位点具有特定于所述位点的不同安装条件。在流量计的上游管道中像弯曲部（bend）、阀、异径管（reducer）等的条件可引起流到电磁流量计的流体中的扰动。换句话说，上游扰动根据标准实验室条件下（在校准规程期间）获得的值来更改电磁流量计的校准因子。下游扰动对电磁流量计的测量值影响很小，然而这不能被忽略。

在电磁流量计中已经遭遇上游流动剖面（flow profile）扰动对测量精度的影响。当前用来克服这个的实践是要使用流体流量矫正器（straightener）或设计成修改流量并因此引起流动剖面均匀性的障碍物。然而，此类特征可引起压降，具有可制造性问题，并且可能取决于流体温度和/或成分而遭受腐蚀/侵蚀。而且，由于若干类型的上游扰动（例如，由于弯曲部引起的扰动、由于阀引起的扰动等），流动剖面扰动可具有若干类型。设计针对所有此类扰动的通用流量调节器是一个挑战。

因此，存在对一种配置电磁流量计的方法的需要，该方法能够在不同类型的流动条件（如弯曲部、阀、异径管等）下提供流体流速的正确测量，并且还使得在电磁流量计本身的安装期间，能够采取校正动作并且能够调整误差。

发明内容

本文中解决了上面提到的缺点、不利和问题，这将通过阅读和理解以下说明书来理解。

在一个方面中，本发明提供了一种配置用于测量流管中的流体流量的电磁流量计的方法，所述电磁流量计包括：用于配置所述电磁流量计的一个或多个计算装置；用于产生与经过所述流管的流体相互作用的电磁场的至少一个线圈；用于测量由电磁场在所述流体中的相互作用产生的电动势的一对电势感测电极，所述方法包括以下步骤：使用模型针对所述电磁流量计的校准条件获得在所述流管中流动的流体的流速值与针对所述流管中流动的所述流体的在一对电极之间所产生的电势的值之间的第一相关因子；使用所述模型基于位点的一个或多个条件获得在所述流管中流动的流体的流速值与针对电磁流量计的流管中流动的流体的在一对电极之间所产生的电势的值之间的第二相关因子，在所述位点中安装所述电磁流量计；将所述第一相关因子和所述第二相关因子比较，以确定所述第一相关因子和所述第二相关因子之间的差值；以及基于所述第一相关因子和所述第二相关因子之间的差值，采用所述第一相关因子的值或所述第二相关因子的值中的至少一个以用于配置电磁流量计。

在实施例中，将该差值与预设阈值进行比较，以用于采用第一相关因子或第二相关因子中的至少一个值。

在实施例中，所述位点的一个或多个条件是以下中的至少一个：在至少一个线圈中流动的电流的水平；线圈中的匝数；电磁流量计的一个或多个尺寸、弯曲部的定向；阀的存在；异径管的存在；针对流体流动的阻碍物的存在。

在实施例中，第一相关因子是针对电磁流量计的校准条件的基于流管中流动的流体的流速的假定值以及在一对电极之间所产生的电势的值的因子。

在实施例中，第一相关因子是针对电磁流量计的校准条件的基于流管中流动的流体的流速的测量值和在一对电极之间所产生的电势的值的因子。

在实施例中，预设值几乎等于零。

在一个方面中，本发明提供了一种用于配置电磁流量计的系统，包括：一个或多个计算单元，所述一个或多个计算单元以通信方式与所述电磁流量计耦合；和电磁流量计装置的模型，所述电磁流量计装置被部署有一个或多个计算单元，所述一个或多个计算单元用于：使用如在所述电磁流量计的校准期间所使用的一个或多个条件信息在电磁流量计的模型中计算第一相关因子，所述第一相关因子使流体的流速值和在电极之间所产生的电势差的值相关；以及使用用于电磁流量计的安装位点的一个或多个条件在电磁流量计的模型中计算第二相关因子，所述第二相关因子使流体的流速值和在电极之间所产生的电势差的值相关；以及用于基于第一相关因子和第二相关因子之间的差的显著性来采用第一相关因子和第二相关因子中的一个，以用于配置电磁流量计。

