DE102016114972A1 - Method for determining a gas volume fraction of a gas-laden liquid medium - Google Patents

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Yaoying Lin
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Abstract

Die Erfindung offenbart ein Verfahren zum Bestimmen des Gasvolumenanteils eines mit Gas beladenen flüssigen Mediums mittels eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp welcher mindestens einen Oszillator mit mindestens einem schwingfähigen Messrohr aufweist, in dem das Medium geführt wird, wobei der Oszillator Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln der Werte von medienabhängigen Eigenfrequenzen f1, f2 von zwei der Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen; Ermitteln eines Drucks des Mediums, in dem mindestens einen Messrohr des Oszillators; Ermitteln zweier vorläufiger Dichtewerte ρ1 und ρ2 auf Basis von f1 und f2, Ermitteln der aktuellen Schallgeschwindigkeit c des Mediums anhand von ρ1, p2, f1 und f2, Ermitteln des Gasvolumenanteils α auf Basis der aktuellen Schallgeschwindigkeit c, des Drucks und eines Dichtemesswerts welcher von mindestens einem der vorläufigen Dichtemesswerte abhängt.The invention discloses a method for determining the gas volume fraction of a gas-laden liquid medium by means of a vibration-type transducer having at least one oscillator with at least one oscillatable measuring tube in which the medium is guided, the oscillator having bending modes having different natural frequencies the steps of: determining the values of media-dependent eigenfrequencies f1, f2 of two of the flexural vibration modes having different natural frequencies; Determining a pressure of the medium in which at least one measuring tube of the oscillator; Determining two preliminary density values ρ1 and ρ2 on the basis of f1 and f2, determining the current sound velocity c of the medium based on ρ1, p2, f1 and f2, determining the gas volume fraction α on the basis of the current sound velocity c, the pressure and a density measured value of at least one of the preliminary density readings.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Gasvolumenanteils eines mit Gas beladenen flüssigen Mediums mittels eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp, welcher mindestens einen Oszillator mit mindestens einem schwingfähigen Messrohr aufweist, in dem das Medium geführt wird. Derartige Messaufnehmer bestimmen Messwerte für die Dichte des Mediums anhand von Eigenfrequenzen von Biegeschwingungsmoden des Messrohrs und Messwerte für den Massedurchfluss anhand des Phasenwinkels zwischen einer Schwingung des Messrohrs im so genannten Coriolis-Mode und einer Schwingung des Messrohrs im Grundmode. Messaufnehmer nach diesem Messprinzip werden beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung Promass hergestellt.The present invention relates to a method for determining a gas volume fraction of a gas-laden liquid medium by means of a measuring transducer of the vibration type, which has at least one oscillator with at least one oscillatable measuring tube, in which the medium is guided. Such sensors determine measured values for the density of the medium based on natural frequencies of bending vibration modes of the measuring tube and measured mass flow values based on the phase angle between vibration of the measuring tube in the so-called Coriolis mode and vibration of the measuring tube in the fundamental mode. Measuring sensors according to this measuring principle are manufactured, for example, by the applicant under the name Promass.

Die oben beschriebene Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Messrohrs und der Dichte bzw. dem Phasenwinkel des Coriolsi-Mode gilt ideal nur für homogene, inkompressible Medien. Wenn ein in dem Messrohr geführtes flüssiges Medium mit Gas beladen ist, kommt es im schwingenden Messrohr zu Relativbewegungen zwischen dem Medium und dem Messrohr bzw. zwischen der flüssigen Phase und der Gasphase. Daher sind Korrekturalgorithmen erforderlich, um noch genaue Messwerte zu erhalten.The above-described relationship between the natural frequency of the measuring tube and the density or the phase angle of the Coriolis mode is ideally only for homogeneous, incompressible media. When a liquid medium carried in the measuring tube is loaded with gas, relative oscillations occur between the medium and the measuring tube or between the liquid phase and the gas phase in the oscillating measuring tube. Therefore, correction algorithms are required to obtain even more accurate readings.

