CN114829884A

CN114829884A - 电磁流量计

Info

Publication number: CN114829884A
Application number: CN202080087469.7A
Authority: CN
Inventors: 苏巴希什·达斯古普塔
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-07-29
Also published as: WO2021130579A1; EP4081762A1; EP4081762B1; US20220307879A1

Abstract

公开了一种用于监测流体流率的电磁流量计(100)。电磁流量计(100)包括导管(110)和耦接到导管(110)以在导管(110)内侧生成磁场的电磁组件(120)。电磁流量计(100)还包括环组件(160)以改变布置在导管110的内衬壁(112)上的流体的速度分布。此外，环组件160的位置可沿内衬壁(112)被调节，以不同地重整流体的速度分布。此外，电磁流量计(100)包括安装到导管(110)的成对电极(140)，以检测由于磁场而在所重整的流体内生成的感应电压。流体的流率基于感应电压被确定。

Description

电磁流量计

技术领域

本发明的示例实施例总体上涉及电磁(EM)流量计，并且更具体地涉及可调节以重整沿EM流量计的导管流动的流体的扭曲速度分布的电磁流量计。

背景技术

电磁流量计是用于流体的流率测量的设备。EM流量计在结构上简单，具有最小的侵入性，并且可处理腐蚀性流体。然而，在某些情况下，EM流量计的场性能可能不准确，因为EM流量计操作的场条件可能与测试EM流量计的实验室条件显著不同。场条件下流量测量的降低测量精度可能是由于上游特征(或管道干扰)(诸如但不限于弯道、阀门、弯头和T形接头)造成的流体流动扭曲。

EM流量计测量在运动流体中感应的差动电动势(differential electromotiveforce)，该差动电动势与运动流体的速度分布成比例。导管中的速度分布可以是力的函数，诸如惯性力和摩擦力。例如，在改变流动方向的弯头(管道部件)的出口处，惯性力占主导地位，通常会产生严重扭曲的速度分布。此外，在示例中，随着距弯头的距离增加，摩擦力变得更占优势，这消除了由产生严重扭曲的速度分布的惯性力引起的导管中的应变。流体的此类扭曲的速度分布可能导致由EM流量计的电极生成的电信号中的误差。

因此，流体的扭曲的速度分布影响流体的流率测量的精度。然而，流率的准确测量在工业过程中可能是关键的，以确保优化此类工业过程，并且在存在流体的扭曲速度分布的情况下由EM流量计进行的流率测量可能不利地影响此类工业过程。

发明内容

发明目的

本发明的主要目的是提供一种EM流量计，该EM流量计可以包括可调节的环组件，以重整流体的扭曲速度分布，以进行准确的流率测量。

本发明的另一个目的是提供EM流量计中的可调节的环组件，其成本有效且结构简单，以在场条件下保持流量计性能标准。

发明概述/陈述

根据各种实施例，本公开提供了一种电磁(EM)流量计和一种用于提供准确的流体流率(或流体流动速度分布)测量的方法，其中流体在内部流过导管。本公开提供了一种带有新颖附件(即，环组件)的电磁流量计，以在场条件下保持EM流量计的性能标准(速度分布和流率测量精度)。EM流量计的环组件可以是EM流量计的可调节特征，以将流体的扭曲流动速度分布重整成流体的轴对称流动速度分布，因为使用EM流量计进行的流率测量的精度取决于流体的流动速度分布的轴对称性，其中对称轴通常与导管的几何中心重合。根据实施例，EM流量计的环组件在结构上可以是简单的。根据实施例，EM流量计的环组件可以是可调节的以最小化导管中的压降。根据实施例，EM流量计可以用作常规流量计和降低库存成本的流量修改流量计。根据实施例，基于客户对测量精度、信号强度和压降方面的所需结果组合的要求，EM流量计可以是可操作的。

本公开的实施例提供了一种用于监测流体的流率的电磁流量计。电磁流量计包括用于促进流体的流动的导管、耦接到导管并适于在导管内侧生成磁场的电磁组件、环组件，以及成对电极。环组件用于修改布置在导管的内衬壁上的流体的速度分布。环组件的位置可沿导管的内衬壁在预定距离处被调节，以基于环组件的位置不同地重整流体的速度分布。该对电极被安装到导管并设置在环组件的下游。该对电极检测由于磁场而在重整流体内生成的感应电压。此外，流体的流量基于感应电压确定。

