CN113056653A - 利用可调节线圈和屏蔽件组装件的电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量在电磁流量计的导管中流动的流体的流量的电磁流量计，其中，电磁流量计包括：至少一个线圈，所述至少一个线圈附接到导管，并且由激励单元激励以生成电磁场，从而与导管中流动的流体相互作用；至少一个屏蔽件，所述至少一个屏蔽件与至少一个线圈磁耦合；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而生成的电势差；并且其中至少一个线圈和至少一个屏蔽件设置有用于移位至少一个线圈和至少一个屏蔽件中的至少一个以调节电磁场与流体的相互作用的布置。

Description

利用可调节线圈和屏蔽件组装件的电磁流量计

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调节线圈和屏蔽件组装件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。

一方面，本发明涉及一种用于测量在电磁流量计的导管中流动的流体的流量的电磁流量计，其中，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，并且由激励单元激励以生成电磁场，从而与导管中流动的流体相互作用；至少一个屏蔽件，所述至少一个屏蔽件与至少一个线圈磁耦合；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而生成的电势差；并且其中至少一个线圈和至少一个屏蔽件设置有用于移位至少一个线圈和至少一个屏蔽件中的至少一个以调节电磁场与流体的相互作用的布置。

在实施例中，至少一个线圈和至少一个屏蔽件利用螺旋机构移位。

在实施例中，其中，至少一个线圈和至少一个屏蔽件利用螺旋机构竖直地移位，以基于由于导管中的流体的弯曲上游而导致的导管中的流体的流量的畸变而调节导管中的电磁场。

在实施例中，螺旋机构设置有分度标记，所述分度标记表示电磁流量计从弯曲上游到流体的流量的距离。在实施例中，至少一个线圈和至少一个屏蔽件沿着分度标记竖直地移位，分度标记表示电磁流量计从弯曲上游到流体的流量的距离。

在实施例中，至少一个线圈和至少一个屏蔽件基于分度标记与流体的速度简档的畸变之间的关系而沿着分度标记移位。

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2a示出了附接到电磁流量计的导管的可移位线圈；

图2b示出了用于使线圈移位的螺钉的放大图；

图2c示出了将可移位螺钉附接到电磁流量计的导管的可移位屏蔽件；

图3a示出了具有均匀磁场的电磁流量计的孔的视图。

图3b示出了具有经修正的磁场的电磁流量计的孔的视图。

图4a示出了线圈的所需位移与上游干扰的距离之间的关系。

图4b示出了屏蔽件的所需位移与上游干扰的距离之间的关系。

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，以用于生成与流过导管/流管的流体相互作用的电磁场；一对电极中的电极（140）（如图1所示）和该对电极中的另一个电极在图1中不可见，但位于导管/流管面对电极140的相对侧。流动流体流过电磁流量计中的导管110。如图100所示，设置在导管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）由被提供在包围空腔的壁上的电极140所测量。

本发明通过提供一种用于调节电磁场与流体的相互作用的部件来提供改进安装在具有上游干扰的位置中的电磁流量计的测量精度。被激励用于生成电磁场的电磁流量计的线圈设置有用于使线圈移位的布置（例如使用螺钉），并且从而改变了电磁场与流体的相互作用。

而且，在用于集中管道内的磁通量的现有电磁流量计中，通常在线圈周围提供返回铁（return iron）（屏蔽件）。在实施例中，本发明提供了一种由磁性材料制成的可移位屏蔽件。屏蔽件的每一侧均设置有螺旋机构，以使沿垂直方向的精细运动能够操纵导管中的磁场分布。对于由上游特征（像弯曲）施加的给定速度畸变，可以调节屏蔽件位置以获得通量分布，这将误差降低到允许极限以下。因此，电磁流量计可以提供有用于利用位移线圈和/或屏蔽件来操纵电磁场的选项。

图2a示出了附接到电磁流量计的导管的可移位线圈。在图2a中，示出了单个线圈，并且线圈210可利用使用螺钉220的可旋转机构移位。线圈被移位了取决于与上游干扰的接近程度或流动畸变的强度的距离，即上游干扰越近，则畸变越多。此方式修正磁场，以便克服由上游弯曲引起的误差或在距静电计流量计的给定距离处的任何其他干扰。