Beim Resonatoreffekt schwingt die durch die Gasbeladung kompressibel gewordene Flüssigkeit gegenüber dem Messrohr. Je näher die Resonanzfrequenz der Flüssigkeitsschwingung an die Eigenfrequenz eines Biegeschwingungsmodes des Messrohrs herankommt, desto stärker wird der Biegeschwingungsmode beeinflusst. Aus dem Verhältnis der Eigenfrequenzen zweier Biegeschwingungsmoden kann die Schallgeschwindigkeit des mit Gas beladenen Mediums ermittelt werden, womit dann Korrekturfaktoren für die Dichtemessung und für die Durchflussmessung bestimmbar sind. Dies ist beschrieben in den noch unveröffentlichten Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen DE 10 20015.122661.8 , DE 10 2016 005 547.2 und DE 10 2016 112 002.2 .In the resonator effect, the liquid which has become compressible due to the gas loading oscillates in relation to the measuring tube. The closer the resonance frequency of the liquid vibration approaches the natural frequency of a bending vibration mode of the measuring tube, the more the bending vibration mode is influenced. From the ratio of the natural frequencies of two bending modes, the speed of sound of the gas-laden medium can be determined, which then correction factors for the density measurement and flow measurement can be determined. This is described in the still unpublished patent applications with the file number DE 10 20015.122661.8 . DE 10 2016 005 547.2 and DE 10 2016 112 002.2 ,

Solange das Gas in Form von so genannten Mikroblasen vorliegt, die in der Flüssigkeit suspendiert sind und sich allenfalls vernachlässigbar gegenüber der Flüssigkeit bewegen, reicht die Korrektur bezüglich des Resonatoreffekts aus um hinreichend genaue Werte für die Dichte und den Massedurchfluss zu ermitteln.As long as the gas is in the form of so-called microbubbles that are suspended in the liquid and at best move negligibly with respect to the liquid, the correction to the resonator effect is sufficient to determine sufficiently accurate values for the density and the mass flow.

Mit zunehmender Gasbeladung und größeren Gasblasen sind jedoch weitere Korrekturen erforderlich.However, with increasing gas loading and larger gas bubbles, further corrections are required.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches den Gasvolumenanteil (in der englischsprachigen Fachliteratur GVF genannt) einer Flüssigkeit erfasst und ggf. den Einfluss auf die Messgrößen Dichte korrigiert. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.It is therefore an object of the present invention to provide a method which detects the gas volume fraction (referred to in the English-language specialist literature GVF) of a liquid and optionally corrects the influence on the measured quantities density. The object is achieved by the method according to the independent claim. 1

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bestimmen des Gasvolumenanteils α einer mit Gas beladenen Flüssigkeit mittels eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp welcher mindestens einen Oszillator mit mindestens einem schwingfähigen Messrohr aufweist, in dem das Medium geführt wird, wobei der Oszillator Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln der Werte von medienabhängigen Eigenfrequenzen f1, f2 von zwei der Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen;
Ermitteln eines Drucks des flüssigen Mediums, in dem mindestens einen Messrohr des Oszillators;
Ermitteln zweier vorläufiger Dichtewerte rho1 und rho2 auf Basis von f1 und f2,
Ermitteln der aktuellen Schallgeschwindigkeit c des Mediums anhand von ρ1, ρ2, f1 und f2,
Ermitteln des Gasvolumenanteils α auf Basis der aktuellen Schallgeschwindigkeit c, des Drucks und eines Dichtemesswerts welcher von mindestens einem der vorläufigen Dichtemesswerte abhängt.The inventive method is used to determine the gas volume fraction α of a gas-laden liquid by means of a vibration sensor having at least one oscillator with at least one oscillatable measuring tube in which the medium is guided, wherein the oscillator Bieschwungungsmoden having different natural frequencies, the method following steps include:
Determining the values of media-dependent eigenfrequencies f 1 , f 2 of two of the flexural vibration modes having different natural frequencies;
Determining a pressure of the liquid medium in which at least one measuring tube of the oscillator;
Determining two provisional density values rho 1 and rho 2 on the basis of f 1 and f 2 ,
Determining the current speed of sound c of the medium on the basis of ρ 1 , ρ 2 , f 1 and f 2 ,
Determining the gas volume fraction α on the basis of the current sound velocity c, the pressure and a density measurement value which depends on at least one of the preliminary density measured values.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung geht in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Adiabatenkoeffizient für das in dem Medium enthaltene Gas Gasmischung ein.According to a development of the invention, an adiabatic coefficient for the gas gas mixture contained in the medium continues to be determined in the determination of the gas volume fraction α.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin das Ermitteln eines Werts für die Dichte der flüssigen Phase des Mediums, auf Basis des Gasvolumenanteils α und mindestens eines Dichtemesswerts welcher von mindestens einem der vorläufigen Dichtemesswerte abhängt.According to a development of the invention, the method further comprises determining a value for the density of the liquid phase of the medium, based on the gas volume fraction α and at least one density measurement value which depends on at least one of the preliminary density measurement values.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin das Ermitteln eines für den Resonatoreffekt korrigierten Coriolismischungsdichtewert des auf Basis mindestens eines vorläufigen Dichtemesswerts, einer zugehörigen Eigenfrequenz und der Schallgeschwindigkeit.According to one development of the invention, the method further comprises determining a Coriolis mixing density value corrected for the resonator effect, based on at least one preliminary density measured value, an associated natural frequency and the speed of sound.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Ermitteln des Gasvolumenanteils α der korrigierte Coriolismischungsdichtewert verwendet.According to one development of the invention, the corrected Coriolis mixture density value is used to determine the gas volume fraction α.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Ermitteln eines Werts für die Dichte der flüssigen Phase des Mediums der korrigierte Coriolismischungsdichtewert verwendet.According to one embodiment of the invention, the corrected Coriolis mixture density value is used to determine a value for the density of the liquid phase of the medium.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die beiden ermittelten Eigenfrequenzen f1, f2 die Eigenfrequenz f1 eines ersten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmodes und die Eigenfrequenz eines zweiten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmodes f3. According to a further development of the invention, the two determined resonant frequencies comprise f 1, f 2 is the natural frequency f 1 of a first mirror-symmetrical bending vibration mode and the natural frequency of a second mirror-symmetrical bending mode of oscillation f. 3

