CN114846304A

CN114846304A - 电磁流量计

Info

Publication number: CN114846304A
Application number: CN202080088490.9A
Authority: CN
Inventors: 苏巴希什·达斯古普塔
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-12-19
Publication date: 2022-08-02
Also published as: WO2021137089A1; US20220307881A1; EP4085234A1

Abstract

本发明公开了一种电磁流量计(300)及其用于测量通过导管(201)的流体(204)的流量的方法，包括：至少两个线圈(202a，202b)、至少两个电极(203a，203b)和控制电路装置(307)。至少两个线圈(202a，202b)被电激励以在流量计流体空间内生成磁场。至少两个线圈(202a，202b)中的第一线圈(202a)和第二线圈(202b)分别围绕导管(201)的第一中心轴线和第二中心轴线(202c，202d)放置。至少两个电极(203a，203b)彼此径向相对布置以响应于所生成的磁场而检测流量计流体空间中的感应电压。控制电路装置(307)用于测量至少两个电极(203a，203b)中的每个上的感应电压以提供流体(204)的流量的测量。

Description

电磁流量计

技术领域

本文中的实施例总体上涉及电磁流量计及其用于测量通过导管的流体的流量的方法。特别地，本发明提供了一种用于检测和量化导管的部分填充的电磁流量计。

背景技术

电磁(EM)流量计是可用于测量通过导管的流体的流量的多种方法中的一种。常规EM流量计的操作原理基于法拉第电磁感应定律的原理。在导管的流量计流体空间内施加电磁场，该导管具有一定导电性水平的流体流。因此，响应于所施加的电磁场与通过导管的流体的流量之间的相互作用，会感应出电动势(EMF)。感应出的EMF可以使用设置在导管的内周边/侧壁处的电极来测量。所测量的EMF与流体的流速成正比，并且这促进了对通过导管的流体的流量的测量。

在常规EM流量计中，当信号发生变化时，部分填充情况无法确定。因为常规EM流量计的信号也可能由于流速的变化而发生变化。需要一种检测部分填充并且将部分填充情况与变化的流速情况区分开的方法。

图1A示出了根据现有技术的电磁(EM)流量计的透视图100a。EM流量计包括具有至少两个线圈102a、102b的绝缘管或导管101，至少两个线圈102a、102b位于导管101的顶部和底部侧面(flanking)。至少两个线圈102a、102b彼此径向相对布置并且第一中心轴线102c穿过连接导管101的中心101a的至少两个线圈102a、102b。根据法拉第电磁感应定律，当至少两个线圈102a、102b被电激励以在流量计流体空间内生成磁场时，在EM流量计流体空间内会生成电动势(EMF)。EMF与流体的流速或速度成正比并且可以用于估计流速。

图1B示出了根据现有技术的EM流量计的截面图100b。EM流量计包括至少两个电极103a、103b，至少两个电极103a、103b彼此径向相对布置以响应于所生成的磁场而检测流量计流体空间中的感应电压。中心轴线103c穿过至少两个电极103a、103b并且连接导管101的中心101a。中心轴线103c与轴线103d成一直线，轴线103d通过导管101的中心101a将导管101径向分开。中心轴线103c垂直于导管101的第一中心轴线102c。EMF由至少两个电极103a、103b之间的电势差(+V和-V)在垂直于流体104的流动方向的导管101的直径105的极端处给出，其中至少两个电极被仪表化。

根据现有技术，至少两个线圈102a、102b和至少一个电极103a、103b关于EM流量计的第一中心轴线102c对称。在不同流速下和在任何部分填充的程度下，所测量的感应电压(+V和-V)的至少一个比率的绝对值是“1”。换言之，由于上述对称性，(+V和-V)感应电压的大小将相等。因此，使用常规EM流量计无法检测或量化部分填充程度。如果EM流量计能够使用简单并且具有成本效益的技术来检测和量化导管的部分填充，则是可取的。