根据实施例，环组件包括环和一个或多个滑动件。该环适于在导管内侧滑动。此外，该一个或多个滑动件附接到环并且基本上平行于环的中心轴线延伸。该一个或多个滑动件促进环在导管内的滑动。

根据该实施例，导管的内衬壁限定一个或多个凹槽，该凹槽从导管的一端基本上平行于导管的中心轴线延伸以接收一个或多个滑动件。

根据实施例，该一个或多个滑动件可移除地耦接到环。

根据实施例，预定距离是环组件与该对电极的平面之间的距离。

根据实施例，通过使用虚拟模型来计算预定距离。

根据实施例，虚拟模型基于一个或多个操作状态确定环组件与该对电极的平面之间的距离以及环组件的环的高度。

根据实施例，环组件设置在电磁组件的上游。

根据实施例，该对电极彼此径向相对地设置。

根据实施例，电磁组件包括一个或多个线圈，用于在导管内侧生成磁场。

在不限制本发明的范围的情况下，电磁流量计能够使用环组件生成准确的流体流率数据，该环组件重整流体的扭曲的速度流动分布。环组件可以对应于结构简单且易于配置的环组件。此外，环组件还可以帮助最小化流体柱的压降。此外，环组件可配备有使环组件能够在EM流量计的导管内侧滑动的滑动件。环组件装配到在导管的内衬上切割的多个凹槽中。此外，环组件可以基于使用EM流量计的数字孪生体优化的尺寸和尺寸比。在一些示例实施例中，用户可以指定与测量精度、压降或流率信号强度对应的所需结果。这为用户提供了灵活性，因为EM流量计和环组件可以基于用户规范进行调节。环组件也可以在EM流量计内创建。这可以降低库存成本，因为相同的EM流量计可以能够用作环组件。

附图说明

已经如此概括地描述了本公开的示例性实施例，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：

图1示出了根据本公开的实施例的具有环组件的示例性电磁流量计的示意图；

图2A示出了根据本公开的实施例的图1的电磁流量计的截面示意图；

图2B示出了根据本公开的实施例的图1的电磁流量计的环组件的透视图；

图3示出了根据本公开的备选实施例的具有环组件的电磁流量计的示意性截面图；

图4示出了根据本公开的又一备选实施例的具有环组件的电磁流量计的示意性截面图；

图5A示出了根据本公开的实施例的示出作为h/D比和测量误差的函数的沿电磁流量计的导管的压降趋势；

图5B示出了根据本公开的实施例的示出电磁流量计的作为L/D比的函数的信号强度的图形表示；以及

图6示出了根据本公开的实施例的用于配置电磁流量计的环组件的框图，该环组件可调节以重整在电磁流量计的导管内流动的流体的扭曲的速度流动分布。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其它情况下，装置和方法仅以框图形式示出以避免混淆本公开。

在本说明书中提及“一个实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都是指同一实施例，也不是与其它实施例相互排斥的单独的或替代的实施例。此外，本文中的术语“一”和“一个”并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。此外，描述了可以由一些实施例而不是由其它实施例表现的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可能是一些实施例的要求，而不是其它实施例的要求。

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的一些实施例，其中示出了本发明的一些但不是全部的实施例。实际上，本发明的各种实施例可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。相同的附图标记始终指代相同的元件。任何术语的使用不应被视为限制本发明实施例的精神和范围。

实施例在本文中出于说明性目的进行描述并且经受许多变化。应当理解，在不背离本公开的精神或范围的情况下，在情况可能暗示或提供权宜的情况下预期了等同物的各种省略和替换，但意在覆盖应用或实现方式。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制性的。本说明中使用的任何标题仅为方便起见，并且不具有法律或限制作用。

根据示例实施例，本文提供了一种电磁(EM)流量计和一种用于修改流体的速度分布的方法。本文所公开的EM流量计和方法提供了对流过EM流量计的流体的扭曲速度分布进行重整的措施，以确保生成对各种工业过程可能至关重要的准确流率数据，诸如但不限于废物-水管理过程和制药行业。

