CN112912697A - 具有可移动磁环的电磁流量计组装件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁流量计,用于测量在电磁流量计的导管中流动的流体的流量,其中电磁流量计包括:线圈,所述线圈附接到导管的内表面;可移动磁环,所述可移动磁环具有磁性材料段,所述可移动磁环与线圈磁耦合以生成电磁场,从而与流过导管的流体相互作用,其中导管设有绝缘衬套。一对电极,所述一对电极安装在导管上,用于测量由流体中的电磁场的相互作用生成的电势差。其中,磁性材料短具有变化的磁性特征,并且布置成具有在导管中通过旋转可移动磁环而可调节的有序变化电磁场。可移动磁环位于至少一个线圈和绝缘衬套之间。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种电磁流量计,并且更特定地涉及一种具有可移动环的电磁流量计组装件。
背景技术
通过导管或管道的流体的流量的测量可以通过多种方式(像使用电磁流量计)进行。
典型的电磁流量计采用法拉第的电磁感应定律。在具有一定水平的电导率的流体的流量的流管内施加电磁场。使用设置在管道侧壁上的电极测量由于电磁场与流体分子(流体中的离子)相互作用而感应的电动势(EMF)。所测量的EMF与流量成正比,并且因此用于测量流量率(flowrate)。尽管考虑到电磁流量计在构造上精确且简单而颇具吸引力,但电磁流量计的安装场所的状况对于确保正确测量在电磁流量计中流动的流体流量率也很重要。
电磁流量计可以安装在具有特定于该场所的不同安装状况的场所。流量计的上游管中像弯曲、阀门、减压器等情况可导致流向电磁流量计的流体受到干扰。换句话说,上游干扰会从标准实验室状况下(在校准过程期间)获得的值改变电磁流量计的校准因子。下游干扰对电磁流量计的测量值影响很小,但是不能将其忽略。
在电磁流量计中已经遇到了上游流量简档(profile)干扰对测量精度的影响。克服该问题的当前实践是使用流体流量整平机(straightener)或障碍物,其被设计成修正流量并因此引起流量简档均匀性。然而,取决于流体温度和/或成分,这样的特征可能引起压降、具有可制造性问题并且可能遭受腐蚀/侵蚀。而且,由于若干类型的上游干扰(例如,由于弯曲而导致的干扰、由于阀而导致的干扰等),流量简档干扰可以具有若干类型。设计用于所有此类干扰的通用流量调节器是一项挑战。
当前,为了减轻弯曲和其他上游特征对测量精度的不利影响,实现了若干技术。例如,通过使用大电极来使流量简档畸变的影响平均化。然而,这需要额外的电极和其他设计复杂性。已知具有非圆形横截面的流量计管的性能优于圆形横截面的流量计。减小流量计(也称为减小口径的流量计)的横截面积是当前存在的设计,其在减轻流量畸变的影响方面是有效的。然而,对管道横截面大小和形状的修改带来了制造和安装挑战,并且还导致沿流线的压降。
因此,需要有一种电磁流量计组装件,其提供由于上游特征而导致的流量畸变的最小化影响的测量。
发明内容
本文中解决了上述缺陷、缺点和问题,这些缺陷、缺点和问题将通过阅读和理解以下说明书来理解。
在一个方面中,本发明提供一种电磁流量计,用于测量在电磁流量计的导管中流动的流体的流量。电磁流量计包括:首先,至少一个线圈,所述至少一个线圈附接到导管的内表面并且由激励单元激励。其次,具有多个磁性材料段的可移动磁环,该可移动磁环与至少一个线圈磁性耦合以生成电磁场,从而与流过导管的流体相互作用,其中导管设有绝缘衬套。第三,一对电极,该对电极安装在导管上,用于测量由流体中的电磁场的相互作用生成的电势差。并且最后,多个磁性材料段具有变化的磁性特征,并且布置成具有在导管中通过旋转可移动磁环而可调节的有序变化电磁场,并且其中可移动磁环位于至少一个线圈与绝缘衬套之间。
在电磁流量计的实施例中,通过利用旋钮旋转可移动磁环来调节导管中的有序变化电磁场。
在电磁流量计的实施例中,基于由于流体的流量的上游弯曲而导致的导管中的流体的流量的畸变,旋转可移动磁环以调节导管中的变化电磁场。
在电磁流量计的实施例中,可移动磁环设有表示旋转角度的分度标记。
在电磁流量计的实施例中,可移动磁环沿着分度标记旋转,该分度标记表示与流体的流量的上游弯曲的角度对应的角度,以具有在导管中有序变化电磁场。
在电磁流量计的实施例中,可移动磁环基于分度标记与流体的速度简档中的畸变之间的关系沿着分度标记旋转。