因此，需要电磁(EM)流量计来检测和量化导管的部分填充并且测量流体的低流速，而对EM流量计的组件进行的修改最小。

发明内容

本公开的目的是减轻、缓和或消除现有技术中的上述缺陷和缺点中的一个或多个，并且至少解决上述问题。

鉴于前述内容，本文中的实施例提供了一种电磁(EM)流量计的第一方面和一种用于测量通过导管的流体的流量的方法的第二方面，而对EM流量计组件的最小修改。

根据实施例的第一方面，提供了一种用于测量通过导管的流体的流量的电磁(EM)流量计，该EM流量计包括：至少两个线圈、至少两个电极和控制电路装置。至少两个线圈布置在导管上，并且至少两个线圈被电激励以在导管的流量计流体空间内生成磁场。至少两个线圈中的第一线圈围绕导管的第一中心轴线放置，并且至少两个线圈中的第二线圈围绕导管的第二中心轴线放置。第二中心轴线不同于第一中心轴线。第一中心轴线与第二中心轴线对向(subtend)第一预定义角度θ₁。

至少两个电极彼此径向相对布置以响应于所生成的磁场而检测流量计流体空间中的感应电压。至少两个电极以第二预定义角度θ₂放置。第二预定义角度θ₂在穿过至少两个电极的中心轴线与垂直于导管的第一中心轴线的轴线之间在导管的中心处对向。控制电路装置用于测量至少两个电极中的每个上的感应电压以提供对通过导管的流体的流量的测量。

根据一个实施例，EM流量计的控制电路装置包括处理单元，该处理单元用于基于至少两个电极中的每个电极的所测量的感应电压之间的至少一个比率来确定导管的部分填充的程度。该至少一个比率用于基于其与完全填充情况下的比率的变化通过参考特性曲线来估计在不同流速下导管的部分填充的程度。

根据又一实施例，该至少一个比率是至少两个电极中的每个电极的所测量的感应电压的绝对值。导管的部分填充的程度是流体表面的距导管的底部的高度与导管的直径的比率。

根据又一实施例，在不同流速下在完全填充情况下该至少一个比率的绝对值由EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型预先确定。根据另一实施例，EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型用于优化至少两个线圈中的第二线圈的第一预定义角度θ₁。第一预定义角度θ₁在距第一中心轴线±5％的范围内。在示例性实施例中，当第一预定义角度θ₁为零时，第二预定义角度θ₂不等于零。因此，从至少两个电极的角度保持非对称。

根据又一实施例，EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型用于优化至少两个电极中的至少一个电极的第二预定义角度θ₂。第二预定义角度θ₂在距轴线±5％的范围内。在示例性实施例中，当第二预定义角度θ₂为零时，第一预定义角度θ₁不等于零。因此，从至少两个线圈的角度保持非对称。特性曲线是基于与优化的第一预定义角度和第二预定义角度(θ₁和θ₂)相对应的EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型生成的。

根据又一实施例，处理单元被布置用于以预定间隔检查通过导管的流体的流量的部分填充。

根据又一实施例，处理单元被提供用于当通过导管的流体的流量的部分填充被确定为低于预定义阈值时向控制器/用户发送警报。

根据实施例的第二方面，提供了一种操作电磁(EM)流量计以测量通过导管的流体的流量的方法。该方法包括以下步骤：激励布置在导管上的至少两个线圈以在导管的流量计流体空间内生成磁场，并且测量至少两个电极中的每个电极上的感应电压，该至少两个电极被布置为响应于所生成的磁场而检测流量计流体空间中的感应电压。

根据一个实施例，至少两个线圈中的第一线圈围绕导管的第一中心轴线放置，并且至少两个线圈中的第二线圈围绕导管的第二中心轴线放置。第二中心轴线不同于第一中心轴线。第一中心轴线与第二中心轴线对向第一预定义角度θ₁。至少两个电极以第二预定义角度θ₂放置，并且第二预定义角度θ₂在穿过至少两个电极的中心轴线与垂直于导管的第一中心轴线的轴线之间在导管的中心处对向。