参考图1和图2A，示出了适用于测量流体流率的示例性电磁(EM)流量计100。EM流量计100包括具有内衬壁112和设置在内衬壁112周围的壳体114的导管110、电磁组件120和成对电极140。导管110促进流体的流动，其流率为待被确定或测量，并且可对应于绝缘管。在实施例中，导管110可以是非磁性绝缘管。在实施例中，内衬壁112可以设置或涂覆有绝缘层以防止由于在EM流量计100内生成感应电压而导致的电短路。

此外，电磁组件120被附接到导管110以在导管110内侧生成磁场。在所示实施例中，电磁组件120可以包括成对磁性线圈，例如，第一磁性线圈130a以及与第一磁性线圈130a径向相对设置的第二磁性线圈130b。在实施例中，第一磁性线圈130a和第二磁性线圈130b可以缠绕在内衬壁112的一部分周围并且可以被设置/夹在内衬壁112和壳体114之间。壳体114可以是由磁性材料制成的绝缘层以包围所生成的磁场。此外，在某些实现方式中，磁性线圈130a、130b可以被设置或安装到导管110，使得导管110内侧的磁场方向基本上垂直于导管110的中心轴线150或导管110内侧的流体流动方向。此外，导管110内侧的磁场方向也可以垂直于成对电极140沿其被布置在导管110中的横轴。

此外，成对电极140可以被附接到导管110以测量在流过导管110的流体内生成的任何感应电压。当磁场与导管110中流动的导电流体相互作用时，由成对磁性线圈130a、130b生成的磁场可以感应出电压。在导管110内侧流动的流体中生成的感应电压可以与流体的速度和磁场强度成比例。在实现方式中，在该对电极140处可用的感应电压是在导管110内的任何点处生成的电压通过磁场强度和在导管110内侧移动的流体的流动速度的矢量叉积的贡献的结果。流体的流率可以由EM流量计100基于感应电压确定。感应电压与磁场(由成对磁性线圈130a、130b生成)和流动速度(由流体的速度分布确定)的乘积成比例。通常假设由成对磁性线圈130a、130b生成的磁场强度与在成对磁性线圈130a、130b中流动的电流成线性比例。因此，输出信号可以与电流和流动速度的乘积(由导管110内侧的流体的速度分布确定)成比例。在优选实施例中，该对电极140可以定位成使得可以在流体的速度分布被重整或修改之后测量感应电压。

在进入导管110之前，待被监测流率的流体可以通过影响流体速度分布的各种弯曲、转弯、缩小和扩大。此外，随着流体生成的旋转涡流或漩涡也可能扭曲流体的速度分布。在某些情况下，EM流量计100可以直接位于工业厂房的流线中的弯头或障碍物的下游，从而扭曲由导管110接收的流体的速度分布。为了解决与导管110中的流体的扭曲速度分布相关的所有问题，EM流量计100包括布置在导管110内侧和电磁组件120上游的流动重整器或环组件160。环组件160被布置在导管110的内衬壁112上以修改流过导管110的流体的速度分布。图2A示出流体170在通过环组件160之前的扭曲速度分布，以及流体180在通过环组件160之后的轴对称速度分布。

如图所示，环组件160可以包括环190，该环190被可滑动地设置在导管110内侧和电磁组件120的上游。环190的位置被调节以改变环190以及因此环组件160与成对电极140的平面之间的距离“L”。改变距离“L”以自适应地修改通过环组件160的流体的速度分布。如图所示，环190可以设置有从导管110的内衬壁112朝向导管110的中心均匀延伸的高度“h”。根据实施例，环190的壁厚可以跨高度“h”保持恒定。对于环形特征，高度“h”可以对应于环190的外直径和环190的内直径之间的差。因此，环组件160的形状和大小可以取决于高度“h”和环190的内直径。可以选择环190的尺寸“h”和距离“L”以将在环190上游流动的流体的扭曲速度分布170适当地优化为在环组件160(即环190)下游流动的流体的轴对称速度分布180。根据一些实施例，高度“h”和长度“L”通过使用虚拟模型来选择，诸如数字孪生体技术，这将参考图6进一步解释。选择的高度“h”和长度“L”是基于几何比确定的，诸如高度比和长度比。高度比(h/D)可以对应于环190的高度“h”与导管110的内直径“D”(或EM流量计100的内直径)的比率。长度比(L/D)可以对应于环190(即环组件160)与成对电极140的平面之间的距离“L”与导管110的内直径“D”的比率。

