DE102017131267A1 - Method for determining a gas volume fraction of a gas-laden medium - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Gasvolumenanteils α eines Mediums, welches eine mit Gas beladenen Flüssigkeit umfasst, 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 f, fvon zwei der Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen;Ermitteln eines Drucks p des Mediums;Ermitteln zweier vorläufiger Dichtewerte ρund ρauf Basis von fund f,Ermitteln der aktuellen Schallgeschwindigkeit cdes Mediums anhand von ρ, ρ, fund f,Ermitteln eines Mischungsdichtewerts ρauf Basis mindestens eines der vorläufigen Dichtewerte, der zugehörigen Eigenfrequenz und der Schallgeschwindigkeit,Ermitteln des Gasvolumenanteils α auf Basis der aktuellen Schallgeschwindigkeit c, des Drucks p und des Mischungsdichtewerts ρ.The invention discloses a method for determining a gas volume fraction α of a medium which comprises a liquid laden with gas, by means of a vibration sensor, which has at least one oscillator with at least one oscillatable measuring tube, in which the medium is guided, wherein the oscillator Bieschwungungsmoden with different Owning frequencies, the method comprising the steps of: determining the values of media-dependent natural frequencies f, f of two of the flexural vibration modes having different natural frequencies; determining a pressure p of the medium; determining two preliminary density values ρ and ρ based on f f, determining the current sound velocity cdes On the basis of at least one of the preliminary density values, the associated natural frequency and the sound velocity, determining the gas volume fraction α on the basis of the actual The speed of sound c, the pressure p and the mixture density value ρ.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Gasvolumenanteils einer mit Gas beladenen 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 medium by means of a vibration-type transducer, which comprises 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 Korrekturen 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, corrections 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 Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen DE 10 20015.122661.8 , DE 10 2016 005 547.2 und DE 10 2016 112002.2 .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 patent applications with the file reference DE 10 20015.122661.8 . DE 10 2016 005 547.2 and DE 10 2016 112002.2 ,

Damit lassen sich hinreichend genaue Werte für die Mischungsdichte und den Mischungsmassedurchfluss bestimmen. Damit ist jedoch ein Wert für die Dichte der flüssigen Phase in der gasbeladenen Mischung noch nicht gewonnen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung eines solchen Dichtemesswerts für die flüssige Phase bereitzustellen.This allows sufficiently accurate values for the mixture density and the mixture mass flow to be determined. However, a value for the density of the liquid phase in the gas-laden mixture is not yet obtained. It is the object of the present invention to provide a method for determining such a density reading for the liquid phase.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.The object is achieved by the method according to the independent claim. 1

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bestimmen eines 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 fa, fb von zwei der Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen;
  • Ermitteln eines Drucks p des Mediums;
  • Ermitteln zweier vorläufiger Dichtewerte ρa und ρb auf Basis von fa und fb,
  • Ermitteln der aktuellen Schallgeschwindigkeit cmix des Mediums anhand von ρa, ρb, fa und fb,
  • Ermitteln eines Mischungsdichtewerts ρmix auf Basis mindestens eines der vorläufigen Dichtewerte, der zugehörigen Eigenfrequenz und der Schallgeschwindigkeit,
  • Ermitteln des Gasvolumenanteils α auf Basis der aktuellen Schallgeschwindigkeit c, des Drucks und des Mischungsdichtewerts.
The inventive method is used to determine a 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 Biegeschwingungsmoden having different natural frequencies, the method following steps include:
  • Determining the values of media-dependent eigenfrequencies f a , f b of two of the flexural vibration modes having different natural frequencies;
  • Determining a pressure p of the medium;
  • Determining two preliminary density values ρ a and ρ b on the basis of f a and f b ,
  • Determining the current speed of sound c mix of the medium on the basis of ρ a , ρ b , f a and f b ,
  • Determining a mixture density value ρ mix on the basis of at least one of the preliminary density values, the associated natural frequency and the speed of sound,
  • Determining the gas volume fraction α on the basis of the current sound velocity c, the pressure and the mixture density value.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin das Ermitteln eines Werts für die Dichte ρl der flüssigen Phase als Funktion des Gasvolumenanteils α und des Mischungsdichtewerts ρmix.In a further development of the invention, the method further comprises determining a value for the density ρ l of the liquid phase as a function of the gas volume fraction α and the mixture density value ρ mix .