根据另一实施例，该方法还包括基于至少两个电极中的每个电极的所测量的感应电压之间的至少一个比率来确定导管的部分填充的程度的步骤。该至少一个比率用于基于比率的变化而不是完全填充情况下的比率通过参考特性曲线来估计在不同流速下导管的部分填充的程度。

根据又一实施例，在不同流速下在完全填充情况下至少一个比率的绝对值由EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型预先确定。

根据又一实施例，该方法还包括使用EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型优化至少两个线圈中的第二线圈的第一预定义角度θ₁的步骤。第一预定义角度θ₁在距第一中心轴线±5％的范围内。在示例性实施例中，当第一预定义角度θ₁为零时，第二预定义角度θ₂不等于零。

根据又一实施例，该方法还包括使用EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型优化至少两个电极中的至少一个电极的第二预定义角度θ₂的步骤。第二预定义角度θ₂在距轴线±5％的范围内。在示例性实施例中，当第二预定义角度θ₂为零时，第一预定义角度θ₁不等于零。特性曲线是基于与优化的第一预定义角度和第二预定义角度(θ₁和θ₂)相对应的EM流量计的基于物理特性的数字孪生模型生成的。

根据又一实施例，该方法还包括以预定间隔检查通过导管的流体的流量的部分填充的步骤。

根据又一实施例，该方法还包括以下步骤：当通过导管的流体的流量的部分填充被确定为低于预定义阈值时，向控制器或用户发送警报。

第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面结合第一方面描述的效果和特征。关于第一方面提及的实施例在很大程度上与第二方面兼容。

因此，应当理解，本文中公开的公开内容不限于所描述的设备的特定组成部分或所描述的方法的步骤，因为这样的设备和方法可以变化。还应当理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是限制性的。应当注意，如在说明书和所附权利要求中使用的，冠词“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在表示存在元素中的一个或多个元素，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“一个电路装置”或“该电路装置”可以包括若干设备等。此外，词语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“包含(containing)”和类似的措辞不排除其他元素或步骤。

从下面给出的详细描述中，本公开将变得很清楚。当结合以下描述和附图考虑时，将能够更好地了解和理解本文中的实施例的这些和其他方面以及本发明的其他目的和优点。附图是为了说明本发明的优选实施例而并入的，并不旨在限制其范围。然而，应当理解的是，以下描述虽然指示了优选实施例及其很多具体细节，但以说明而非限制的方式给出。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本文中的实施例的范围内进行不同的配置变化和修改，并且本文中的实施例包括所有这样的修改。

附图说明

参考附图阐述了详细描述。在图中，附图标记的最左侧数字标识附图标记首次出现的图。在不同的图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。

图1A示出了根据现有技术的电磁流量计的透视图；

图1B示出了根据现有技术的图1A的电磁流量计的截面图；

图2A示出了根据本文中的实施例的电磁流量计的透视图；

图2B示出了根据本文中的实施例的图2A的电磁流量计的截面图；

图3示出了根据本文中的实施例的电磁流量计的示例性布置；

图4是示出根据本文中的实施例的用于使用电磁流量计测量通过导管的流体的流量的方法的流程图；以及

图5示出了根据本文中的实施例的通过导管的流体流的流量的部分填充的程度的图形表示。

具体实施方式

参考非限制性实施例更全面地解释本文中的实施例及其各种特征和有利细节，并且在以下描述中详述。省略了对众所周知的组件和处理技术的描述，以免不必要地混淆本文中的实施例。本文中使用的示例仅旨在促进对可以实践本文中的实施例的方式的理解，并且进一步使得本领域技术人员能够实践本文中的实施例。因此，示例不应当被解释为限制本文中的实施例的范围。

如上所述，需要一种电磁(EM)流量计来检测流体流速的变化以及导管的部分填充的发生，而对现有EM流量计的组件的修改最小。本文中的实施例通过提供与EM流量计组件(诸如线圈和电极)的放置相关的最小修改来实现这一点。现在参考附图，并且更具体地参考图2A至图5，其中相似的附图标记在所有附图中一致地表示对应特征，示出了优选实施例。

