CN101151516B - 用于确定气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例，提供用于确定流过流量计(5)的气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备(20)。该仪表电子设备(20)包括从流量计(5)接收第一传感器信号和第二传感器信号的接口(201)以及与该接口(201)通信的处理系统(203)。该处理系统(203)被配置成：从接口(201)接收第一传感器信号和第二传感器信号，使用该第一传感器信号和第二传感器信号来确定气体流物质的基本瞬时流动流密度，将基本瞬时流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，其中所述预定气体密度表示气体流物质的气体流份额，所述预定液体密度表示液体流份额。

Description

用于确定气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备和方法

技术领域

本发明涉及用于确定流过流量计的气体流物质(material)中的液体流份额(fraction)的仪表电子设备和方法。 

背景技术

正如在1985年1月1日颁发给J.E.Smith等人的美国专利No.4,491,025和1982年2月11日颁发给J.E.Smith的Re.31，450中所公开的，已知的是使用科里奥利质量流量计来测量流过管线的物质的质量流量和其他信息。这些流量计具有不同结构的一个或多个流管。每个管道结构可以被看作具有一组固有振动模式，所述固有振动模式例如包括单纯弯曲、扭转、径向和耦合模式。在一个典型的科里奥利质量流量测量应用中，当物质流过管道时，以一种或多种振动模式对管道结构进行激励，并且在沿该管道隔开的各个点处测量该管道的运动。 

物质填充系统的振动模式由流管以及流管内的物质的组合质量来部分地限定。物质从流量计的入口侧上连接的管线流入该流量计。然后，物质被引导穿过所述一个流管或多个流管，并且离开该流量计至在出口侧上连接的管线。 

驱动器对流管施加力。该力使流管振荡。当没有物质流过流量计时，沿流管的所有点以相同的相位振荡。当物质开始流过流管时，科里奥利加速度引起沿流管的各个点相对于沿该流管的其他点具有不同的相位。在流管的入口侧的相位滞后于驱动器，而在出口侧的相位超前于驱动器。将传感器放置在流管上的不同点处以产生正弦信号，所述正弦信号表示在不同点处流管的运动。两个传感器信号之间的相位差与流过所述一个流管或多个流管的物质的质量流速成比例。在一种现有技术的方法中，使用离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)来确定传感器信号之间的相位差。使用流管组件的相位差和振动频率响应来获得质量流速。 

在一种现有技术的方法中，使用独立的基准信号来确定拾取 (pickoff)信号频率，例如通过使用发送给振动驱动器系统的频率。在另一种现有技术的方法中，由拾取传感器所生成的振动响应频率可以通过使该频率在陷波滤波器中居中而被确定，其中现有技术的流量计试图使陷波滤波器的陷波保持在拾取传感器频率处。这种现有技术的技术在静止状态下工作相当良好，其中流量计中的流动物质是均匀的，并且其中所得到的拾取信号频率相对较稳定。然而，当流动物质不均匀时，现有技术的相位测量就会受到影响，例如在流动物质包括含有夹带的液体的气体流物质的两相流中。在这种情况下，现有技术确定的频率会快速波动。在快速和大的频率转变的条件期间，拾取信号有可能移动到滤波器带宽的外部，从而生成不正确的相位和频率测量。这在空-满-空定量中也是一个问题，其中在交替的空和满状态中重复操作流量计。而且，如果传感器的频率快速移动，则解调过程将不能跟上实际或测量的频率，从而引起以不正确的频率解调。应当理解，如果所确定的频率是不正确的或不准确的，则随后导出的密度、体积流速等的值也将是不正确的和不准确的。此外，在随后的流动特性确定中可能结合该误差。 

在现有技术中，为了实施陷波滤波器，可以对拾取信号进行数字化和数字化操作。陷波滤波器仅仅接受窄带频率。因此，当目标频率改变时，陷波滤波器可能不能跟踪目标信号一段时间。典型地，数字陷波滤波器实现方式采用1-2秒来跟踪波动的目标信号。由于现有技术为了确定频率所需的时间，因此结果不但是频率和相位确定包含误差，而且是误差测量包含这样一个时间间隔，所述时间间隔超过误差和/或两相流动实际发生期间的时间间隔。 

结果是，在流量计中流动物质的两相流动期间，现有技术的流量计不能准确、快速或令人满意地跟踪或确定拾取传感器频率。因此，对相位的确定同样是缓慢且易出错的，因为现有技术使用所确定的拾取频率来导出相位差。因此，在相位确定中结合了在频率确定中的任何误差。结果是在频率确定和相位确定中增加了误差，从而在确定质量流速时导致误差增加。另外，因为使用所确定的频率值来确定密度值(密度近似等于频率的平方分之一)，所以频率确定中的误差被重复或结合在密度确定中。这对于体积流速的确定也适用，其中体积流速等于质量流速除以密度。 