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

In einer Weiterbildung der Erfindung geht in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Wert, insbesondere ein Referenzwert, für die Schallgeschwindigkeit cg des in der Flüssigkeit enthaltenen Gases eingeht.In a further development of the invention, a value, in particular a reference value, for the speed of sound c g of the gas contained in the fluid continues to be determined in the determination of the gas volume fraction α.

In einer Weiterbildung der Erfindung geht in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Wert, insbesondere ein Referenzwert, für die Schallgeschwindigkeit des in der reinen Flüssigkeit cl ohne Gasbeladung ein.In a further development of the invention, a value, in particular a reference value, for the speed of sound in the pure liquid c 1 without gas loading continues to be determined in the determination of the gas volume fraction α.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des Gasvolumenanteils α gemäß: α = 1 c m i x 2 1 c l 2 1 c g 2 2 c l 2 + ρ m i x γ p

Figure DE102017131267A1_0001
In a further development of the invention, the determination of the gas volume fraction α takes place according to: α = 1 c m i x 2 - 1 c l 2 1 c G 2 - 2 c l 2 + ρ m i x γ p
Figure DE102017131267A1_0001

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des Gasvolumenanteils α gemäß: α = γ p c m i x 2 ρ m i x

Figure DE102017131267A1_0002
In a further development of the invention, the determination of the gas volume fraction α takes place according to: α = γ p c m i x 2 ρ m i x
Figure DE102017131267A1_0002

In einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die beiden ermittelten Eigenfrequenzen fa, fb die Eigenfrequenz f1 der ersten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmode und die Eigenfrequenz der zweiten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmode f3.In a development of the invention, the two determined natural frequencies f a , f b include the natural frequency f 1 of the first mirror-symmetrical bending mode and the natural frequency of the second mirror-symmetrical bending mode f 3 .

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. 1 : A flow chart of an embodiment of the method according to the invention.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahren 100 zum Bestimmen des Gasvolumenanteils α 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 α of a gas-laden liquid begins in one step 110 with the determination of the natural frequencies of the f 1 bending mode and the f 3 bending mode of a Coriolis mass flowmeter. For this purpose, the f 1 bending mode and the f 3 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: ρ i = c 0 i + c 1 i 1 f i 2 + c 2 i 1 f i 4 ,

Figure DE102017131267A1_0003
wobei c01, 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: ρ i = c 0 i + c 1 i 1 f i 2 + c 2 i 1 f i 4 .
Figure DE102017131267A1_0003
where c 01 , c 1i , and c 2i are mode dependent coefficients.

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

Anschließend wird in einem Schritt 140 mittels der Schallgeschwindigkeit cmix ein Mischungsdichtewert ρmix für die mit Gas beladene Flüssigkeit ermittelt.Subsequently, in one step 140 By means of the speed of sound c mix, a mixture density value ρ mix for the gas-laden liquid is determined.

Unter Zuhilfenahme eines aktuellen Druckmesswerts p für die mit Gas beladene Flüssigkeit, deren Schallgeschwindigkeit cmix und des Mischungsdichtewert ρmix, wird in einem Schritt 150 der Gasvolumenanteil α bestimmt.With the aid of a current pressure reading p for the gas-laden liquid, its speed of sound c mix and the mixture density value ρ mix , in one step 150 the gas volume fraction α determined.

Die Kenntnis des Gasvolumentanteil α und des Mischungsdichtewerts ρmix, ermöglicht schließlich im Schritt 160 die Bestimmung eines Werts für die Dichte ρl der flüssigen Phase.The knowledge of the gas volume fraction α and the mixture density value ρ mix , finally allows in step 160 the determination of a value for the density ρ l of the liquid phase.

Zum Bestimmen eines Korrekturterms zum Berechnen eines korrekten Mischungsdichtewertes erfolgt zunächst das Berechnen des Verhältnisses V der vorläufigen Dichtewerte, also beispielsweise die Division der vorläufigen Dichtewerte ρ1 und ρ3 zu V:= ρ1 / ρ3.To determine a correction term for calculating a correct mixture density value, the ratio V of the preliminary density values is first of all calculated, that is, for example, the division of the preliminary density values ρ 1 and ρ 3 into V: = ρ 1 / ρ 3 .