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Ermitteln des Gasvolumenanteils α ein vorläufiger Wert mit einem für ein Flüssigkeits-Gas-System charakteristischen, insbesondere konstanten Korrekturfaktor multipliziert.According to one embodiment of the invention, a preliminary value is multiplied by a, in particular constant correction factor characteristic of a liquid-gas system for determining the gas volume fraction α.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. It shows.

1: Ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Gasvolumenanteils in einer mit Gas beladenen Flüssigkeit; 1 : A flow chart of an embodiment of the method according to the invention for determining the gas volume fraction in a gas-laden liquid;

2: Ein detailliertes Flussdiagramm zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit der mit Gas beladenen Flüssigkeit im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens; 2 : A detailed flow chart for determining the speed of sound of the gas-laden liquid in the course of the method according to the invention;

3: Ein detailliertes Flussdiagramm zur Berechnung des Gasvolumenanteils GVF der mit Gas beladenen Flüssigkeit im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 : A detailed flow chart for calculating the gas volume fraction GVF of the gas-laden liquid in the course of the method according to the invention;

4: Ein Diagramm von Dichtemesswerten von mit Gas beladenen Flüssigkeiten, die auf verschiedene Weisen berechnet wurden; 4 : A plot of density readings from gas-laden liquids calculated in different ways;

5: Ein Diagramm mit Messabweichungen von Dichtemesswerten, die auf verschiedene Weisen berechnet wurden; und 5 : A graph of measurement deviations of density readings calculated in different ways; and

6: Ein Diagramm des erfindungsgemäß ermittelten Gasvolumenanteils als Funktion des tatsächlichen Gasvolumenanteils. 6 : A diagram of the inventively determined gas volume fraction as a function of the actual gas volume fraction.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahren 100 zum Bestimmen des Gasvolumenanteils einer mit Gas beladenen Flüssigkeit beginnt in einem Schritt 110 mit der Bestimmung der Eigenfrequenzen des f1-Biegeschwingungsmodes und des f3-Biegeschwingungsmodes eines Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmers. Hierzu können der f1-Biegeschwingungsmode und der f3-Biegeschwingungsmode insbesondere gleichzeitig angeregt werden. Durch Maximieren des Verhältnisses von der Schwingungsamplitude zur modenspezifischen Erregerleistung durch Variieren der Anregungsfrequenzen können die gesuchten Eigenfrequenzen ermittelt werden.This in 1 illustrated embodiment of a method according to the invention 100 for determining the gas volume fraction of a gas-laden liquid begins in one step 110 with the determination of the natural frequencies of the f1 bending mode and the f3 bending mode of a Coriolis mass flowmeter. For this purpose, the f1 bending mode and the f3 bending mode can be excited in particular simultaneously. By maximizing the ratio of the vibration amplitude to the mode-specific excitation power by varying the excitation frequencies, the sought natural frequencies can be determined.

Anhand der ermittelten Eigenfrequenzen fi werden in einem Schritt 120 vorläufige Dichtewerte ρ1 und ρ3 bestimmt als:

Figure DE102016114972A1_0002
wobei c0i, c1i, und c2i, modenabhängige Koeffizienten sind.Based on the determined natural frequencies fi are in one step 120 preliminary density values ρ 1 and ρ 3 are determined as:
Figure DE102016114972A1_0002
where c 0i , c 1i , and c 2i are mode dependent coefficients.