另外或可选地，还可以选择尺寸“h”和“L”以优化导管110内侧的压降，以及在流过导管110的流体内生成并由该对电极140测量的感应电压140。通过使用数字孪生体技术可以预测优化的压降和感应电压。数字孪生体技术可以对几何比，即(h/D)和(L/D)执行参数化研究，以评估改变尺寸、h和L的影响，以便重整扭曲的流体速度流动分布并生成准确的流率数据。参数研究可以为流率条件(诸如但不限于流体的流率、压降和流体粘度)生成几何比(h/D)和(L/D)的各种参数范围。几何比(h/D)和(L/D)被优化以确保生成准确的流率数据、优化的压降和EMF信号的结果。高度比(h/D)也称为环组件160的无量纲高度比。长度比(L/D)也称为环组件160的特性无量纲长度比。最优几何比(即高度和长度比)可以基于从EM流量计的数字孪生体(或数字复制品)获得的特性曲线来确定。用于确定最优几何比的特性曲线将参考图5A和图5B进行说明和描述。

参考图2A和图2B，环组件160可以进一步包括一个或多个滑动件，例如，第一滑动件192和第二滑动件194，其附接到环190以促进环190在导管110内侧沿导管150的中心轴线150的滑动运动。因此，滑动件192、194促进环190沿着导管190的长度滑动，以改变环190以及因此环组件160和该对电极140的平面之间的距离“L”。在实施例中，滑动件192、194中的每一个可以被设置成基本上平行于中心轴线150并且可以从环190延伸到导管110的端部196。在实施例中，滑动件192、194中的每一个可以包括矩形结构并且适于设置在由内衬壁112限定的凹槽200、202内。与滑动件192、194一样，凹槽200、202中的每一个沿着导管110的长度的一部分基本上平行于中心轴线150延伸。在实施例中，凹槽200、202中的每一个可以从端部196朝向电磁组件120延伸。在实施例中，凹槽200、202的尺寸可以与滑动件192、194的尺寸互补。以该方式，当设置在相应的凹槽200、202内侧时，滑动件192、194与导管110的内表面齐平。在某些实现方式中，滑动件192、194可以被可移除地附接到环190。在此类情况下，可以在将环160定位在合适的或所需的位置之后从导管110移除滑动件。此外，在此类情况下，可以省略凹槽200、202。

在操作中，导管110接收流体以测量流体的流率。当流体流过环190(即环组件160)时，流体的速度分布被重整或修改。例如，输入的扭曲的速度分布，诸如速度流动分布170，由环190并因此由环组件160重整，以生成重整的速度流动分布，例如，轴对称的速度流动分布180。EM流量计100中的重整速度流动分布180可以与由磁性线圈130a、130b生成的磁场相互作用。重整的速度流动分布180和生成的磁场的相互作用可以在流体内生成感应电压。感应电压由成对电极140测量，在此基础上由EM流量计100生成流体的流量。以该方式，EM流量计100校正/修改由导管110接收的流体的扭曲速度分布，从而减少了更准确地测量流量所需的上游导管的量。

图3示出根据备选实施例的示例性EM流量计100'。EM流量计100'在结构和功能上与EM流量计100的结构和功能相似，例外之处在于EM流量计100'的环组件160'与EM流量计100的环组件160不同。此外，具有与EM流量计100的元件的构造和结构相似的构造和结构方面的EM流量计100'将具有相同的附图标记。如图所示，环组件160'仅包括类似于环190的环190'，并且分别从环组件160'和导管110中省略了滑动件192、194和凹槽200、202。此外，代替可调节或可滑动的环组件，环190'以及因此EM流量计100'的环组件160'与内衬壁112一体形成，并且因此环组件160'(即环190')相对于成对电极140保持固定距离。

图4示出根据备选实施例的示例性EM流量计100”。EM流量计100”在结构和功能上与EM流量计100'相似，例外之处在于EM流量计100”的环组件160”与EM流量计100'的环组件160'不同。此外，具有与EM流量计100'的元件的构造和结构相似的构造和结构方面的EM流量计100”的元件将具有相同的附图标记。如图所示，环组件160”包括环190”，其形式为从内衬壁112的内表面朝向壳体114延伸的圆形凹槽或切口，而不是像电磁流量计100'的环190'那样朝向中心轴线150向内延伸的圆形突起或中空圆盘。因此，EM流量计100”的环组件160”与内衬壁112一体形成，并且因此环组件160”(即环190”)相对于该对电极140保持固定距离。另外，圆形凹槽或切口的深度对应于环190”的高度“h”。