Anschließend wird ein Wert der Schallgeschwindigkeit c bestimmt, welcher mit den gemessenen Eigenfrequenzen f1 und f3 der Biegeschwingungsmoden in der folgenden Gleichung zu dem beobachteten Verhältnis V der vorläufigen Dichtewerte führt: ( 1 + r ( g c m i x f 1 ) 2 b ) ( 1 + r ( g c m i x f 3 ) 2 b ) = V

Figure DE102017131267A1_0004
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 cmix, welcher die obige Gleichung erfüllt, ist der gesuchte Wert für die Schallgeschwindigkeit der mit Gas beladenen Flüssigkeit.Subsequently, a value of the sound velocity c is determined, which with the measured natural frequencies f 1 and f 3 of the bending vibration modes in the following equation leads to the observed ratio V of the preliminary density values: ( 1 + r ( G c m i x f 1 ) 2 - b ) ( 1 + r ( G c m i x f 3 ) 2 - b ) = V
Figure DE102017131267A1_0004
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 speed of sound c mix , which satisfies the above equation, is the sought value for the speed of sound of the gas laden liquid.

Anhand des ermittelten Schallgeschwindigkeitswerts kann dann ein modenspezifischer Korrekturterm Ki für den Resonatoreffekt berechnet gemäß: K i : = ( 1 + r ( g c f i ) 2 1 )

Figure DE102017131267A1_0005
On the basis of the determined sound velocity value, a mode-specific correction term Ki for the resonator effect can then be calculated according to: K i : = ( 1 + r ( G c f i ) 2 - 1 )
Figure DE102017131267A1_0005

Ein Mischungsdichtewert ρmix, kann schließlich berechnet werden als: ρ m i x = ρ i K i

Figure DE102017131267A1_0006
A mixture density value ρ mix can finally be calculated as: ρ m i x = ρ i K i
Figure DE102017131267A1_0006

Ein entsprechender Coriolis-Massedurchflusskorrekturterm K zur Berechnung eines für den Einfluss des Resonatoreffekts korrigierten Mischungsdurchflussmesswert ṁmix kann in Schritt 134 berechnet werden als: K m ˙ : = ( 1 + 2 r ( g c f 1 ) 2 1 )

Figure DE102017131267A1_0007
A corresponding Coriolis mass flow correction term K for calculating a mixing flow measured value ṁ mix corrected for the influence of the resonator effect can be determined in step 134 calculated as: K m ˙ : = ( 1 + 2 r ( G c f 1 ) 2 - 1 )
Figure DE102017131267A1_0007

Der für den Einfluss des Resonatoreffekts korrigierte Mischungsdurchflussmesswerts ṁmix ergibt sich dann als: m ˙ m i x = m ˙ K m ˙

Figure DE102017131267A1_0008
The mixture flow measurement value ṁ mix corrected for the influence of the resonator effect is then given as: m ˙ m i x = m ˙ K m ˙
Figure DE102017131267A1_0008

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.

Der korrigierte Mischungsdichtewert ρmix für die Dichte ist zufriedenstellend, sofern es nur auf die Mischung ankommt. Wenn die Dichte der flüssigen Phase zu bestimmen ist, sind weitere Schritte erforderlich.The corrected density density value ρ mix for the density is satisfactory, if only the mixture is important. If the density of the liquid phase is to be determined, then further steps are required.

Zwischen der Schallgeschwindigkeit cmix einer mit Gas beladenen Flüssigkeit und weiteren Paramtern besteht nach Sorokin der folgende Zusammenhang: c m i x = [ α c g 2 + ( 1 α ) 2 c l 2 + α ( 1 α ) ρ l γ p ] 1 2

Figure DE102017131267A1_0009
According to Sorokin, the following relationship exists between the speed of sound c mix of a gas-laden liquid and other parameters: c m i x = [ α c G 2 + ( 1 - α ) 2 c l 2 + α ( 1 - α ) ρ l γ p ] - 1 2
Figure DE102017131267A1_0009

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.