图2b示出了用于使线圈210移位的螺钉220的放大图。图2b示出了沿螺钉220提供的分度尺230。在示例性实施例中，分度是根据流量计距上游干扰的距离来表示的。例如，如果干扰是2D上游（两倍于管道直径），则线圈组装件应移位至图2b中所示的标尺230中的2D分度。如果干扰是20D上游，则流动畸变并不严重，并且线圈可以位于20D位置或位移位置。箭头240a和240b示出了用于使线圈移位的螺钉的运动方向，其中240a示出了线性运动，并且240b示出了螺钉220的旋转运动。

图2c示出了将可移位螺钉270附接到电磁流量计的导管的可移位屏蔽件260。箭头280a和28b示出了用于使屏蔽件移位的螺钉的运动方向，其中280a示出了线性运动，并且280b示出了螺钉的旋转运动。可移位屏蔽件260由磁性材料制成。

可以通过旋转图2a所示的螺钉220和图2c所示的螺钉270来进行导管中的变化电磁场的调节。通过旋转螺钉以基于由于流体的流量的弯曲上游而导致的导管中的流体的流量的畸变来使用螺钉220和270调节导管中的变化电磁场，线圈和屏蔽件远离导管或更接近导管而移位。

图3a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（300a，300b）关于图3a中的对称线300对称。图3b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，该磁场或通量分布关于对称线（300c，300d）的修正或不对称是由于通过移位线圈、屏蔽件、或线圈和屏蔽件两者的变化电磁场的作用而导致的。产生的不对称是为了克服由于流体的流量的畸变而导致的测量不精确的影响。这种修改导致改进的准确性或显着减少错误。

图4示出了由400指示的线圈的位移与由410指示的上游弯曲的距离之间的示例性关系。如果上游干扰在流量计附近引起严重的流量畸变，则所需的位移更大，并且反之亦然。可以将用于利用螺钉调节电磁场的机构设置到流量计的线圈的一个或两个上。图4a中所示的关系可以通过多物理场模型或给定流量计的数字孪生获得，并用于响应上游状况来引导线圈位移。这种“引导曲线”用于使线圈运动以用于修正磁场并获得更精确的流体流量率测量。类似地，图4b示出了屏蔽件420所需的位移与由430指示的上游弯曲的距离之间的关系。使用流量计到弯曲的距离与屏蔽件或线圈的位移之间的这种关系曲线，将磁场调节为包含低于允许限制的错误。可以从流量计的经过验证的科学模型获得曲线。

在示例性实施例中，线圈和屏蔽件两者都可以一起移位以修正磁场并抵消由于上游干扰引起的流体的流量的畸变而导致的不精确。在这样的布置中，使线圈和由磁性材料制成的屏蔽件两者都移位以调节磁场，提供螺纹连接机构以使线圈和屏蔽件两者能够一起运动或移位。

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。图4中提到的“引导曲线”可以存储在与流量计的处理器相关联的存储器中，并且可以提供在流量计的显示屏（人机界面）中。

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)

1.一种用于测量在电磁流量计的导管中流动的流体的流量的所述电磁流量计，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，并且由激励单元激励以生成电磁场，从而与所述导管中流动的所述流体相互作用；

至少一个屏蔽件，所述至少一个屏蔽件与所述至少一个线圈磁耦合；

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而生成的电势差；

并且其中所述至少一个线圈和所述至少一个屏蔽件设置有用于移位所述至少一个线圈和所述至少一个屏蔽件中的至少一个以调节电磁场与流体的所述相互作用的布置。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，所述至少一个线圈和所述至少一个屏蔽件利用螺旋机构移位。

3.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，所述至少一个线圈和所述至少一个屏蔽件利用所述螺旋机构竖直地移位，以基于由于所述导管中的所述流体的弯曲上游而导致的所述导管中的所述流体的流量的畸变而调节所述导管中的所述电磁场。

4.根据权利要求2所述的电磁流量计，其中，所述螺旋机构设置有分度标记，所述分度标记表示所述电磁流量计从弯曲上游到流体的所述流量的距离。

5.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，所述至少一个线圈和所述至少一个屏蔽件沿着分度标记竖直地移位，所述分度标记表示所述电磁流量计从弯曲上游到所述流体的所述流量的距离。

6.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，所述至少一个线圈和所述至少一个屏蔽件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而沿着所述分度标记移位。

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