图2A示出了根据一个实施例的电磁(EM)流量计的透视图200a。提供EM流量计用于测量通过导管201的流体204的流量。EM流量计包括至少两个线圈202a、202b和至少两个电极203a、203b。至少两个线圈202a、202b布置在导管201上。至少两个线圈202a、202b被电激励以在导管201的流量计流体空间内生成磁场。至少两个电极203a、203b彼此径向相对布置以响应于所生成的磁场而检测流量计流体空间中的感应电压。

图2B示出了根据一个实施例的图2A的EM流量计的截面图200b。至少两个线圈202a、202b中的第一线圈202a围绕导管201的第一中心轴线202c放置，并且至少两个线圈202a、202b中的第二线圈202b围绕导管201的第二中心轴线202d放置。在一个实施例中，第二中心轴线202d不同于第一中心轴线202c。需要注意的是，为了创建非对称布置，第一中心轴线202c与第二中心轴线202d对向第一预定义角度θ₁。至少两个电极203a、203b以第二预定义角度θ₂放置。第二预定义角度θ₂在穿过至少两个电极203a、203b的中心轴线203c与垂直于导管201的第一中心轴线202c的轴线203d之间在导管201的中心201a处对向。

根据一个实施例，至少两个线圈202a、202b和至少两个电极203a、203b跨EM流量计的第一中心轴线202c是非对称的。即，至少两个线圈202a、202b中的第二线圈202b以不等于0的第一预定义角度θ₁(θ₁为+/-5％)对向，并且至少两个电极203a、203b以不等于零的第二预定义角度θ₂(θ₂为+/-5％)放置。由于上面提到的非对称性，对于通过导管201的流体204的流量的不同流速或对于全管/导管情况，所测量的感应电压的比率(+V/-V)的绝对值可能不是“1”。特别地，在全管情况下，感应电压的比率(+V/-V)的绝对值是指数(p)，并且不等于“1”。此外，在部分流量的情况下，指数(p)可能会发生变化，并且指数(p)值的变化可以用于估计部分填充的程度。因此，可以使用本发明的EM流量计量化部分填充的程度。

图3示出了根据实施例的EM流量计300的示例性布置。EM流量计300用于测量通过导管201的流体204的流量。EM流量计300还包括控制电路装置307。在示例实施例中，控制电路装置307可以是开关电路、感测电路等中的至少一种或其组合，但不限于此。

根据该实施例，控制电路装置307用于测量至少两个电极203a、203b中的每个上的感应电压以提供对通过导管201的流体204的流量的测量。流体204的流量通过控制开关310来测量至少两个电极203a、203b之间的电位差来确定。开关310在测量至少两个电极203a、203b之间的电位差时保持闭合，并且开关309a、309b在测量至少两个电极203a、203b中的每个电极的感应电压时断开。在一个实施例中，EM流量计300用作测量流体的流速或速度的常规流量计。然而，在诊断周期期间(例如，每1分钟间隔中的5秒)，测量感应电压(+V和-V)以检测和量化通过导管201的流体204的流量的部分填充。在一个实施例中，控制器或用户或客户可以选择诊断周期的长度作为总测量时间的一部分。感应电压可以使用用于测量电压的部件来测量。在一个实施例中，该部件可以是但不限于传感器、电压表、万用表等。

根据一个实施例，电极处的感应电压可以通过闭合开关309a、309b并且闭合开关310来个体地测量，开关309a、309b连接到用于测量感应电压的部件。例如，控制电路装置307断开开关310和开关309b并且闭合开关309a以将至少两个电极203a、203b中的第一电极203a接地，从而测量感应电压+V。类似地，控制电路装置307断开开关310和开关309a并且闭合开关309b以将至少两个电极203a、203b中的第二电极203b接地，从而测量感应电压-V。