如上所述的振动流管设备的一个应用是测量气体流物质的质量流速。一个典型的应用是测量来自井的气体产量，例如天然气。然而，来自井的气体通常不以纯净状态存在，而是包含不同数量的杂质，例如水。因此，气体流物质可能包含气体和液体或液体颗粒的混合物。这种两相流使得产量测量变得困难。另外，在天然气生产中，气体可以通过分离器，该分离器使用乙二醇(或其他干燥液体)来从气体流物质中除去水。然而，这种干燥过程可能导致一些干燥液体变得被夹带在气体流物质中。这被称为液体流份额，其中气体流物质包含一些液体或液体颗粒。对包含液体流份额的气体流物质的测量是有问题的。 

一种对包含液体流份额的气体流进行测量的现有技术的方法是测量平均密度。现有技术可以确定密度何时已经脱离基本上纯净的气体流，并且在气体流中夹带可检测到的数量的液体时忽略密度信息。可选择地，现有技术可以使平均流量密度与已知值相关，以便获得平均气体流份额的数量。 

然而，这种现有技术的方法具有缺陷。平均气体质量流速在很多设置中不是高度准确的，例如其中液体流份额的数量正在波动。 

发明内容

通过提供用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备和方法，解决了上面和其他问题，并且实现了在现有技术中的进步。 

根据本发明的一个实施例，提供用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备。该仪表电子设备包括从该流量计接收第一传感器信号和第二传感器信号的接口以及与该接口通信的处理系统。该处理系统被配置成：从接口接收第一传感器信号和第二传感器信号，根据第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，使用该频率响应来确定气体流物质的基本瞬时流动流密度，将基本瞬时流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，所述预定气体密度表示没有液体流份额的纯气体的密度，所述预定液体密度表示纯液体的液体密度。 

根据本发明的一个实施例，提供用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备。该仪表电子设备包括从该流量计接收第一传感器信号和第二传感器信号的接口以及与该接口通信的处理系统。该处理系统被配置成：从接口接收第一传感器信号和第二传感器信号，从第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，使用该频率响应来确定气体流物质的流动流密度，并且根据该流动流密度来确定液体流份额。 

根据本发明的一个实施例，提供一种用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法。该方法包括：从流量计接收第一传感器信号和第二传感器信号，根据第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，使用该频率响应来确定气体流物质的基本瞬时流动流密度，将基本瞬时流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，所述预定气体密度表示没有液体流份额的纯气体的密度，所述预定液体密度表示纯液体的液体密度。 

根据本发明的一个实施例，提供一种用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法。该方法包括：从流量计接收第一传感器信号和第二传感器信号，从第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，使用该频率响应来确定气体流物质的流动流密度，以及根据流动流密度来确定液体流份额。 

发明的多个方面

在仪表电子设备的一个方面中，所述处理系统进一步被配置成确定气体流份额。 

在仪表电子设备的另一个方面中，所述处理系统进一步被配置成：从第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，以及使用该频率响应来确定基本瞬时流动流密度。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述处理系统进一步被配置成：通过对该频率响应进行平方以生成平方的频率响应，并对平方的频率响应求倒数以生成流动流密度，从而确定流动流密度。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述处理系统进一步被配置 成：从第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，对该频率响应进行平方以生成平方的频率响应，并对平方的频率响应求倒数以生成气体流物质的基本瞬时流动流密度。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述处理系统进一步被配置成：将液体流份额与预定液体份额阈值进行比较，并且如果液体流份额超过预定液体份额阈值，就设置报警条件。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述处理系统进一步被配置成：根据该第一传感器信号和从该第一传感器信号生成的90度相移来确定气体流物质的流动流密度，将该流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，所述预定气体密度表示气体流物质的气体流份额，所述预定液体密度表示液体流份额。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述比较进一步包括：将基本瞬时流动流密度与驱动增益以及与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，所述预定气体密度表示气体流物质的气体流份额，所述预定液体密度表示液体流份额。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述确定液体流份额进一步包括：根据流动流密度和驱动增益来确定液体流份额。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述流量计包括科里奥利流量计。 

在仪表电子设备的又一个方面中，所述流量计包括振动密度计。 

在所述方法的一个方面中，所述方法进一步包括确定气体流份额。 

在所述方法的另一个方面中，所述方法进一步包括：从第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，以及根据该频率响应来确定基本瞬时流动流密度。 

在所述方法的又一个方面中，所述方法进一步包括：对该频率响应进行平方以生成平方的频率响应，以及对平方的频率响应求倒数以生成基本瞬时流动流密度。 

在所述方法的又一个方面中，所述方法进一步包括：将液体流份额与预定液体份额阈值进行比较，并且如果液体流份额超过预定液体 份额阈值，就设置报警条件。 

在所述方法的又一个方面中，确定液体流份额进一步包括：将流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，其中所述预定气体密度表示气体流物质的气体流份额，所述预定液体密度表示液体流份额。 