In einem Schritt 130, der weiter unten anhand von 2 näher erläutert wird, erfolgt die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit der mit Gas beladenen Flüssigkeit und ggf. eines Korrekturterms für die Dichtemessung.In one step 130 , which is based on below 2 is explained in more detail, the determination of the speed of sound of the gas-laden liquid and possibly a correction term for the density measurement takes place.

Anschließend wird in einem Schritt 140 mittels der Schallgeschwindigkeit ein Gasvolumenanteil berechnet wie weiter unten anhand von 3 erläutert wird.Subsequently, in one step 140 calculated by means of the speed of sound, a gas volume fraction as below using 3 is explained.

Wie in 2 dargestellt umfasst der Schritt 130 zum Bestimmen des Korrekturterms zunächst in einem Schritt 132 das Berechnen des Verhältnisses V der vorläufigen Dichtewerte, also beispielsweise die Division der vorläufigen Dichtewerte ρ1 und ρ3 zu V := ρ1/ρ3.As in 2 the step comprises 130 for determining the correction term first in a step 132 calculating the ratio V of the preliminary density values, that is, for example, dividing the preliminary density values ρ 1 and ρ 3 into V: = ρ 1 / ρ 3 .

Anschließend wird in einem Schritt 132 ein Wert der Schallgeschwindigkeit c bestimmt, welcher mit den gemessenen Eigenfrequenzen f1 und f2 der Biegeschwingungsmoden in der folgenden Gleichung zu dem beobachteten Verhältnis V der vorläufigen Dichtewerte führt:

Figure DE102016114972A1_0003
wobei r etwa 0,84, b = 1 und g ein messrohrabhängiger Proportionalitätsfaktor zwischen Schallgeschwindigkeit und Resonanzfrequenz ist, der beispielsweise einen Wert von 10/m annehmen kann. Der Wert der Schallgeschwindigkeit, welcher die obige Gleichung erfüllt, ist der gesuchte Wert für die Schallgeschwindigkeit der mit Gas beladenen Flüssigkeit.Subsequently, in one step 132 determines a value of the sound velocity c which, with the measured natural frequencies f 1 and f 2 of the bending vibration modes in the following equation, leads to the observed ratio V of the preliminary density values:
Figure DE102016114972A1_0003
where r is about 0.84, b = 1 and g is a meter tube dependent proportionality factor between the speed of sound and the resonant frequency, which may for example have a value of 10 / m. The value of the sound velocity which satisfies the above equation is the sought value for the velocity of sound of the gas laden liquid.

Anhand des ermittelten Schallgeschwindigkeitswerts kann dann im Schritt 133 des Verfahrens in 2 ein modenspezifischer Korrekturterm Ki für den Resonatoreffekt berechnet gemäß:

Figure DE102016114972A1_0004
Based on the determined sound velocity value can then in step 133 of the procedure in 2 a mode-specific correction term K i for the resonator effect calculated according to:
Figure DE102016114972A1_0004

Ein für den Resonatoreffekt korrigierter Coriolismischungsdichtewert ρmix-coriolis kann schließlich berechnet werden als:

Figure DE102016114972A1_0005
Finally, a Coriolis mixing density value ρ mix-coriolis corrected for the resonator effect can be calculated as:
Figure DE102016114972A1_0005

Ein entsprechender Coriolis-Massedurchflusskorrekturterm Kṁ zur Berechnung eines für den Einfluss des Resonatoreffekts korrigierten Coriolis-Massedurchflussmesswerts ṁmix-coriolis kann in Schritt 134 berechnet werden als:

Figure DE102016114972A1_0006
A corresponding Coriolis mass flow correction term K ṁ for calculating a corrected Coriolis mass flow measurement value ṁ mix-coriolis for the influence of the resonator effect can be determined in step 134 calculated as:
Figure DE102016114972A1_0006

Der für den Einfluss des Resonatoreffekts korrigierte Coriolis-Massedurchflussmesswerts ṁmix-coriolis ergibt sich dann als:

Figure DE102016114972A1_0007
Coriolis mass flow rate ṁ mix-coriolis corrected for the effect of the resonator effect is then given as:
Figure DE102016114972A1_0007

Hierbei ist ṁ ein vorläufiger Massedurchflussmesswert, der sich aus der Multiplikation eines Kalibrierfaktors für den Messaufnehmer mit dem Phasenwinkel zwischen dem ersten Biegeschwingungsmode und dem Coriolismode ergibt.Here, ṁ is a preliminary mass flow measurement resulting from multiplying a sensor calibration factor to the phase angle between the first bending mode and the Coriolis mode.