根据一个实施例，控制电路装置307包括处理单元308，处理单元308用于参考特性曲线基于至少两个电极203a、203b中的每个电极的所测量的感应电压之间的指数(p)或至少一个比率来确定导管201的部分填充的程度。该至少一个比率用于基于其与完全填充情况下的比率的变化通过参考特性曲线来估计在不同流速下导管201的部分填充的程度。根据一个实施例，对于完全填充导管，EM流量计300在所有流速下的指数(p)都是恒定的。导管201的部分填充的程度与指数(p)和部分填充的程度之间的关系成正比。指数(p)在下面的等式1中给出。此外，指数(p)与至少两个电极203a、203b中的每个电极的所测量的感应电压之间的关系在下面的等式2中给出。使用该关系，可以检测和量化部分填充的百分比。

指数(p)∝填充程度(百分比)---------1

根据该实施例，至少一个比率是至少两个电极203a、203b中的每个电极的所测量的感应电压的绝对值。针对EM流量计300预先确定在不同流速下在完全填充情况下至少一个比率的绝对值。导管201的部分填充的程度是流体表面的距导管201的底部的高度(L)206与导管201的直径(D)205的比率。导管201的部分填充的程度与导管201的底部上方流体表面的高度(L)206和导管201的直径(D)205之间的关系如等式3所示给出。

根据一个实施例，如果流体液位或流体表面的距导管201底部的高度(L)206减小到低于第一电极203a，则第一电极203a可以检测到零电压。因此，部分流量通过在第二电极203b中检测到的感应电压来估计。因此，EM流量计300也可以检测到小于管直径50％的部分填充。如果电极203a、203b都检测到零电压，则假定流体204的流量(flow)处于停止状态。根据一个实施例，使用给定EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型预先确定在不同流速下在完全填充情况下至少一个比率p的绝对值。

根据一个实施例，EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型用于优化至少两个线圈202a、202b中的第二线圈202b的第一预定义角度θ₁。第一预定义角度θ₁在从第一中心轴线202c对向±5％的范围内。在一个示例实施例中，当第一预定义角度θ₁为零时，第二预定义角度θ₂不等于零。例如，第二线圈202b与至少两个线圈202a、202b中的第一线圈202a保持径向相对，并且至少两个电极203a、203b保持在大于零的第二预定义角度θ₂。

根据一个实施例，EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型用于优化至少两个电极203a、203b中的至少一个电极的第二预定义角度θ₂。第二预定义角度θ₂在距轴线203d达±5％的范围内。根据另一实施例，当第二预定义角度θ₂为零时，第一预定义角度θ₁不等于零。例如，至少两个电极203a、203b彼此径向相对并且垂直于第一中心轴线布置，并且至少两个线圈202a、202b中的第二线圈202b以大于零的第一预定义角度θ₁保持在第二中心轴线中。特性曲线基于与优化的第一预定义角度和第二预定义角度(θ₁和θ₂)相对应的EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型来生成。

根据一个实施例，处理单元308被提供用于以预定间隔检查通过导管201的流体204的流量的部分填充。根据一个实施例，处理单元308被提供用于当通过导管201的流体204的流量的部分填充被确定为低于预定义阈值时向控制器/用户发送警报。

图4是示出根据实施例的用于使用EM流量计300测量通过导管201的流体204的流量的方法400的流程图。该方法被图示为逻辑流程图中的操作集合，该逻辑流程图表示可以以硬件、软件、固件或其组合实现的操作序列。描述方法的顺序不旨在被解释为限制，并且任何数目的描述的方法块可以以任何顺序组合以实现方法或替代方法。此外，可以从方法中删除个体操作而不脱离本文中描述的主题的范围。在软件的上下文中，操作表示在由一个或多个处理器执行时执行上述操作的计算机指令。

操作EM流量计300以测量通过导管201的流体204的流量的方法包括：

在步骤401，将至少两个线圈202a、202b布置在导管201上，并且激励至少两个线圈202a、202b以在导管201的流量计流体空间内生成磁场。至少两个线圈202a、202b中的第一线圈202a围绕导管201的第一中心轴线202c放置，并且至少两个线圈202a、202b中的第二线圈202b围绕导管201的第二中心轴线202d放置。第二中心轴线202d不同于第一中心轴线202c，并且第一中心轴线202c与第二中心轴线202d对向第一预定义角度θ₁。