在所述方法的又一个方面中，确定液体流份额进一步包括：根据流动流密度和驱动增益来确定液体流份额。 

在所述方法的又一个方面中，所述比较进一步包括：将基本瞬时流动流密度与驱动增益以及与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，所述预定气体密度表示气体流物质的气体流份额，所述预定液体密度表示液体流份额。 

附图说明

在所有的附图上，相同的附图标记表示相同的元件。 

图1说明在本发明的一个例子中的科里奥利流量计； 

图2示出根据本发明的一个实施例的仪表电子设备。 

图3是根据本发明的一个实施例的对流量计中的传感器信号进行处理的方法的流程图。 

图4示出根据本发明的一个实施例的仪表电子设备。 

图5是根据本发明的一个实施例的对流量计中的第一和第二传感器信号进行处理的方法的流程图。 

图6是根据本发明的一个实施例的处理系统的一部分的框图。 

图7示出根据本发明的一个实施例的希尔伯特变换框的细节。 

图8和图9是根据本发明的一个实施例的分析框中的两个独立分支的框图。 

图10是在正常条件下流量计的拾取传感器信号的功率谱密度曲线。 

图11示出根据单相移实施例的希尔伯特变换框。 

图12示出用于单相移实施例的分析框。 

图13示出与现有技术相比的本发明的传感器处理，其中每个的时差(Δt)值被比较。 

图14示出根据本发明另一实施例的仪表电子设备。 

图15是根据本发明的一个实施例的用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法的流程图。 

图16是天然气密度与乙二醇百分比(即液体流份额)的关系的图表。 

图17是根据本发明的一个实施例的用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法的流程图。 

具体实施方式

图1-图17和下面的说明描述了特定的例子，以教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳方式。出于教导发明原理的目的，一些常规方面已被简化或省略。本领域技术人员将会认识到根据这些例子的落在本发明的范围内的各种变化。本领域技术人员将会认识到，以下描述的特征可以以各种方式被组合以形成本发明的多个变化。因此，本发明不限于以下描述的特定例子，而是仅由权利要求书及其等同物来限定。 

图1示出科里奥利流量计5，该科里奥利流量计5包括仪表组件10和仪表电子设备20。仪表组件10对处理物质的质量流速和密度进行响应。仪表电子设备20经由导线100被连接至仪表组件10，以便在通路26上提供密度、质量流速和温度信息、以及与本发明不相关的其他信息。对科里奥利流量计结构进行了描述，尽管对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以被实践作为振动管密度计而不具有由科里奥利质量流量计所提供的附加测量能力。 

仪表组件10包括一对歧管150和150′、带有法兰颈110和110′的法兰103和103′、一对平行流管130和130′、驱动机构180、温度传感器190和一对速度传感器170L和170R。流管130和130′具有两个基本上直的入口腿131、131′和出口腿134、134′，它们朝着彼此会聚在流管安装块120和120′处。流管130和130′沿其长度在两个对称位置处弯曲，并且在其整个长度上基本上平行。撑杆140、140′用来限定轴W、W′，各个流管围绕所述轴W、W′振荡。 

流管130和130′的侧腿131、131′和134、134′被牢固地连接到流管安装块120和120′，并且这些块又被牢固地连接到歧管150和150′。这提供了穿过科里奥利仪表组件10的连续闭合物质通路。 

当具有孔102、102′的法兰103、103′经由入口端104和出口端104′被连接到处理管线(未示出)中时，其中所述处理管线运送正在被测量的处理物质，则穿过法兰103中的管口101，仪表的物质进入端104通过歧管150连通至具有表面121的流管安装块120。在歧管150内，物质通过流管130和130′被分配和传送。一旦离开流管130和130′，处理物质就在歧管150′内被重新组合成单流，并且此后被传送至出口端104′，所述出口端104′通过具有螺栓孔102′的法兰103′被连接至处理管线(未示出)。 

对流管130和130′进行选择，并将其适当地安装至流管安装块120、120′，以便具有分别围绕弯曲轴W-W和W′-W′的基本上相同的质量分布、惯性矩和杨氏模量。这些弯曲轴穿过撑杆140和140′。因为流管的杨氏模量随温度改变，并且这一改变影响了对流量和密度的计算，所以电阻温度检测器(RTD)190被安装至流管130′，以便连续测量流管的温度。流管的温度以及因此由于经过其的给定电流而在RTD上出现的电压被经过流管的物质的温度所控制。以众所周知的方法通过仪表电子设备20来使用依赖于温度的RTD上出现的电压，以便补偿由于流管温度的任何改变而导致的流管130和130′的弹性模量的变化。RTD通过导线195被连接至仪表电子设备20。 