Im Folgenden wird erläutert wie auch die Dichte der Flüssigkeit bestimmt werden kann.The following explains how the density of the liquid can be determined.

Zwischen der Schallgeschwindigkeit einer mit Gas beladenen Flüssigkeit und weiteren Paramteren besteht der folgende Zusammenhang:

Figure DE102016114972A1_0008
The following relationship exists between the speed of sound of a gas-laden liquid and other parameters:
Figure DE102016114972A1_0008

Hierbei sind α der Gasvolumenanteil (oder die Gas Void Fraction GVF), cg die Schallgeschwindigkeit des reinen Gases, cl die Schallgeschwindigkeit der reinen Flüssigkeit, γ der Adiabatenkoeffizient für das Gas, p der aktuelle Druck der mit Gas beladenen Flüssigkeit und ρl die Dichte der mit Gas beladenen Flüssigkeit.Here, α is the gas volume fraction (or the gas void fraction GVF), c g the sound velocity of the pure gas, c l the sound velocity of the pure liquid, γ the adiabatic coefficient for the gas, p the current pressure of the gas-laden liquid and ρ l the Density of the gas laden liquid.

Tatsächlich wird die Summe in der Klammer auf der rechten Seite der Gleichung über den Druckbereich, in dem Gasbeladungen als Störgrößen relevant sind, und bei Flüssigkeitsdichten in der Größenordnung von 103 kg/m3 im Wesentlichen durch den dritten Summanden bestimmt. Damit ist die reduziert sich der obige Ausdruck zu:

Figure DE102016114972A1_0009
In fact, the sum in the bracket on the right side of the equation over the pressure range in which gas loads are relevant as disturbances and at liquid densities in the order of 10 3 kg / m 3 is essentially determined by the third addend. Thus, the above expression is reduced to:
Figure DE102016114972A1_0009

Der Gasvolumenanteil α kann deshalb als Funktion der anderen Parameter in der Gleichung geschätzt werden. Setzt man für die Flüssigkeitsdichte ρl den Quotienten aus der bereits ermittelten Coriolis-Mischungsdichte ρmix-coriolis geteilt durch den Flüssigkeitsvolumenanteil, also (1 – α), so folgt:

Figure DE102016114972A1_0010
The gas volume fraction α can therefore be estimated as a function of the other parameters in the equation. Substituting for the liquid density ρ l the quotient of the already determined Coriolis mixture density ρ mix-coriolis divided by the liquid volume fraction , ie (1 - α), it follows:
Figure DE102016114972A1_0010

Hierzu wird, wie in 3 dargestellt ist, in Schritt 141 ein Druckwert der mit Gas beladenen Flüssigkeit ermittelt, welcher in den Messrohren zum Zeitpunkt der Messung der Eigenfrequenzen f1 und f3 herrscht, denn auf deren Basis wurde die Schallgeschwindigkeit c ermittelt.For this purpose, as in 3 is shown in step 141 determines a pressure value of the gas-laden liquid, which prevails in the measuring tubes at the time of measuring the natural frequencies f 1 and f 3 , because on the basis of which the speed of sound c was determined.

Der Adiabatenkoeffizient γ = cp/cv = (f + 2)/f, wobei f die Zahl der molekularen Freiheitsgrade des Gases ist, beträgt bei Raumtemperatur beispielsweise für Stickstoff und trockene Luft 1,4 und für Methan 1,3. Je nachdem, mit welchem Gas bzw. welchem Gasgemisch zu rechnen ist, kann ein entsprechender Adiabatenkoeffizient verwendet werden. Auf Basis dieser Größen wird dann im Schritt 142 der Gasvolumenanteil α berechnet.The adiabatic coefficient γ = c p / c v = (f + 2) / f, where f is the number of degrees of freedom of molecular gas, at room temperature is, for example, nitrogen, dry air and 1.4 for methane 1.3. Depending on which gas or gas mixture is to be expected, a corresponding adiabatic coefficient can be used. Based on these sizes is then in step 142 the gas volume fraction α is calculated.