图5A示出根据实施例的示出作为h/D比(或高度比)和测量误差的函数的沿EM流量计的导管的压降趋势的图形表示。

图5A中所示的图形表示描绘了用于确定用于EM流量计的环组件的高度比的最优值的特性曲线。高度比(或h/D比)可对应于环组件的高度“h”与EM流量计的直径“D”之比。长度比可以对应于EM流量计的环组件和电极平面之间的长度“L”与直径“D”的比率。在图5A中，曲线500对应于流体的压降。图5A中的横坐标出EM流量计的高度比(或h/D比)。图5A中的纵坐标示出百分比测量误差。

当高度比(或h/D比)的值高时，由于扭曲的速度流动分布引起的测量误差较小。如图5A中所示，h/D比值越高，误差越小。尽管误差减小，但流体流动的压降曲线500增加。观察到百分比压降500随着高度比(h/D比)值的增加而增加。水平线540表示可接受的压降。例如，可以从客户或运营商获得可接受的百分比压降的此类值作为规范之一。

此外，在图5A中，与510、520和530对应的曲线趋势示出环组件与该对电极平面之间的各种长度(或距离)的EMF值的百分比测量误差。该距离用归一化长度的几何比L/D表示，其中归一化因子是导管的内直径“D”或EM流量计的直径。尽管百分比测量误差值不同，但每个长度比510、520和530在百分比测量误差上表现出相似的趋势。通过固定特性无量纲长度比L/D并改变环组件160的高度比(h/D)，同时估计百分比测量误差，获得与510、520和530对应的曲线趋势中的每一个。

图5B示出根据本公开的实施例的示出作为EM流量计的L/D比的函数的信号强度的图形表示。图5B的图形表示描绘了用于确定EM流量计的环组件的长度比的最优值的特性曲线550。

在图5B中，EMF的估计信号强度沿纵坐标示出，而长度比(L/D)沿横坐标示出。曲线550描绘了随着L/D比值增加，估计的EMF的EMF信号强度略微增加。然而，EMF信号强度中存在显著下降，超过了L/D比率的某个值。如图5B中所示，EMF信号强度以L₃/D比率下降。该EMF信号通过改变L/D比值执行优化。数值的变化可以通过使用数字孪生体技术对EM流量计的数字孪生体的几何比进行参数研究来执行。从参数研究中，选择可接受流体压降的EMF信号强度最大时的长度比(L/D比)值作为优化的L/D比。

因此，基于几何比(即高度比和长度比)绘制特性曲线(图5A和图5B中所示)，该几何比基于EM流量计的数字孪生体被生成。高度比(h/D)和长度比(L/D)的最优值通过使用数字孪生体技术生成的EM流量计的数字孪生体获得。例如，优化的高度比值用k1表示，并且优化的长度比的值用k2表示。h/D＝kl和L/D＝k2值是通用的，并且适用于直径D＝25至500mm的任何流量计。

使用数字孪生体，对h/D和L/D执行参数研究以确定用于配置环组件的优化几何比和优化尺寸。在一些示例实施例中，数字孪生体可以通过基于物理的模型来确定。流动环组件和EM流量计的构造将参考图6进一步解释。

图6示出根据实施例的用于配置EM流量计的环组件以重整在EM流量计的导管内流动的流体的扭曲速度流动分布的框图600。示出了用户610、用户装备(UE)620、网络630、计算设备640和物理系统650。UE 620还可以包括用户接口620a。计算设备640还可以包括数字孪生体框架640a(或数字孪生体640a)。物理系统650还可以包括EM流量计650a。根据实施例，物理系统650可以安装在工业自动化过程中，诸如但不限于废水管理工业过程。根据实施例，用户610可以与UE 620相关联。根据实施例，用户610可以对应于人员、运营商或客户。