流管130和130′都由驱动器180在围绕它们各自弯曲轴W和W′的相反方向上、并且以所谓的流量计的第一异相弯曲模式来驱动。这种驱动机构180可包括许多众所周知结构中的任何一种，例如安装至流管130′的磁体和安装至流管130的相对线圈，并且通过其使交变电流通过以用于振动这两个流管。合适的驱动信号由仪表电子设备20经由导线185被施加给驱动机构180。 

仪表电子设备20接收导线195上的RTD温度信号以及分别出现在导线165L和165R上的左速度信号和右速度信号。仪表电子设备20对驱动元件180和振动管130、130′产生出现在导线185上的驱动信号。仪表电子设备20处理左速度信号和右速度信号以及RTD信号，以便计算经过仪表组件10的物质的质量流速和密度。这个信息连同其他信息一起由仪表电子设备20经由通路26施加给利用装置29。 

图2示出根据本发明的一个实施例的仪表电子设备20。仪表电子设备20可包括接口201和处理系统203。仪表电子设备20从仪表组 件10接收第一和第二传感器信号，例如拾取/速度传感器信号。该仪表电子设备20可以作为质量流量计操作或可以作为密度计操作，其中包括作为科里奥利流量计操作。该仪表电子设备20处理第一和第二传感器信号，以便获得流过仪表组件10的流动物质的流动特性。例如，仪表电子设备20可以根据传感器信号例如确定相位差、频率、时差(Δt)、密度、质量流速和体积流速中的一个或多个。另外，根据本发明可以确定其他流动特性。以下讨论所述确定。 

相位差确定和频率确定比现有技术中这样的确定快得多，并且更精确和更可靠。在一个实施例中，相位差确定和频率确定从仅仅一个传感器信号的相移中被直接导出，而无需任何频率基准信号。这有利地减少了为了计算流动特性而所需的处理时间。在另一个实施例中，相位差从两个传感器信号的相移中被导出，而频率从仅仅一个相移信号中被导出。这增加了两个流动特性的精确度，并且与现有技术相比，二者可以被更快地确定。 

现有技术的频率确定方法典型地采用1-2秒来执行。相比之下，根据本发明的频率确定可以在小至50毫秒(ms)中被执行。根据处理系统的类型和结构、振动响应的采样率、滤波器尺寸、抽取速率等，可以设想甚至更快的频率确定。以50ms的频率确定速率，根据本发明的仪表电子设备20可以比现有技术快大约40倍。 

接口201从速度传感器170L和170R之一经由图1中的导线100接收传感器信号。接口201可以执行任何必须或期望的信号调节，例如格式化、放大、缓冲等的任何方式。可选择地，一些或全部信号调节可以在处理系统203中被执行。 

另外，接口201能够实现在仪表电子设备20和外部设备之间的通信。接口201能够实现电子、光学或无线通信中的任何方式。 

在一个实施例中，接口201与数字转换器202耦合，其中传感器信号包括模拟传感器信号。该数字转换器202对模拟传感器信号进行采样和数字化，并且生成数字传感器信号。数字转换器202还可以执行任何所需的抽取，其中数字传感器信号被抽取以便减少所需的信号处理量和减少处理时间。以下将更详细地讨论所述抽取。 

处理系统203指导仪表电子设备20的操作，并且处理来自流量计组件10的流量测量。处理系统203执行一种或多种处理程序，从 而处理流量测量，以便生成一个或多个流动特性。 

处理系统203可以包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路或某一其他通用或定制处理设备。处理系统203可以被分布在多个处理设备中。处理系统203可以包括任何方式的集成或独立的电子存储介质，例如存储系统204。 

处理系统203处理传感器信号210，以便根据传感器信号210确定一个或多个流动特性。所述一个或多个流动特性可以包括例如用于流动物质的相位差、频率、时差(Δt)、质量流速和/或密度。 

在所示的实施例中，处理系统203根据两个传感器信号210、211和单个传感器信号相移213确定流动特性。根据两个传感器信号210、211和单个相移213，处理系统203可以至少确定相位差和频率。结果，第一或第二相移传感器信号(例如上游或下游拾取信号之一)可以由根据本发明的处理系统203来处理，以便确定用于流动物质的相位差、频率、时差(Δt)和/或质量流速。 

存储系统204可以存储流量计参数和数据、软件程序、常量值和变量值。在一个实施例中，存储系统204包括由处理系统203所执行的程序。在一个实施例中，存储系统204存储相移程序212、相位差程序215、频率程序216、时差(Δt)程序217和流动特性程序218。 

在一个实施例中，存储系统204存储被用来操作诸如科里奥利流量计5之类的流量计的变量。在一个实施例中，存储系统204存储诸如第一传感器信号210和第二传感器信号211之类的变量，它们从速度/拾取传感器170L和170R中被接收。另外，存储系统204可以存储生成的90度相移213，以便确定流动特性。 