Erfindungsgemäß kann mittels der Coriolis-Mischungsdichte ρmix-coriolis und mittels des Gasvolumenanteils α, wie in 1 in Schritt 150 dargestellt ein Wert für die Flüssigkeitsdichte ρliquidGVF der mit Gas beladenen Flüssigkeit berechnet werden gemäß:

Figure DE102016114972A1_0011
According to the invention can by means of the Coriolis mixture density ρ mix-coriolis and by means of the gas volume fraction α, as in 1 in step 150 represented is a value for the liquid density ρ liquidGVF of the gas-laden liquid calculated according to:
Figure DE102016114972A1_0011

Diese Flüssigkeitsdichte ist insofern von Interesse, als sie beispielsweise für Flüssigkeiten die eine Lösung oder homogene Mischung zweier Komponenten unterschiedlicher Dichte umfassen, eine Schätzung der Anteile der Komponenten ermöglicht.This liquid density is of interest in that, for example, for liquids comprising a solution or homogeneous mixture of two components of different densities, an estimate of the proportions of the components is possible.

Hierzu zeigt 4 Dichtemesswerte von Proben Öl-Wasser-Gemischen mit Wasseranteilen von 0% bis 100% und unterschiedlicher Gasbeladung. Die Dreiecke zeigen darin die tatsächliche, über Labormessungen ermittelte Dichte der Proben. Die Quadrate zeigen die für den Resonatoreffekt kompensierte Coriolis-Mischungsdichte ρmix-coriolis, welche naturgemäß, je nach Gasbeladung von der reinen Flüssigkeitsdichte abweichen muss. Schließlich zeigen die X-Symbole die erfindungsgemäß ermittelte Flüssigkeitsdichte ρliquidGVF, welche ein hohes Maß an Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Labormessungen zeigt.This shows 4 Density readings of samples of oil-water mixtures with water contents from 0% to 100% and different gas loading. The triangles show the actual density of the samples determined by laboratory measurements. The squares show the Coriolis mixture density ρ mix-coriolis compensated for the resonator effect , which naturally has to deviate from the pure liquid density, depending on the gas loading. After all the X symbols show the liquid density ρ liquidGVF determined according to the invention , which shows a high degree of agreement with the results of the laboratory measurements.

5 zeigt Abweichungen der Dichtemesswerte von der tatsächlichen mit Labormessungen ermittelten Dichte als Funktion des Gasvolumenanteils. Erwartungsgemäß ist die mit Quadraten dargestellte Abweichung der für den Resonatoreffekt kompensierten Coriolis-Mischungsdichte ρmix-coriolis proportional zum Gasvolumenanteil. Die mit X-Symbolen dargestellte Abweichung der erfindungsgemäß ermittelten Flüssigkeitsdichte ρliquidGVF von der tatsächlichen Flüssigkeitsdichte beträgt dagegen unabhängig vom Gasvolumenanteil weniger als 10 kg. 5 shows deviations of the density measured values from the actual density determined with laboratory measurements as a function of the gas volume fraction. As expected, the deviation of the Coriolis mixture density ρ mix-coriolis , which is represented by squares, is proportional to the gas volume fraction . The deviation of the liquid density ρ liquidGVF from the actual liquid density, as determined according to the invention, with X symbols, on the other hand, is less than 10 kg, irrespective of the gas volume fraction .

6 zeigt schließlich mit X-Symbolen den erfindungsgemäß ermittelten Gasvolumenanteil als Funktion des tatsächlichen Gasvolumenanteils. Zudem ist ein Referenzwert für den Gasvolumenanteil mit Dreiecken dargestellt. Es zeigt sich, dass der erfindungsgemäß ermittelte Gasvolumenanteil weitgehend dem tatsächlichen Verlauf entspricht, tendenziell aber etwas zu niedrig ist. Hier kann im Bedarfsfall ein zusätzlicher, insbesondere konstanter Korrekturfaktor eingeführt werden, der beispielsweise für ein bestimmtes Flüssigkeits-Gas-System experimentell zu ermitteln ist. 6 Finally, X-symbols show the gas volume fraction determined according to the invention as a function of the actual gas volume fraction. In addition, a reference value for the gas volume fraction is shown with triangles. It turns out that the gas volume fraction determined according to the invention largely corresponds to the actual course, but tends to be too low. Here, if necessary, an additional, in particular constant correction factor can be introduced, which can be determined experimentally, for example, for a specific liquid-gas system.