在实施例中，一个或多个计算单元定位于电磁流量计装置内。

在实施例中，一个或多个计算单元与电磁流量计装置远程定位。

在实施例中，计算单元包括至少一个比较器，所述至少一个比较器用于将第一相关因子和第二相关因子比较，以使用预设阈值确定第一相关因子和第二相关因子之间的差的显著性。

附图说明

图1示出了用于测量流管中流体的流量的电磁流量计。

图2图示了安装在距弯曲部的各种距离处的电磁流量计，所述弯曲部在所有平面中以各种角度倾斜。

图3示出了配置电磁流量计的方法。

图4示出了用于配置电磁流量计的系统的框图表示。

具体实施方式

本发明涉及一种配置用于测量流管中流体的流量的电磁流量计的方法。本发明提供一种在电磁流量计在某个位点中的安装的各种条件下配置电磁流量计的方法。在管道中的弯曲部或阀或异径管的存在的影响下，流动剖面可能经历与正常剖面的偏差。在示范性情形中，电磁流量计可以靠近弯曲部安装，该弯曲部可能引起经过电磁流量计的流体的流动剖面的畸变。在这种条件中，由于电磁流量计针对在流体的流量的标准或正常条件下的测量被校准，因此，电磁流量计可能提供流管中流动的流体流速测量的错误值。在此类条件下，本发明使用基于用于电磁学的有限元分析并与计算流体动力学（CFD）模块耦合的模型来提供流体流速的正确测量。

本发明中使用的模型的主要结果是相关因子或校准因子或灵敏度，其是感应的EMF除以流体的速度或流速。对模型的主要输入是线圈电流/匝数、流体的速度或流速以及流量计/管道输送（piping）尺寸和形状，它们都可以从像管系图（piping diagram）等的各种来源得到。像弯曲部、阀、异径管等的上游和/或下游特征也用作对模型的输入。

本发明在电磁流量计在位点中的安装阶段期间使用该模型。在接收到所需的输入时，该模型针对特定上游扰动条件产生所更改的（所采用的）相关因子。扰动特征也可以在下游。如果所更改的相关因子与在标准条件下计算的相关因子不同，则在电磁流量计的信号处理器中结合所更改的相关因子。

由本发明所使用的模型是具有可配置接口的参数模型，其可以模拟任何流动扰动特征。例如，该模型可以模拟弯曲部，其在距流量计的任何距离处并且以与水平和垂直平面成任何角度定向。可以使用像蓝牙技术或云计算技术的高级通信系统，以促进在位点处安装的电磁流量计和模型之间的来回通信。该模型具有计算电磁流量计内的压力、温度和应力以及下游位置处的管道输送的能力。这也确保了现有传感器的可靠性。

由本发明所使用的模型还减少了沿管道使用的传感器的数量。该模型具有计算管道/流量计壁上的应力和压力的能力，并且提供可能故障和泄漏的早期指示。模型具有在热液体的情况下计算电磁流量计内的温度的能力，并且预测热问题。另外，可以对现有管道系统进行修改（如阀的结合）而不必使用昂贵且耗时的实验来重新校准电磁流量计。

在以下详细描述中，对形成以下详细描述的一部分的附图进行参考，并且在附图中以图示的方式示出可被实践的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践实施例，并且要理解的是，可适应其它实施例。因此，以下详细描述不要在限制性的意义上进行。

图1示出电磁流量计100，其包括：流体流过的导管/流管110；由励磁单元（未示出）电激励的线圈120，所述线圈120用于产生与经过导管/流管的流体相互作用的电磁场，其中130指示流体的流动方向；一对电极（140-指代图中所示的电极，150指代图中不可见但存在于导管/流管的面对电极140的相反侧处的电极）。

流动的流体经过电磁流量计中的导管110。如图100中所示，在导管110上方提供线圈，并且一旦线圈被电激励，则它们产生穿过导管110体积的电磁场。如本领域技术人员将知道的，取决于对磁场强度的需要，线圈可以具有不同的形状。磁通和移动流体的相互作用引起电势差（法拉第电磁感应定律），该电势差要由在包围腔体的壁处提供的电极140、150测量。

图2图示了安装在距弯曲部各种距离处的电磁流量计200，该弯曲部在所有平面中以各种角度倾斜。在图2的200a中，示出了流体所经过的管道中的弯曲部，并且电磁流量计200安装在距弯曲部一定距离处。类似地，在200b中，电磁流量计安装在距弯曲部不同的距离处。在200c中，与200a和200b相比，弯曲部的角度以不同的角度倾斜。电磁流量计的这些变化的安装位置和角度对流动剖面有影响，并且可预期导致错误的测量的与标准条件的偏差。本发明满足这种动态的安装条件，并在此类条件下提供对流体流速的正确测量。