在一个实施例中，存储系统204存储从流量测量中获得的一个或多个流动特性。在一个实施例中，存储系统204存储流动特性，例如相位差220、频率221、时差(Δt)222、质量流速223、密度224和体积流速225，所有的都根据传感器信号210来确定。 

相移程序212对输入信号即对传感器信号210执行90度相移。在一个实施例中，相移程序212实施希耳伯特变换(在下面讨论)。 

相位差程序215使用单个90度相移213确定相位差。为了计算相位差，还可以使用附加信息。在一个实施例中，根据第一传感器信号210、第二传感器信号211和90度相移213来计算相位差。所确定 的相位差可以被存储在存储系统204的相位差220中。相比于现有技术，在根据90度相移213确定时可以更快地计算和获得相位差。在具有高流速或发生多相流动的流量计应用中，这可提供临界差。另外，可以独立于任何一个传感器信号210或211的频率来确定该相位差。而且，因为独立于频率来确定相位差，所以相位差中的误差分量没有包含频率确定中的误差分量，即在相位差测量中没有结合误差。因此，相位差误差相比于现有技术的相位差被减小。 

频率程序216根据90度相移213来确定频率(例如由第一传感器信号210或第二传感器信号211所展现的)。所确定的频率可以被存储在存储系统204的频率221中。相比于现有技术，在根据单个90度相移213确定时可以更快地计算和获得该频率。在具有高流速或发生多相流动的流量计应用中，这可提供临界差。 

时差(Δt)程序217确定第一传感器信号210与第二传感器信号211之间的时差(Δt)。可将该时差(Δt)存储在存储系统204的时差(Δt)222中。该时差(Δt)基本上包括所确定的相位除以所确定的频率，并且因此被用来确定质量流速。 

流动特性程序218可以确定一个或多个流动特性。流动特性程序218可以使用所确定的相位差220和所确定的频率221，例如为了完成这些附加流动特性。应当理解，可能需要附加信息来用于这些确定，例如质量流速或密度。流动特性程序218可以根据时差(Δt)222并且因此根据相位差220和频率221来确定质量流速。用于确定质量流速的公式在Titlow等人的美国专利No.5,027,662中被给出，并且被结合于此以作参考。质量流速与仪表组件10中流动物质的质量流相关。同样，流动特性程序218还可以确定密度224和/或体积流速225。所确定的质量流速、密度和体积流速可以分别被存储在存储系统204的质量流速223、密度224和体积225中。另外，通过仪表电子设备20可以将流动特性传送至外部设备。 

图3是根据本发明的一个实施例的对流量计中的传感器信号进行处理的方法的流程图300。在步骤301中，接收第一和第二传感器信号。第一传感器信号可以包括上游或下游拾取传感器信号。 

在步骤302中，可以调节传感器信号。在一个实施例中，该调节可以包括除去噪声和不需要的信号的滤波。在一个实施例中，该滤波 可以包括以流量计的预期基频为中心的带通滤波。另外，可以执行其他调节操作，例如放大、缓冲等。如果传感器信号包括模拟信号，则该步骤可进一步包括为了生成数字传感器信号而执行的采样、数字化和抽取中的任何方式。 

在步骤303中，生成单个90度相移。该90度相移包括该传感器信号的90度相移。可以通过相移机构或操作的任何方式来执行该90度相移。在一个实施例中，使用希尔伯特变换、对数字传感器信号进行操作来执行该90度相移。 

在步骤304中，使用该单个90度相移对相位差进行计算。为了对相位差进行计算，也可以使用附加信息。在一个实施例中，根据第一传感器信号、第二传感器信号和单个90度相移来确定相位差。相位差包括响应信号即拾取传感器中的相位差，这是由于该振动仪表组件10中的科里奥利效应而看到的。 

在计算中不需要任何频率值的情况下确定所得到的相位差。相比于使用频率计算的相位差，可以更快地获得所得到的相位差。该所得到的相位差比使用频率计算的相位差具有更高的精确度。 

在步骤305中，计算频率。根据90度相移有利地计算根据本发明的频率。在一个实施例中，该频率使用了90度相移以及从其导出该90度相移的对应的传感器信号。该频率是第一传感器信号和第二传感器信号之一的振动响应频率(两个传感器信号的频率在操作中基本上相同)。该频率包括所述一个流管或多个流管对由驱动器180所生成的振动的振动频率响应。 

因此，在不需要任何独立的频率基准信号的情况下获得所导出的频率。在操作中根据单个90度相移获得频率，这比现有技术中的快得多。所得到的频率比在现有技术中所计算的频率具有更高的精确度。 

在步骤306中，计算流动物质的质量流速。根据在步骤304和305中进行计算所得到的相位差和所得到的频率来计算质量流速。另外，质量流速计算可以根据相位差和频率来计算时差(Δt)，该时差(Δt)最终被用来计算质量流速。 