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  • DE 1020015122661 [0003] DE 1020015122661 [0003]
  • DE 102016005547 [0003] DE 102016005547 [0003]
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Claims (8)

Verfahren zum Bestimmen des Gasvolumenanteils eines mit Gas beladenen flüssigen Mediums mittels eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp welcher mindestens einen Oszillator mit mindestens einem schwingfähigen Messrohr aufweist, in dem das Medium geführt wird, wobei der Oszillator Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln der Werte von medienabhängigen Eigenfrequenzen f1, f2 von zwei der Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen; Ermitteln eines Drucks des Mediums, in dem mindestens einen Messrohr des Oszillators; Ermitteln zweier vorläufiger Dichtewerte ρ1 und ρ2 auf Basis von f1 und f2, Ermitteln der aktuellen Schallgeschwindigkeit c des Mediums anhand von ρ1, ρ2, f1 und f2, Ermitteln des Gasvolumenanteils α auf Basis der aktuellen Schallgeschwindigkeit c, des Drucks und eines Dichtemesswerts welcher von mindestens einem der vorläufigen Dichtemesswerte abhängt.Method for determining the gas volume fraction of a gas-laden liquid medium by means of a vibration-type transducer having at least one oscillator with at least one oscillatable measuring tube in which the medium is guided, said oscillator having bending modes having different natural frequencies, said method comprising the following steps Determining the values of media-dependent eigenfrequencies f 1 , f 2 of two of the flexural vibration modes having different natural frequencies; Determining a pressure of the medium in which at least one measuring tube of the oscillator; Determining two preliminary density values ρ 1 and ρ 2 on the basis of f 1 and f 2 , determining the current sound velocity c of the medium on the basis of ρ 1 , ρ 2 , f 1 and f 2 , determining the gas volume fraction α on the basis of the current sound velocity c, the pressure and a density reading which depends on at least one of the preliminary density readings. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Adiabatenkoeffizient für das in dem Medium enthaltene Gas Gasmischung eingeht.The method of claim 1, wherein in the determination of the gas volume fraction α further adiabatic coefficient for the gas gas mixture contained in the medium is received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: Ermitteln eines Werts für die Dichte der flüssigen Phase des Mediums, auf Basis des Gasvolumenanteils α und mindestens eines Dichtemesswerts, welcher von mindestens einem der vorläufigen Dichtemesswerte abhängt.The method of any one of the preceding claims, further comprising: Determining a value for the density of the liquid phase of the medium, based on the gas volume fraction α and at least one density reading, which depends on at least one of the preliminary density readings. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: Ermitteln eines für den Resonatoreffekt korrigierten Coriolismischungsdichtewerts des Mediums auf Basis mindestens eines vorläufigen Dichtemesswerts, einer zugehörigen Eigenfrequenz und der Schallgeschwindigkeit.The method of any one of the preceding claims, further comprising: Determining a resonator corrected Coriolis mixture density value of the medium based on at least a preliminary density reading, an associated natural frequency and the speed of sound. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zum Ermitteln des Gasvolumenanteils α der korrigierte Coriolismischungsdichtewert verwendet wird.The method of claim 4, wherein the corrected Coriolis mix density value is used to determine the gas volume fraction α. Verfahren nach Anspruch 3 und 4 und/oder 5, wobei zum Ermitteln eines Werts für die flüssige Phase des Mediums der korrigierte Coriolismischungsdichtewert verwendet wird.The method of claims 3 and 4 and / or 5, wherein the corrected Coriolis mix density value is used to determine a value for the liquid phase of the medium. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden ermittelten Eigenfrequenzen f1, f2 die Eigenfrequenz f1 eines ersten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmodes und die Eigenfrequenz eines zweiten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmodes f3 umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the two determined natural frequencies f 1 , f 2 include the natural frequency f 1 of a first mirror-symmetrical bending mode and the natural frequency of a second mirror-symmetrical bending mode f 3 . Verfahren nach Anspruch, wobei zum Ermitteln des Gasvolumenanteils α ein vorläufiger Wert mit einem für ein Flüssigkeits-Gas-System charakteristischen, insbesondere konstanten Korrekturfaktor multipliziert wird.A method according to claim, wherein for determining the gas volume fraction α a preliminary value is multiplied by a characteristic of a liquid-gas system, in particular constant correction factor.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017131267A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for determining a gas volume fraction of a gas-laden medium
DE102018128249A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-14 Endress+Hauser Flowtec Ag Method and device for continuously determining the degree of impact of a gas-laden medium flowing in a pipeline
WO2020099140A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Endress+Hauser Flowtec Ag Method and device for continuously determining the degree of splash of a medium, which is loaded with gas and flows in a pipeline
WO2020221534A1 (en) * 2019-04-30 2020-11-05 Endress+Hauser Flowtec Ag Measuring device and method for characterizing a non-homogeneous, flowable medium
WO2020244855A1 (en) 2019-06-05 2020-12-10 Endress+Hauser Flowtec Ag Measuring device for determining the density, the mass flow and/or the viscosity of a gas-charged liquid, processing system having such a measuring device, and method for monitoring a gas-charged liquid
DE102019117101A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-31 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a loaded liquid
WO2021086401A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Micro Motion, Inc. Enhanced supercritical fluid measurement with vibratory sensors
WO2021121961A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-24 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for characterizing the gas load of a medium, and density meter therefor
DE102021133150A1 (en) 2021-12-14 2023-06-15 Endress + Hauser Flowtec Ag contraption
US11940309B2 (en) 2020-05-15 2024-03-26 Expro Meters, Inc. Method for determining a fluid flow parameter within a vibrating tube