附图说明
附图示出了如本文所公开的示例性实施例,并且不被认为是对范围的限制。在所述附图中:
图1示出了用于测量流管中的流体的流量的电磁流量计的导管。
图2示出了用于测量流管中的流体的流量的具有可移动磁环的电磁流量计的导管。
图3示出了安装在弯管下游的电磁流量计。
图4a示出了具有均匀磁场的电磁流量计的孔的视图。
图4b示出了具有经修正的磁场的电磁流量计的孔的视图。
图5示出了由于经修正的磁场而导致的所测量的流量率的误差减小的图形表示。
具体实施方式
本发明涉及通过电磁流量计测量管道中流动的流体的流量率,该电磁流量计安装在管道弯曲处的下游位置。通常,电磁流量计包括导管,该导管铺有一层内衬/衬套或承载流体的绝缘管,在绝缘管或衬套的顶部和底部各有两个电磁线圈,在衬套的侧面插入了一对电极以用于测量,并且磁性盖封闭了包含所生成的磁场的所有元素,并确保了更强的磁场以用于与流体相互作用。当线圈通电时,在流体内感应出电动势(EMF)。通过使用电极测量该EMF,估计流量率。EMF除以速度是给定流量计的校准系数。校准系数是在理想的实验室状况下利用流量计上游管的直线段所获得的。但是,通过弯曲和现场中其他此类上游特征而施加的流量简档的畸变可改变校准系数,从而影响测量精度。这种畸变会导致通过测试和建模所揭示出的测量误差。
本发明通过修正流量计内的磁场或通量分布来使由于上游特征而引起的流量畸变的影响最小化。当前,在电磁流量计中实现了流量调节结构,以最小化流量畸变的影响,这种结构引起压降。电磁流量计安装角度和位置的变化会影响流量简档,并且可能预期偏离标准状况,从而导致错误的测量。本发明迎合了这种动态安装状况,并且在这种状况下提供了对流体的流量率的正确测量。
在下面的详细描述中,对形成其一部分的附图进行参考,并且在附图中通过图示的方式示出了可以被实践的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述,以使本领域技术人员能够实践这些实施例,并且应当理解,可以适应其他实施例。因此,下面的详细描述不应被认为是限制性的。
图1示出了用于电磁流量计100的导管,该电磁流量计100包括流体流过的导管/流管110;由激励单元(未示出)电激励的一个或多个线圈120a、120b,以用于以生成与流过导管/流管的流体相互作用的电磁场;一对电极(140-参考图中所示的电极,有一个电极在图中不可见,但存在于面对电极140的导管/流管的相对侧)。流动的流体流过电磁流量计中的导管110。如图100所示,提供在导管110上方的一个或多个线圈被电激励,它们生成横穿导管110体积的电磁场。如本领域技术人员将知道的,取决于磁场强度的需要,线圈可以具有不同的形状和数量(在图1中,示出了两个线圈)。磁通量和运动流体的相互作用导致电势差(法拉第电磁感应定律)被设置在包围空腔的壁上的电极140、150测量。
图2示出了电磁流量计的导管200以及用于生成电动势的线圈。线圈210a、210b附接到导管,并且由激励单元(未示出)跨对称线240对称地激励。图2示出了设置在导管上位于线圈和绝缘衬套(未示出)之间的可移动磁环220。可移动磁环具有多个磁性材料段,所述可移动磁环与线圈210磁性耦合以生成电磁场,从而与流过导管的流体相互作用。多个磁性材料段具有变化的磁性特征。磁性材料段布置成具有在导管中取决于线圈附近的片段的面积的有序变化电磁场。因此,通过旋转可移动磁环以具有与线圈得以磁性耦合的变化的一个或多个片段,得以生成导管中的可调节强度的电磁场,以与流体相互作用。通过旋转磁环220,可以生成期望的电磁场,并且由于流体中的流量的畸变而导致的流体流量率的测量中的不准确性可以通过导管中的磁场强度的这种调节来补偿,以获得对流体流量率的准确测量。
可以通过由旋钮230旋转可移动磁环来进行导管中的变化电磁场的调节,如图2所示的那样。基于由于流体的流量的上游弯曲而导致的导管中的流体的流量的畸变,使用旋钮230旋转可移动磁环以调节导管中的变化电磁场。在实施例中,可移动磁环设有表示旋转角度的分度标记。并且可移动磁环沿着分度标记旋转,该分度标记表示与流体的流量的上游弯曲的角度相对应的角度,以具有在导管中有序变化电磁场。在这种设计中,线圈不像在电流流量计中那样固定在衬套上。图2示出了可移动磁环220,其具有设置在线圈下方并松散地连接在衬套表面上以支持旋转的磁性材料段。磁环220设有旋钮,以使可移动磁环旋转到特定程度以操纵(调节)磁场分布,以便抵消给定上游弯曲的畸变效应。此方式修正磁场以便克服由给定角度的上游弯曲引起的误差。在实施例中,提供了使旋转角度与弯曲的角度相关的曲线,以基于上游弯曲的角度使磁环能够旋转。该曲线可以从流量计的经过验证的科学模型中获得。