在步骤307中，可以可选地确定密度。该密度可以作为流动特性之一被确定，并且例如可以根据频率来确定。 

在步骤308中，可以可选地确定体积流速。该体积流速可以作为流动特性之一被确定，并且例如可以根据质量流速和密度来确定。 

图4示出根据本发明的一个实施例的仪表电子设备20。与图2一样的元件共用相同的附图标记。 

本实施例中的仪表电子设备20包括第一传感器信号210和第二传感器信号211。处理系统203处理第一(数字)传感器信号210和第二(数字)传感器信号211，以便根据所述信号来确定一个或多个流动特性。如前所述，一个或多个流动特性可以包括用于流动物质的相位差、频率、时差(Δt)、质量流速、密度和/或体积流速。 

在所示的实施例中，处理系统203仅仅根据这两个传感器信号210和211来确定流动特性，而不需要任何外部频率测量和外部频率基准信号。处理系统203可以根据这两个传感器信号210和211至少确定相位差和频率。 

如前所述，存储系统204存储相移程序212、相位差程序215、频率程序216、时差(Δt)程序217和流动特性程序218。存储系统204存储第一传感器信号210和第二传感器信号211。存储系统204还存储从传感器信号生成的第一90度相移213和第二90度相移，以便确定流动特性。如前所述，存储系统204存储相位差220、频率221、时差(Δt)222、质量流速223、密度224和体积流速225。 

相移程序212对输入信号执行90度相移，其中包括针对第一传感器信号210和第二传感器信号211。在一个实施例中，相移程序212实施希尔伯特变换(在下面论述)。 

相位差程序215使用第一90度相移213和第二90度相移214来确定相位差。为了计算相位差，也可以使用附加信息。在一个实施例中，根据第一传感器信号210、第二传感器信号211、第一90度相移212和第二90度相移213来计算相位差。所确定的相位差可以被存储在存储系统204的相位差220中，如前所述。相位差在使用第一和第二90度相移被确定时可以比现有技术中更快地被计算和获得。这可在具有高流速或多相流动发生处的流量计应用中提供临界差。另外，可以独立于传感器信号210和211的频率来确定相位差。而且，因为独立于频率来确定相位差，所以相位差中的误差分量不受频率确定中的误差分量的影响，即在相位差测量中没有结合误差。因此，相位差 误差相比于现有技术的相位差被减小。 

频率程序216根据第一90度相移213和第二90度相移214确定频率(例如由第一传感器信号210或第二传感器信号211所展现的)。所确定的频率可以被存储在存储系统204的频率221中，如前所述。该频率在根据第一和第二90相移被确定时可以比现有技术中的更快地被计算和获得。这可在具有高流速或多相流动发生的流量计应用中提供临界差。 

时差(Δt)程序217确定第一传感器信号210与第二传感器信号211之间的时差(Δt)。该时差(Δt)可以被存储在存储系统204的时差(Δt)222中，如前所述。该时差(Δt)基本上包括所确定的相位除以所确定的频率，并且因此被用来确定质量流速。 

流动特性程序218可以确定质量流速、密度和/或体积流速中的一个或多个，如前所述。 

图5是根据本发明的一个实施例的对流量计中的第一和第二传感器信号进行处理的方法的流程图500。在步骤501中，接收第一传感器信号。在一个实施例中，第一传感器信号包括上游或下游拾取传感器信号。 

在步骤502中，接收第二传感器信号。在一个实施例中，第二传感器信号包括下游或上游拾取传感器信号(即第一传感器信号的相对信号)。 

在步骤503中，传感器信号可以被调节。在一个实施例中，该调节可以包括除去噪声和不需要的信号的滤波。在一个实施例中，该滤波可以包括带通滤波，如前所述。另外，可以执行其它调节操作，例如放大、缓冲等。如果传感器信号包括模拟信号，则该步骤可以进一步包括为了生成数字传感器信号而执行的采样、数字化和抽取中的任何方式。 

在步骤504中，生成第一90度相移。该第一90度相移包括第一传感器信号的90度相移。该90度相移可以通过任何形式的机构或操作来执行。在一个实施例中，使用希尔伯特变换、对数字传感器信号进行操作来执行该90度相移。 

在步骤505中，生成第二90度相移。该第二90度相移包括第二传感器信号的90度相移。与在第一90度相移中一样，该90度相移 可以通过任何形式的机构或操作来执行。 

在步骤506中，使用第一90度相移和第二90度相移来计算第一传感器信号和第二传感器信号之间的相位差。为了计算相位差，还可以使用附加信息。在一个实施例中，根据第一传感器信号、第二传感器信号、第一90度相移和第二90度相移来确定相位差。该相位差包括响应信号即两个拾取传感器中的相位差，这是由于该振动仪表组件10中的科里奥利效应而看到的。 

在计算中不需要任何频率值的情况下确定所得到的相位差。该所得到的相位差相比于使用频率计算的相位差可以被更快地被获得。该所得到的相位差相比于使用频率计算的相位差具有更高的精确度。 