图3示出了配置电磁流量计的方法300。电磁流量计包括：用于配置电磁流量计的计算装置（未示出）；用于产生与经过流管的流体相互作用的电磁场的线圈；用于测量由电磁场在流体中的相互作用产生的电动势的一对电势感测电极。方法300的步骤由计算装置执行，该计算装置可以与电磁流量计远程定位或在电磁流量计本地定位。

方法300包括步骤第一步骤310：使用模型针对电磁流量计的校准条件获得在流管中流动的流体的流速值与针对流管中流动的流体的在一对电极之间所产生的电势的值之间的第一相关因子。假定如在用于电磁流量计的校准的标准中所阐述的条件来获得电磁流量计的校准条件，在用于电磁流量计的校准的标准中将流量假定为用于校准实验在实验室中所观察到的那样。可以根据本领域技术人员已知的标准化值来假定校准条件下的流速值。

在下一步骤中，在320处，在流管中流动的流体的流速值与针对电磁流量计的流管中流动的流体的在一对电极之间所产生的电势的值之间获得第二相关因子。第二相关因子是使用模型的基于在其中安装电磁流量计的位点的条件的因子。用作对模型的输入的位点的各种条件例如是：电磁流量计的条件，像线圈中流动的电流的水平、线圈中的匝数、电磁流量计的尺寸（如大小、形状）等；以及位点的条件，像弯曲部的定向、阀、异径管等的存在、或可能引起在上游和/或下游的流体流动中的扰动的任何阻碍物。

如步骤330中所示，在该步骤中，将第一相关因子和第二相关因子比较，以确定第一相关因子和第二相关因子之间的差值。

在随后的步骤340中，基于第一相关因子和第二相关因子之间的差值，采用第一相关因子的值或第二相关因子的值以用于配置电磁流量计。例如，如果第一相关因子和第二相关因子之间的差值超过预设阈值，则第二相关因子的值将被采用以用于配置电磁流量计。换句话说，如果第二相关因子不同于第一相关因子，则显然的是，由于校准因子或相关因子在位点的各种条件的影响下已经经历了偏差，所以电磁流量计将提供错误的测量。因此，为了提供正确的测量值，第二相关因子替换在校准条件下获得的第一相关因子，以用于通过电磁流量计进行的所有未来测量。

一旦在位点中完成电磁流量计的安装，就可以提供与位点有关的信息和需要作为输入提供给计算单元的所有其它信息。

备选地，使用该方法，可以确定用于安装流量计的最佳位点，并最终用于安装。

在实施例中，第一相关因子是针对电磁流量计的校准条件（实验室条件）的基于流管中流动的流体的流速的测量值以及在一对电极之间所产生的电势的值的因子。在另一实施例中，第一相关因子是针对电磁流量计的校准条件（实验室条件）的基于流管中流动的流体的流速的假定值和在一对电极之间所产生的电势的值的因子。

图4示出了用于配置电磁流量计的系统的框图表示。该系统包括以通信方式与电磁流量计耦合的一个或多个计算单元以及部署有一个或多个计算单元的电磁流量计装置的模型。图4示出了对于执行用于配置电磁流量计的方法所要求的框。在该框图表示中，运行模型420的计算装置410接收校准/标准条件信息430，并且获得被称为模拟的K_标准440的相关因子的模拟值。其中，模拟的K_标准是经过流管的流体的流速与由于磁场与流动流体的相互作用而跨电磁流量计的电势感测电极产生的EMF的比率。如本领域技术人员可以知道的并且在电磁流量计的校准条件下获得的相关因子440的这个值是电磁流量计的基线校准因子。该信息可以由运行模型420的计算装置410经由输入接口450接收。运行模型420的计算装置410的输出被提供给自适应单元460。