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090013799A1 (en) * 2003-07-15 2009-01-15 Cidra Corporation Apparatus And Method For Augmenting A Coriolis Meter
EP2026042A1 (en) * 2005-12-27 2009-02-18 Endress+Hauser Flowtec AG In-line measuring devices and method for compensating measurement errors in in-line measuring devices
US20100198531A1 (en) * 2007-07-30 2010-08-05 Micro Motion, Inc Flow meter system and method for measuring flow characteristics of a three phase flow
US20110036179A1 (en) * 2008-05-01 2011-02-17 Micro Motion, Inc. Very high frequency vibratory flow meter
DE102015122661A1 (en) 2015-12-23 2017-06-29 Endress + Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a gas-laden liquid
DE102016005547A1 (en) 2016-05-09 2017-11-09 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a gas-laden liquid
DE102016112002A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Endress + Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a compressible medium with a vibration-type sensor and sensor for carrying out such a method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090013799A1 (en) * 2003-07-15 2009-01-15 Cidra Corporation Apparatus And Method For Augmenting A Coriolis Meter
EP2026042A1 (en) * 2005-12-27 2009-02-18 Endress+Hauser Flowtec AG In-line measuring devices and method for compensating measurement errors in in-line measuring devices
US20100198531A1 (en) * 2007-07-30 2010-08-05 Micro Motion, Inc Flow meter system and method for measuring flow characteristics of a three phase flow
US20110036179A1 (en) * 2008-05-01 2011-02-17 Micro Motion, Inc. Very high frequency vibratory flow meter
DE102015122661A1 (en) 2015-12-23 2017-06-29 Endress + Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a gas-laden liquid
DE102016005547A1 (en) 2016-05-09 2017-11-09 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a gas-laden liquid
DE102016112002A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Endress + Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a compressible medium with a vibration-type sensor and sensor for carrying out such a method

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017131267A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for determining a gas volume fraction of a gas-laden medium
DE102018128249A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-14 Endress+Hauser Flowtec Ag Method and device for continuously determining the degree of impact of a gas-laden medium flowing in a pipeline
WO2020099140A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Endress+Hauser Flowtec Ag Method and device for continuously determining the degree of splash of a medium, which is loaded with gas and flows in a pipeline
WO2020221534A1 (en) * 2019-04-30 2020-11-05 Endress+Hauser Flowtec Ag Measuring device and method for characterizing a non-homogeneous, flowable medium
WO2020244855A1 (en) 2019-06-05 2020-12-10 Endress+Hauser Flowtec Ag Measuring device for determining the density, the mass flow and/or the viscosity of a gas-charged liquid, processing system having such a measuring device, and method for monitoring a gas-charged liquid
DE102019117101A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-31 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for determining a physical parameter of a loaded liquid
WO2021086401A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Micro Motion, Inc. Enhanced supercritical fluid measurement with vibratory sensors
JP2023500266A (en) * 2019-11-01 2023-01-05 マイクロ モーション インコーポレイテッド Improved Supercritical Fluid Measurement Using Vibrating Sensors
AU2019471608B2 (en) * 2019-11-01 2023-09-07 Micro Motion, Inc. Enhanced supercritical fluid measurement with vibratory sensors
WO2021121961A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-24 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for characterizing the gas load of a medium, and density meter therefor
US11940309B2 (en) 2020-05-15 2024-03-26 Expro Meters, Inc. Method for determining a fluid flow parameter within a vibrating tube
DE102021133150A1 (en) 2021-12-14 2023-06-15 Endress + Hauser Flowtec Ag contraption

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