在步骤402，测量至少两个电极203a、203b中的每个电极上的感应电压，至少两个电极203a、203b被布置为响应于所生成的磁场而检测流量计流体空间中的感应电压。至少两个电极203a、203b以第二预定义角度θ₂放置。第二预定义角度θ₂在穿过至少两个电极203a、203b的中心轴线203c与垂直于导管201的第一中心轴线202c的轴线203d之间在导管201的中心201a处对向。

在步骤403，通过测量跨至少两个电极203a、203b的电势差来确定通过导管201的流体204的流量。

在步骤404，基于至少两个电极203a、203b中的每个电极的所测量的感应电压之间的至少一个比率p来确定导管201的部分填充的程度。该至少一个比率p是至少两个电极203a、203b中的每个电极的所测量的感应电压的比率。在任何流速下在完全填充情况下至少一个比率p的值使用给定流量计300的基于物理特性的数字孪生模型来预先确定。此外，该至少一个比率用于基于其与完全填充情况下的比率的变化通过参考特性曲线来估计在不同流速下导管201的部分填充的程度。导管201的部分填充的程度是流体表面的距导管201底部的高度(L)206与导管201的直径(D)205的比率。

在步骤405，以预定间隔检查通过导管201的流体204的流量的部分填充，例如，以一个小时一次或两小时一次等的间隔周期性地监测通过导管201的流体204的流量，以保持对通过导管201的流体204的流速的控制。预定间隔可以通过诸如微控制器、用户界面等硬件部件来配置。如果未检测到流体204的部分填充，则该方法重复步骤404以便以预定间隔检查通过导管201的流体204的流量的部分填充。

在步骤406，当通过导管201的流体204的流量的部分填充被确定为低于预定义阈值时，可以向控制器/用户发送警报。例如，警报可以是指示或信令或另外的过程控制等。

根据该实施例，该方法还包括使用电磁流量计300的基于物理特性的数字孪生模型优化至少两个线圈202a、202b中的第二线圈202b的第一预定义角度θ₁的步骤。第一预定义角度θ₁在距第一中心轴线202c达±5％的范围内，当第一预定义角度θ₁为零时，第二预定义角度θ₂不等于0。

根据一个实施例，该方法包括使用EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型优化至少两个电极203a、203b中的至少一个电极的第二预定义角度θ₂的步骤。预定义角度θ₂在距轴线203d达±5％的范围内，并且当第二预定义角度θ₂为零时，第一预定义角度θ₁不等于零。特性曲线基于与优化的第一预定义角度和第二预定义角度(θ₁和θ₂)相对应的EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型来生成。

根据一个实施例，给定EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型用于确定完全填充情况的p的值。p的值与完全填充情况下的流速无关。数字孪生还生成特性曲线(图5)，该曲线将比率p与填充百分比或部分填充的程度相关。部分填充的程度或填充百分比基于指数(p)的测量值使用图5中的特性曲线来确定。该模型进行有限元分析并且求解相关的基于物理特性的等式以模拟EM流量计300的功能。该模型可以针对导管201的部分填充的不同程度进行模拟。部分填充的程度可以由导管201底部上方流体表面的高度(L)206与导管201的直径(D)205的比率来给出，以百分比表示。在每个部分填充情况下，可以估计所测量的感应电压+V和-V(在图3中描述)以检测导管201的部分填充。

图5示出了根据一个实施例的通过导管201的流体204的流量的部分填充的程度的图形表示500。图形表示500示出了通过导管201的流体204的流量的部分填充的程度相对于基于在至少两个电极203a、203b处感测的感应电压而估计的指数(p)的百分比。至少两个电极203a、203b的感应电压(+V、-V)的比率的绝对值或指数(p)501可以如上所述使用EM流量计300的基于物理特性的数字孪生模型来计算，并且绘制为部分填充百分比502的函数。可以看出，对于本发明中描述的实施例，指数(p)的值为0.65，而不是当导管201充满时为“1”。在导管201的不同部分填充情况下，指数(p)的值可以不同程度地显著改变。此外，在索引(p)与部分填充百分比502之间标识出唯一关系。