而且，运行模型420的计算装置410接收位点条件信息470。如前所述的这些位点条件信息是线圈中流动的电流的水平、线圈中的匝数、电磁流量计的尺寸（如大小、形状）。还有位点条件，如弯曲部的定向、阀、异径管的存在等，或者能够引起在上游和/或下游的流体流动中的扰动的任何阻碍物。计算装置410和模型420将模拟的K_位点480的输出提供给自适应单元460。自适应单元/比较器460基于比较和确定两个相关因子之间的差值，采用所获得的相关因子的值之一，即，模拟的K_标准或者模拟的K_位点。基于与预设阈值492相比的差值的显著性，采用第一相关因子或第二相关因子中的任一个。所采用的相关因子K_自适应490被提供给电磁流量计的最终计算装置495以确定流速。

用于激励线圈以用于产生电磁场的流量计具有合适的功率源和用于进行电势差测量并显示/传送所测量的值的电子电路系统。在实施例中，电磁流量计可以包括用于指示流管中所确定的流体流量的显示器。

在实施例中，电磁流量计是物联网（IOT），所述物联网被启用以用于提供远程控制、电磁流量计的工作的更好可视性、向软件系统和其它周围的IOT启用系统提供实时信息，包括电磁流量计的远程存储和远程分析。由此，通过远程支持还能够实现用于电磁流量计的上述配置。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来描述本文主题，并且还使本领域的任何技术人员能够制作和使用本主题。本主题的可取得专利范围由权利要求书来限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构元素，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构元素，则预计它们处于权利要求的范围之内。

Claims

1.一种配置用于测量流管中的流体的流量的电磁流量计的方法，所述电磁流量计包括：用于配置所述电磁流量计的一个或多个计算装置；用于产生与经过所述流管的所述流体相互作用的电磁场的至少一个线圈；用于测量由电磁场在所述流体中的相互作用产生的电动势的一对电势感测电极，所述方法包括以下步骤：

使用模型针对所述电磁流量计的校准条件获得在所述流管中流动的所述流体的流速值与针对所述流管中流动的所述流体的在一对电极之间所产生的电势的值之间的第一相关因子；

使用所述模型基于位点的一个或多个条件获得在所述流管中流动的所述流体的流速值与针对所述电磁流量计的所述流管中流动的所述流体的在一对电极之间所产生的电势的值之间的第二相关因子，在所述位点中，安装所述电磁流量计；

将所述第一相关因子和所述第二相关因子比较，以确定所述第一相关因子和所述第二相关因子之间的差值；以及

基于所述第一相关因子和所述第二相关因子之间的所述差值，采用所述第一相关因子的值或所述第二相关因子的值中的至少一个，以用于配置所述电磁流量计。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述差值与预设阈值进行比较，以用于采用所述第一相关因子或所述第二相关因子中的至少一个值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述位点的所述一个或多个条件是以下中的至少一个：在所述至少一个线圈中流动的电流的水平；所述线圈中的匝数；所述电磁流量计的一个或多个尺寸；弯曲部的定向；阀的存在；异径管的存在；对流体流动的阻碍物的存在。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一相关因子是针对所述电磁流量计的校准条件的基于所述流管中流动的所述流体的流速的假定值和在一对电极之间所产生的电势的值的因子。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一相关因子是针对所述电磁流量计的校准条件的基于所述流管中流动的所述流体的流速的测量值和在一对电极之间所产生的电势的值的因子。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预设值几乎等于零。

7.一种用于配置电磁流量计的系统，包括：

一个或多个计算单元，所述一个或多个计算单元以通信方式与所述电磁流量计耦合；和电磁流量计装置的模型，所述电磁流量计装置被部署有一个或多个计算单元，所述一个或多个计算单元用于：

使用如在所述电磁流量计的校准期间所使用的一个或多个条件信息在所述电磁流量计的所述模型中计算第一相关因子，所述第一相关因子使流体的流速值和在电极之间所产生的电势差的值相关，以及

使用用于所述电磁流量计的安装位点的一个或多个条件在所述电磁流量计的所述模型中计算第二相关因子，所述第二相关因子使流体的流速值和在电极之间所产生的电势差的值相关；以及

用于基于所述第一相关因子和所述第二相关因子之间的差的显著性来采用所述第一相关因子和所述第二相关因子中的一个，以用于配置所述电磁流量计。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个计算单元定位于所述电磁流量计装置内。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个计算单元与所述电磁流量计装置远程定位。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述计算单元包括至少一个比较器，所述至少一个比较器用于将所述第一相关因子和所述第二相关因子比较，以使用预设阈值来确定所述第一相关因子和所述第二相关因子之间的差的显著性。