如前所述，EM流量计650a可以包括流动环组件。可以基于适用于EM流量计650a的高度尺寸“h”和长度尺寸“L”来制造环组件。确定环组件的高度尺寸和长度尺寸，使得优化EM流量计650a的结果，即准确的流率数据、优化的压降或优化的EMF信号强度。

在说明性示例场景中，用户610使用UE 620向网络630提供EM流量计650a的规范。UE 620的一些示例可以包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、移动设备或电子设备。EM流量计650a的规范可以包括，例如但不限于，EM流量计的大小、流体流率的预定义范围、流量测量的预定义精度级别、预定义的过程条件的流体压降，由EM流量计650a的成对电极测量的EMF信号的预定强度。根据一些实施例，EM流量计650a的规范可以被上传到服务器(图6中未示出)或计算设备640。计算设备640可以能够支持与EM流量计650a相关联的模拟处理需求。例如，EM流量计650a的规范可以被上传到与网络630相关联的服务器。

网络630可以包括合适的逻辑、电路和接口，该逻辑、电路和接口可以提供多个网络端口和多个通信信道以用于数据的传输和接收。每个网络端口可以对应于用于通信数据的传输和接收的虚拟地址(或物理机器地址)。例如，虚拟地址可以是互联网协议版本4(IPv4)(或IPv6地址)，而物理地址可以是媒体访问控制(MAC)地址。网络630可以与用于基于来自一个或多个通信设备中的至少一个通信设备的一个或多个通信请求来实现通信协议的应用层相关联。可以经由通信协议发送或接收通信数据。此类有线和无线通信协议的示例可以包括但不限于传输控制协议和互联网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)、文件传输协议(FTP)、ZigBee、EDGE、红外线(IR)、IEEE 802.11、802.16、蜂窝通信协议和/或蓝牙(BT)通信协议。

网络630的示例可以包括但不限于无线信道、有线信道、无线和有线信道的组合。无线或有线信道可以与可以由局域网(LAN)、个人域网(PAN)、无线局域网(WLAN)、无线传感器网络(WSN)、无线局域网(WAN)、无线广域网(WWAN)、长期演进(LTE)网络、普通老式电话服务(POTS)和城域网(MAN)中的一个定义的网络标准相关联。另外，可以基于带宽标准来选择有线信道。例如，光纤通道可以用于高带宽通信。此外，基于同轴电缆或基于以太网的通信通道可以用于中等带宽通信。

EM流量计650a的规范可以从服务器导入到计算设备640。计算设备640可以包括预配置的应用软件以生成数字复制品，即EM流量计650a的数字孪生体和数字孪生体的模拟环境。在一些示例实施例中，模拟环境可以由数字孪生体的各种操作状态和特性特征来定义。各种操作状态和特性特征可以经由网络630上传到服务器。例如，服务器可以与物理系统650相关联。根据实施例，与UE 620相关联的用户610或与物理系统650相关联的用户可以上传和存储模拟环境的各种操作状态和特性特征到服务器。尽管图中未明确示出，网关设备也可用于将与EM流量计650a相关联的制造团队与服务器进行接口。操作状态和特性特征还可以定义场条件，诸如流体的电导率、流体的粘度、流体的密度、流体的温度、流体的压力、磁线圈上的当前功率设置、磁线圈的几何形状或导管的特性性质，诸如但不限于导管的大小、导管的材料、导管的上游特征、导管的粗糙度。

在一些示例实施例中，数字孪生体640a和数字孪生体640a的模拟环境是结合数学技术来优化环组件的尺寸(即h和L)和几何比(h/D和L/D)，使用基于物理的数字复制工具创建的。可以采用各种技术进行模拟。例如，可以使用有限元分析(FEA)或简化基础有限元分析(RB-FEA)来生成数字孪生体640a和模拟环境。可以使用诸如求解麦克斯韦方程的技术为数字孪生体建模与磁性和感应EMF相关的方面。模拟环境的流体流动相关性质或条件可以使用诸如Navier-Stokes方程以及质量、动量和能量守恒方程的技术来定义。