在步骤507中，计算频率。根据本发明的频率有利地根据第一90度相移和第二90度相移而被计算。在一个实施例中，该频率使用了90度相移和从其导出该90度相移的对应的传感器信号。该频率是第一传感器信号和第二传感器信号之一的振动响应频率(这两个传感器信号的频率在操作中基本上相同)。该频率包括所述一个流管或多个流管对由驱动器180所生成的振动的振动频率响应。 

因此，在不需要任何独立的频率基准信号的情况下获得导出的频率。在操作中根据90度相移来获得该频率，这比现有技术中的快得多。该所得到的频率比现有技术中计算的频率具有更高的精确度。 

在步骤508中，计算流动物质的质量流速。根据在步骤506和507中进行计算所得到的相位差和所得到的频率，计算该质量流速。另外，质量流速计算可以根据相位差和频率来计算时差(Δt)，该时差(Δt)最终被用来计算质量流速。 

在步骤509中，如前所述，可以可选地确定密度。 

在步骤510中，如前所述，可以可选地确定体积流速。 

图6是根据本发明的一个实施例的处理系统203的一部分的框图600。在该图中，各个框表示处理电路或处理动作/程序。框图600包括1级滤波框601、2级滤波框602、希尔伯特变换框603和分析框604。LPO和RPO输入包括左拾取信号输入和右拾取信号输入。该LPO或RPO可包括第一传感器信号。 

在一个实施例中，1级滤波框601和2级滤波框602包括数字有限冲激响应(FIR)多相抽取过滤器，其被实施在处理系统203中。 这些滤波器提供一种用于滤波和抽取一个或两个传感器信号的最佳方法，其中该滤波和抽取以相同时间顺序的时间和相同的抽取率来执行。可选择地，1级滤波框601和2级滤波框602可以包括无限冲激响应(IIR)滤波器或其它合适的数字滤波器或滤波过程。然而，应当理解，其它滤波过程和/或滤波实施例可以被设想，并且在本说明书和权利要求书的范围内。 

图7示出根据本发明的一个实施例的希尔伯特变换框603的细节。在所示的实施例中，希尔伯特变换框603包括LPO分支700和RPO分支710。该LPO分支700包括与LPO滤波框702并行的LPO延迟框701。同样，RPO分支包括与RPO滤波框712并行的RPO延迟框711。LPO延迟框701和RPO延迟框711引入采样延迟。因此，该LPO延迟框701和RPO延迟框711选择LPO和RPO数字信号采样，这些LPO和RPO数字信号采样在时间顺序上晚于由LPO滤波框702和RPO滤波框712所滤波的LPO和RPO数字信号采样。LPO滤波框702和RPO滤波框712对输入的数字信号采样执行90度相移。 

希尔伯特变换框603是提供相位测量的第一步。该希尔伯特变换框603接收经过滤波的、抽取的LPO和RPO信号，并且执行希尔伯特变换。该希尔伯特变换生成LPO和RPO信号的90度相移版本，即它生成原始的、同相(I)信号分量的正交(Q)分量。因此，希尔伯特变换框603的输出提供连同原始的、同相(I)信号分量LPO I和RPO I一起的新的正交(Q)分量LPO Q和RPO Q。 

对希尔伯特变换框603的输入可被表示为： 

LPO＝A_lpo cos(ωt)       (2) 

RPO＝A_rpo cos(ωt+φ)    (3) 

使用希尔伯特变换，输出变为：

LPO_hilbert＝A_LPo sin(ωt)     (4) 

RPO_hilbert＝A_rpo sin(ωt+φ)]  (5) 

将原始项与希尔伯特变换的输出合并，从而生成： 

LPO＝A_lpo[cos(ωt)+i sin(ωt)]＝A_lpo e^j(ωt)           (6) 

RPO＝A_rpo[cos(ωt+φ)+i sin(ωt+φ)]＝A_rpo e^j(ωt+φ)  (7) 

图8和图9是根据本发明的一个实施例的分析框604的两个独立分支的框图。分析框604是频率、差分相位和delta T(Δt)测量的末级。图8是包括第一分支的相位部分604a，其根据同相(I)和正交(Q)分量确定相位差。图9是频率部分604b，其根据单个传感器信号的同相(I)和正交(Q)分量确定频率。单个传感器信号可包括LPO信号(如所示)或者可选择地可以包括RPO信号。 