Der Mischungsdichtewert ρmix ist mit der Dichte der flüssigen Phase ρl und der Gasdichte über den Gasvolumenanteil α verknüpft durch: ρ m i x = ρ l ( 1 α ) + ρ g α

Figure DE102017131267A1_0010
The mixture density value ρ mix is linked to the density of the liquid phase ρ l and the gas density via the gas volume fraction α by: ρ m i x = ρ l ( 1 - α ) + ρ G α
Figure DE102017131267A1_0010

Da die Flüssigkeitsdichte wesentlich größer ist als die Gasdichte und da der Gasvolumenanteil meist im einstelligen Prozentbereich liegt, gilt die folgende Näherung: ρ m i x ρ l ( 1 α )

Figure DE102017131267A1_0011
Since the liquid density is much larger than the gas density and since the gas volume fraction is usually in the single-digit percentage range, the following approximation applies: ρ m i x ρ l ( 1 - α )
Figure DE102017131267A1_0011

Damit kann Gleichung (1) umgeschrieben werden als: c m i x = [ α c g 2 + ( 1 α ) 2 c l 2 + α ρ m i x γ p ] 1 2

Figure DE102017131267A1_0012
Thus, equation (1) can be rewritten as: c m i x = [ α c G 2 + ( 1 - α ) 2 c l 2 + α ρ m i x γ p ] - 1 2
Figure DE102017131267A1_0012

Durch Vernachlässigen quadratischer Terme in α erhält man: c m i x = [ α c g 2 + 1 2 α c l 2 + α ρ m i x γ p ] 1 2

Figure DE102017131267A1_0013
Neglecting quadratic terms in α yields: c m i x = [ α c G 2 + 1 - 2 α c l 2 + α ρ m i x γ p ] - 1 2
Figure DE102017131267A1_0013

Durch Auflösen von Gleichung 10 nach α ist ein Ausdruck zur Berechnung des Gasvolumenanteils gefunden: α = 1 c m i x 2 1 c l 2 1 c g 2 2 c l 2 + ρ m i x γ P ( 11 )

Figure DE102017131267A1_0014
By solving equation 10 for α, an expression for calculating the gas volume fraction is found: α = 1 c m i x 2 - 1 c l 2 1 c G 2 - 2 c l 2 + ρ m i x γ P ( 11 )
Figure DE102017131267A1_0014

Hier gehen als variable Messgrößen lediglich der Mischungsdichtewert ρmix, aus Gleichung 3 der bei der Bestimmung der Mischungsdichte anliegende Druck p und die Schallgeschwindigkeit der mir Gas beladenen FlüssigkeitIn this case, only the mixture density value ρ mix goes from variable equation 3, the pressure applied during the determination of the mixture density p and the speed of sound of the liquid loaded with gas

Unter Vernachlässigung der Terme mit (1/cl)2 und (1/cg)2, was für Druckwerte bis zu einigen Bar gerechtfertigt ist, erhält man einen Wert für den Gasvolumenanteil α mit einer relativen Genauigkeit im unteren einstelligen Prozentbereich: α = γ p c m i x 2 ρ m i x ( 12 )

Figure DE102017131267A1_0015
Neglecting the terms with (1 / c l ) 2 and (1 / c g ) 2 , which is justified for pressure values up to a few bar, one obtains a value for the gas volume fraction α with a relative accuracy in the lower single-digit percentage range: α = γ p c m i x 2 ρ m i x ( 12 )
Figure DE102017131267A1_0015

Durch Umstellen von Gleichung 8 und Verwendung des Gasvolumenanteil α aus Gleichung 12 oder Gleichung 11 erhält man damit den gesuchten Wert für die Dichte der flüssigen Phase: ρ l = ρ m i x ( 1 α ) ,

Figure DE102017131267A1_0016
By switching from Equation 8 and using the gas volume fraction α from Equation 12 or Equation 11, one thus obtains the desired value for the density of the liquid phase: ρ l = ρ m i x ( 1 - α ) .
Figure DE102017131267A1_0016

Da der Gasvolumenanteil α in vielen Anwendungsfällen Absolutwerte im einstelligen Prozentbereich aufweist, ergibt sich durch Verwendung des Werts des Gasvolumenanteils α aus Gleichung 12 für die Dichte ρl der flüssigen Phase eine relative Messgenauigkeit im Bereich von besser als 0,1%.Since the gas volume fraction α has absolute values in the single-digit percentage range in many applications, by using the value of the gas volume fraction α from Equation 12 for the density ρ l of the liquid phase a relative measurement accuracy in the range of better than 0.1% results.