计算设备640使用数字孪生体640a来确定EM流量计650a的环组件的尺寸(诸如高度和长度尺寸)。数字孪生体640a求解与磁性(诸如麦克斯韦方程)和流动动力学(诸如Navier-Stokes方程)相关的基于物理的方程，并预测EM流量计650a的结果，诸如但不限于流量精度、压降和EMF信号强度。在一些示例实施例中，计算设备640使用数字孪生体640a执行参数研究。对几何比(即高度比(h/D)和长度(或距离)比(L/D))执行参数研究。基于参数研究，生成用于任何给定流率条件的h/D和L/D的各种参数范围，诸如流率、压降、流体粘度等。如图5A和图5B中所述，将参数范围绘制成描绘用于确定高度比和长度比的最优值的特性曲线的图形表示。使用数字孪生体集成的数学技术(诸如FEA、RB-FEA和梯度优化)，优化比率h/D和L/D，确保满足用户610提供的EM流量计650a规范的规范。根据优化的几何比，选择环组件的尺寸，即高度“h”和长度“L”。优化的尺寸被传送给制造团队，以用于制造和组装EM流量计650a和EM流量计650a的环组件。

以该方式，本公开的示例实施例可以导致用EM流量计的环组件重整流体的扭曲速度流动分布，以生成准确的流体流率数据。环组件可对应于由于结构简单而易于配置的环组件。环组件还可以帮助减少流体的压降。环组件(例如，环组件160)配备有使环组件能够在EM流量计的导管内侧滑动并将环组件装配到在导管的内衬上切割的多个凹槽中的滑动件。此外，可以基于使用EM流量计的数字孪生体优化的尺寸和尺寸比来配置环组件。这为用户指定与测量精度、压降或信号强度对应的所需结果提供了灵活性。此外，环组件可以被配置在EM流量计内，如图3和图4中所示。这降低了库存成本，因为相同的EM流量计可以能够用作环组件。在平滑的上游导管/管道可用的情况下，用户610不需要选择独立的环组件。在此类情况下，可以在没有环组件的情况下测试EM流量计的校准系数。这样可以避免开发类似大小的流量计的不同变体(全口径或缩径流量计)的必要性，同时节省库存成本。

受益于前述描述和相关附图中呈现的教导的本领域技术人员将想到本文阐述的公开内容的许多修改和其它实施例。因此，应当理解，本公开不限于所公开的特定实施例，并且修改和其它实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。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，但是应当理解，在不背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，与上面明确描述的那些元件和/或功能不同的元件和/或功能的组合也被考虑，如可以在一些所附权利要求中阐述的那样。尽管本文使用了特定术语，但它们仅用于一般和描述性意义，并非用于限制目的。

Claims

1.一种用于监测流体的流率的电磁流量计，所述电磁流量计包括：

导管，用于促进所述流体的流动；

电磁组件，被耦接到所述导管并且适于在所述导管内侧生成磁场；

环组件，所述环组件改变布置在所述导管的内衬壁上的所述流体的速度分布，其中所述环组件的位置能够沿所述导管的所述内衬壁在预定距离处被调节，以基于所述环组件的所述位置不同地重整所述流体的所述速度分布；以及

成对电极，被安装到所述导管并且被设置在所述环组件的下游，所述成对电极检测由于所述磁场而在所重整的所述流体内生成的感应电压，其中所述流体的所述流率基于所述感应电压被确定。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中所述环组件包括：

环，适于在所述导管内侧滑动，以及

一个或多个滑动件，被附接到所述环并且基本上平行于所述环的中心轴线延伸，其中所述一个或多个滑动件促进所述环在所述导管内的所述滑动。

3.根据权利要求2所述的电磁流量计，其中所述导管的所述内衬壁限定一个或多个凹槽，所述一个或多个凹槽从所述导管的端部基本上平行于所述导管的中心轴线延伸，以接收所述一个或多个滑动件。

4.根据权利要求2所述的电磁流量计，其中所述一个或多个滑动件被可移除地耦接到所述环。

5.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中所述预定距离为所述环组件与所述成对电极的平面之间的距离。

6.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中所述预定距离通过使用虚拟模型被计算。

7.根据权利要求6所述的电磁流量计，其中所述虚拟模型基于一个或多个操作状态，来确定所述环组件与所述成对电极的所述平面之间的距离以及所述环组件的环的高度。

8.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中所述环组件被设置在所述电磁组件的上游。

9.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中所述成对电极被彼此径向相对设置。

10.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中所述电磁组件包括一个或多个线圈，用于在所述导管内侧生成磁场。