根据该实施例，建模研究可以表明，倾斜的线圈和电极到电极的线、以及极端电压的个体测量可以成功地检测和量化部分填充效应。根据该实施例，电磁流量计300可以具有量化低于50％的部分填充的能力。当液位下降到第二电极203b以下时，在第一电极203a处测量的电压可以用于估计部分填充。

上述电磁流量计300的一个优点是测量流体204的流速以及导管201的部分填充，而对其组件的修改最小。这提高了整体系统性能。部分填充的检测和量化通过增加可靠性来增强流量系统性能，并且EM流量计300避免使用昂贵的侵入式传感器。

特定实施例的上述描述将如此充分地揭示本文中的实施例的一般性质，使得本领域技术人员可以通过应用当前知识容易地修改和/或适应这样的特定实施例的各种应用而不背离一般概念，因此，这样的适应和修改应当并且旨在被理解为在所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中使用的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的。因此，尽管已经根据优选实施例描述了本文中的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在如本文中描述的实施例的范围内通过修改来实践本文中的实施例。

Claims

1.一种用于测量通过导管(201)的流体(204)的流量的电磁(EM)流量计(300)，包括：

至少两个线圈(202a，202b)，布置在所述导管(201)上，其中所述至少两个线圈(202a，202b)被电激励以在所述导管(201)的流量计流体空间内生成磁场；其中所述至少两个线圈(202a，202b)中的第一线圈(202a)围绕所述导管(201)的第一中心轴线(202c)放置并且所述至少两个线圈(202a，202b)中的第二线圈(202b)围绕所述导管(201)的第二中心轴线(202d)放置，其中所述第二中心轴线(202d)不同于所述第一中心轴线(202c)，并且所述第一中心轴线(202c)与所述第二中心轴线(202d)对向第一预定义角度θ₁，

至少两个电极(203a，203b)，彼此径向相对布置以响应于所生成的磁场而检测所述流量计流体空间中的感应电压；其中所述至少两个电极(203a，203b)以第二预定义角度θ₂放置，其中所述第二预定义角度θ₂在穿过所述至少两个电极(203a，203b)的中心轴线(203c)与垂直于所述导管(201)的所述第一中心轴线(202c)的轴线(203d)之间在所述导管(201)的中心(201a)处对向；以及

控制电路装置(307)，用于测量所述至少两个电极(203a，203b)中的每个电极上的所述感应电压以提供对通过所述导管(201)的所述流体(204)的所述流量的测量。

2.根据权利要求1所述的EM流量计(300)，其中所述控制电路装置(307)包括处理单元(308)，所述处理单元(308)用于基于所述至少两个电极(203a，203b)中的每个电极的所测量的感应电压之间的至少一个比率来确定所述导管(201)的部分填充的程度；其中所述至少一个比率用于通过参考特性曲线来估计在不同流速下所述导管(201)的部分填充的程度；其中所述特性曲线是使用所述EM流量计(300)的基于物理特性的数字孪生模型生成的。

3.根据权利要求2所述的EM流量计(300)，其中所述至少一个比率是所述至少两个电极(203a，203b)中的每个电极的所测量的感应电压的绝对值；并且其中所述导管(201)的所述部分填充的程度是流体表面的距所述导管(201)的底部的高度(206)与所述导管(201)的直径(205)的比率。

4.根据权利要求3所述的EM流量计(300)，其中在不同流速下在完全填充情况下所述至少一个比率的所述绝对值由所述EM流量计(300)的所述基于物理特性的数字孪生模型预先确定。

5.根据权利要求4所述的EM流量计(300)，其中所述EM流量计(300)的所述基于物理特性的数字孪生模型用于优化所述至少两个线圈(202a，202b)中的所述第二线圈(202b)的所述第一预定义角度θ₁；其中所述第一预定义角度θ₁在距所述第一中心轴线(202c)±5％的范围内；并且其中当所述第一预定义角度θ₁为零时，所述第二预定义角度θ₂不等于零。