图3示出了电磁流量计(300),该电磁流量计(300)被安装在具有90度的上游弯曲(320)的管道(310)中。在其中磁性环220设有分度的示例性实施例中,如果如图3所示有90度的上游弯曲角度,则将磁性环旋转到与环并排提供的90度分度标记,以便减小错误。但是,取决于流量计的设计,环的所需旋转角度与弯曲角度之间的关系可能不是线性的。这样,对于任何弯曲角度,都可以操纵/调节磁场以减少误差。
图4a示出了电磁流量计的孔的横截面图,其指示了磁场或通量分布。场分布(400a,400b)关于图4a中的对称线400对称。图4b示出了电磁流量计的孔的横截面图,其指示了围绕对称线(400c,400d)修改或不对称的磁场或通量分布,这是由于通过旋转可移动环并使环的不同段与线圈磁耦合(与图4a所示的电磁流量计相比)的变化电磁场的影响而导致的。引起不对称,以便克服由于流体的流量的畸变而导致的测量误差的影响。这种修改导致提高精度或显着误差减少。
图5示出了示例性结果,其描绘了与原始磁场相比由于经修正的磁场而导致的误差减小。如图5所示,与原始磁场和经修改的磁场之间相比,百分比误差500相对于百分比流量率510的曲线示出了显着减小的误差。因此,对于其中将电磁流量计安装在管道中弯曲下游或管道中可能发生流量畸变的任何其他位置的场景,可以通过旋转磁环以生成必要的磁场以用于正确测量流量来修改磁场。磁性环的旋转的水平可以基于管道中的弯曲的角度或表示流体的速度简档中的畸变的任何其他关系。
用于激励产生电磁场的线圈的流量计具有合适的电源和用于进行电势差测量和显示/传送测量值的电子电路。在实施例中,电磁流量计可以包括显示器,用于指示所确定的在流量管中的流体的流量。
在实施例中,电磁流量计是启用物联网(IOT)的,以用于提供远程控制、电磁流量计的工作的更好的可视性、向软件系统和其他周围启用IOT系统的提供实时信息,包括电磁流量计的远程存储和远程分析。因此,具有电磁流量计的上述配置也能够通过远程支持。
该书面描述使用示例来描述本文的主题,包括最佳模式,并且还使本领域的任何技术人员能够制造和使用该主题。该主题的可专利范围由权利要求书限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等同结构元件,则旨在将这些其他示例包括在权利要求书的范围内。
Claims (6)
1.一种电磁流量计,用于测量在所述电磁流量计的导管中流动的流体的流量,其中所述电磁流量计包括:
至少一个线圈,所述至少一个线圈附接到所述导管的内表面并且由激励单元激励;
可移动磁环,所述可移动磁环具有多个磁性材料段,所述可移动磁环与至少一个线圈磁耦合以生成电磁场,从而与流过所述导管的所述流体相互作用,其中所述导管设有绝缘衬套;
一对电极,所述一对电极安装在所述导管上,用于测量由所述流体中的所述电磁场的所述相互作用生成的电势差;
并且其中所述多个磁性材料段具有变化的磁性特征,并且布置成具有在所述导管中通过旋转所述可移动磁环而可调节的有序变化电磁场,并且其中所述可移动磁环位于所述至少一个线圈和所述绝缘衬套之间。
2.根据权利要求1所述的电磁流量计,其中,通过利用旋钮旋转所述可移动磁环来调节所述导管中的所述有序变化电磁场。
3.根据权利要求1所述的电磁流量计,其中,基于由于所述流体的流量的上游弯曲而导致的所述导管中的所述流体的流量的畸变,旋转所述可移动磁环以调节所述导管中的变化电磁场。
4.根据权利要求1所述的电磁流量计,其中,所述可移动磁环设有表示旋转角度的分度标记。
5.根据权利要求1所述的电磁流量计,其中,所述可移动磁环沿着所述分度标记旋转,所述分度标记表示与所述流体的所述流量的上游弯曲的角度对应的角度。
6.根据权利要求1所述的电磁流量计,其中,基于所述分度标记与所述流体的速度简档的畸变之间的关系,沿着所述分度标记旋转所述可移动磁环。
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