Für genauere Werte ist der Gasvolumenanteil α aus Gleichung 11 zu verwenden. Selbst ungefähre Referenzwerte für die Schallgeschwindigkeiten cl und cg in der reinen flüssigen Phase bzw. der reinen Gasphase können die Genauigkeit noch erheblich bei der Bestimmung des Gasvolumenanteils α noch leicht um mindestens eine Größenordnung steigern, wenn Gleichung 11 verwendet wird. Entsprechend genauer ist dann auch der Wert für die Dichte ρl der flüssigen Phase gemäß Gleichung 13.For more accurate values, the gas volume fraction α from Equation 11 should be used. Even approximate reference values for the sound velocities c l and c g in the pure liquid phase and the pure gas phase, respectively, can still increase the accuracy significantly in the determination of the gas volume fraction α by at least an order of magnitude if Equation 11 is used. The value for the density ρ 1 of the liquid phase according to Equation 13 is correspondingly more accurate.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102016005547 [0003]DE 102016005547 [0003]
  • DE 102016112002 [0003]DE 102016112002 [0003]

Claims (8)

Verfahren zum Bestimmen eines 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 fa, fb von zwei der Biegeschwingungsmoden mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen; Ermitteln eines Drucks p des Mediums; Ermitteln zweier vorläufiger Dichtewerte ρa und ρb auf Basis von fa und fb, Ermitteln der aktuellen Schallgeschwindigkeit cmix des Mediums anhand von ρa, ρb, fa und fb, Ermitteln eines Mischungsdichtewerts ρmix auf Basis mindestens eines der vorläufigen Dichtewerte, der zugehörigen Eigenfrequenz und der Schallgeschwindigkeit, Ermitteln des Gasvolumenanteils α auf Basis der aktuellen Schallgeschwindigkeit c, des Drucks und des Mischungsdichtewerts.Method for determining a gas volume fraction α of a gas-laden liquid 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 method comprising the following steps Determining the values of media-dependent natural frequencies f a , f b of two of the bending modes with different natural frequencies; Determining a pressure p of the medium; Determining two preliminary density values ρ a and ρ b on the basis of f a and f b , determining the current sound velocity c mix of the medium on the basis of ρ a , ρ b , f a and f b , determining a mixture density value ρ mix on the basis of at least one of provisional density values, the associated natural frequency and the sound velocity, determining the gas volume fraction α on the basis of the current sound velocity c, the pressure and the mixture density value. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Ermitteln eines Werts für die Dichte ρl der flüssigen Phase als Funktion des Gasvolumenanteils α und des Mischungsdichtewerts ρmix.Method according to Claim 1 , further comprising: determining a value for the density ρ l of the liquid phase as a function of the gas volume fraction α and the mixture density value ρ mix . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Adiabatenkoeffizient γ für das in dem Medium enthaltene Gas eingeht.Method according to one of the preceding claims, wherein in the determination of the gas volume fraction α further adiabatic coefficient γ for the gas contained in the medium is received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Wert, insbesondere ein Referenzwert, für die Schallgeschwindigkeit cg des in der Flüssigkeit enthaltenen Gases eingeht.Method according to one of the preceding claims, wherein in the determination of the gas volume fraction α further includes a value, in particular a reference value, for the speed of sound c g of the gas contained in the liquid. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Ermittlung des Gasvolumenanteils α weiterhin ein Wert, insbesondere ein Referenzwert, für die Schallgeschwindigkeit des in der reinen Flüssigkeit cl ohne Gasbeladung eingeht.Method according to one of the preceding claims, wherein in the determination of the gas volume fraction α continues to receive a value, in particular a reference value for the speed of sound in the pure liquid c l without gas loading. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung des Gasvolumenanteils α erfolgt gemäß: α = 1 c m i x 2 1 c l 2 1 c g 2 2 c l 2 + ρ m i x γ p
Figure DE102017131267A1_0017
Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the gas volume fraction α is carried out according to: α = 1 c m i x 2 - 1 c l 2 1 c G 2 - 2 c l 2 + ρ m i x γ p
Figure DE102017131267A1_0017
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ermittlung des Gasvolumenanteils α erfolgt gemäß: α = γ p c m i x 2 ρ m i x
Figure DE102017131267A1_0018
Method according to one of Claims 1 to 5 , wherein the determination of the gas volume fraction α is carried out according to: α = γ p c m i x 2 ρ m i x
Figure DE102017131267A1_0018
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden ermittelten Eigenfrequenzen fa, fb die Eigenfrequenz f1 des ersten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmodes und die Eigenfrequenz des zweiten spiegelsymmetrischen Biegeschwingungsmodes f3 umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the two determined natural frequencies f a , f b include the natural frequency f 1 of the first mirror-symmetrical Bieschwwingungsmodes and the natural frequency of the second mirror-symmetrical Bieschwwingungsmodes f 3 .
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