6.根据权利要求4所述的EM流量计(300)，其中所述EM流量计(300)的所述基于物理特性的数字孪生模型用于优化所述至少两个电极(203a，203b)中的所述至少一个电极的所述第二预定义角度θ₂；其中所述第二预定义角度θ₂在距所述轴线(203d)±5％的范围内；并且其中当所述第二预定义角度θ₂为零时，所述第一预定义角度θ₁不等于零。

7.根据权利要求2所述的EM流量计(300)，其中所述处理单元(308)用于以预定间隔检查通过所述导管(201)的所述流体(204)的所述流量的所述部分填充。

8.根据权利要求2所述的EM流量计(300)，其中所述处理单元(308)用于当通过所述导管(201)的所述流体(204)的所述流量的所述部分填充被确定为低于预定义阈值时向控制器或用户发送警报。

9.一种操作电磁(EM)流量计(300)以测量通过导管(201)的流体(204)的流量的方法，所述方法包括：

激励401被布置在所述导管(201)上的至少两个线圈(202a，202b)以在所述导管(201)的流量计流体空间内生成磁场；其中所述至少两个线圈(202a，202b)中的第一线圈(202a)围绕所述导管(201)的第一中心轴线(202c)放置并且所述至少两个线圈(202a，202b)中的第二线圈(202b)围绕所述导管(201)的第二中心轴线(202d)放置，其中所述第二中心轴线(202d)不同于所述第一中心轴线(202c)，并且所述第一中心轴线(202c)与所述第二中心轴线(202d)对向第一预定义角度θ₁；以及

测量至少两个电极(203a，203b)中的每个电极上的感应电压，所述至少两个电极(203a，203b)被布置为响应于所生成的磁场而检测所述流量计流体空间中的感应电压，其中所述至少两个电极(203a，203b)以第二预定义角度θ₂放置，其中所述第二预定义角度θ₂在穿过所述至少两个电极(203a，203b)的中心轴线(203c)与垂直于所述导管(201)的所述第一中心轴线(202c)的轴线(203d)之间在所述导管(201)的中心(201a)处对向。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：

通过参考特性曲线基于所述至少两个电极(203a，203b)中的每个电极的所测量的感应电压之间的至少一个比率来确定所述导管(201)的部分填充的程度；其中所述特性曲线是使用所述EM流量计(300)的基于物理特性的数字孪生模型生成的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个比率是所述至少两个电极(203a，203b)中的每个电极的所测量的感应电压的绝对值；并且其中所述导管(201)的所述部分填充的程度是流体表面的距所述导管(201)的底部的高度(206)与所述导管(201)的直径(205)的比率。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在不同流速下在完全填充情况下所述至少一个比率的所述绝对值由所述EM流量计(300)的所述基于物理特性的数字孪生模型预先确定。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：

使用所述基于物理特性的数字孪生模型优化所述至少两个线圈(202a，202b)中的所述第二线圈(202b)的所述第一预定义角度θ₁；其中所述第一预定义角度θ₁在距所述第一中心轴线(202c)±5％的范围内；并且其中当所述第一预定义角度θ₁为零时，所述第二预定义角度θ₂不等于零。

14.根据权利要求12所述的方法，包括：

使用所述基于物理特性的数字孪生模型优化所述至少两个电极(203a，203b)中的所述至少一个电极的所述第二预定义角度θ₂；其中所述第二预定义角度θ₂在距所述轴线(203d)±5％的范围内；并且其中当所述第二预定义角度θ₂为零时，所述第一预定义角度θ₁不等于零。

15.根据权利要求10所述的方法，包括：

以预定间隔检查通过所述导管(201)的所述流体(204)的所述流量的所述部分填充。

16.根据权利要求10所述的方法，包括：

当通过所述导管(201)的所述流体(204)的所述流量的所述部分填充被确定为低于预定义阈值时向控制器或用户发送警报。