在图8的实施例中，分析框604的相位部分604a包括结合框801a和801b、共轭框802、复数相乘框803、滤波框804和相角框805。 

结合框801a和801b接收传感器信号的同相(I)和正交(Q)分量，并且传递它们。共轭框802对传感器信号(这里为LPO信号)执行复数共轭，并且形成虚信号的负数。复数相乘框803将RPO信号和LPO信号进行相乘，从而实施以下的等式(8)。滤波框804实施数字滤波，例如上述的FIR滤波。滤波框804可包括多相抽取滤波，该多相抽取滤波被用来从传感器信号的同相(I)和正交(Q)分量中除去谐波含量，以及抽取该信号。可以选择滤波系数来提供对输入信号的抽取，例如以因子10的抽取。相角框805根据LPO信号和RPO信号的同相(I)和正交(Q)分量确定相角。相角框805实施以下所示的等式(11)。 

图8中所示的相位部分604a实施下面的等式： 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{LPO}}\×\mathrm{RPO}=A_{\mathrm{lpo}}{e}^{-j\left(\mathrm{\ωt}\right)}\×A_{\mathrm{Rpo}}{e}^{j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}=A_{\mathrm{lpo}}\×A_{\mathrm{Rpo}}{e}^{j(-\mathrm{\ωt}+\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}---\left(8\right)$

其中 

是LPO的复共轭。假设： 

A_Rpo＝A_Lpo＝A    (9) 

则： 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{LPO}}\×\mathrm{RPO}=A^2{e}^{j\left(\mathrm{\φ}\right)}=A^2[\cos \left(\mathrm{\φ}\right)+i\sin \left(\mathrm{\φ}\right)]---\left(10\right)$

所得到的差分相角是： 

$\mathrm{\φ}{=\tan }^{-1}\left[\frac{\sin \left(\mathrm{\φ}\right)}{\cos \left(\mathrm{\φ}\right)}\right]---\left(11\right)$

图9是根据本发明的分析框604的频率部分604b的框图。频率部分604b可以对左拾取信号或右拾取信号(LPO或RPO)进行操作。在所示的实施例中的频率部分604b包括结合框901、复数共轭框902、采样框903、复数相乘框904、滤波框905、相角框906、常数框907和除法框908。 

如前所述，结合框901接收传感器信号的同相(I)和正交(Q)分量，并且传递它们。共轭框902对传感器信号(这里为LPO信号)执行复数共轭，并且形成虚信号的负数。延迟框903将采样延迟引入频率部分604b，因此选择在时间上时间顺序较早的数字信号采样。在复数相乘框904中，将这种较早的数字信号采样与当前数字信号相乘。该复数相乘框904将LPO信号和LPO共轭信号进行相乘，从而实施以下的等式(12)。滤波框905实施数字滤波，例如前述的FIR滤波。滤波框905可以包括多相抽取滤波器，该多相抽取滤波器被用来从传感器信号的同相(I)和正交(Q)分量中除去谐波含量，以及抽取该信号。可以选择滤波系数来提供对输入信号的抽取，例如以因子10的抽取。相角框906根据LPO信号的同相(I)和正交(Q)分量确定相角。相角框906实施以下的等式(13)的一部分。常数框907供给包括采样率Fs除以2π的因子，如等式(14)中所示。除法框908执行等式(14)的除法操作。 

频率部分604b实施下面的等式： 

${\stackrel{\‾}{\mathrm{LPO}}}_{(n-1)}\×{\mathrm{LPO}}_{\left(n\right)}=A_{\mathrm{lpo}}{e}^{-j\left({\mathrm{\ωt}}_{-1}\right)}\×A_{\mathrm{Lpo}}{e}^{j\left(\mathrm{\ωt}\right)}={{A^2}_{\mathrm{lpo}}e}^{j(\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\ωt}}_{-1})}---\left(12\right)$

因此，两个连续采样之间的角度为： 

$\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\ωt}}_{-1}={\tan }^{-1}\left[\frac{\sin (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\ωt}}_{-1})}{\cos (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\ωt}}_{-1})}\right]---\left(13\right)$

其为左拾取的角频率。转换成Hz： 

$f_{\mathrm{lpo}}=\frac{(\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\ωt}}_{-1})\×\mathrm{Fs}}{2\mathrm{\π}}---\left(14\right)$

其中“Fs”是希尔伯特变换框603的速率。在先前所述的例子中，“Fs”是大约2kHz。 

图10是在正常条件下流量计的拾取传感器信号的功率谱密度曲线。流量计的基频是该曲线图的最高尖峰，并且位于大约135Hz处。该图还在频谱中示出几个其他大尖峰(第一非基谐模是在大约1.5倍的基谐模频率的频率处的扭曲模)。这些尖峰包括流量计的谐波频率，并且还包括其他的、不希望有的传感器模式(即扭曲模、第二弯曲模等)。 

图11示出根据单相移实施例的可替换的希尔伯特变换框603′。在这个实施例中，希尔伯特变换框603′包括LPO分支1100和RPO分支1110。该LPO分支1100包括与滤波框702并行的延迟框701。在这个实施例中，RPO分支1110仅仅包括延迟框701。如前所述，延迟框701引入采样延迟。如前所述，滤波框702对输入的数字信号采样执行90度相移。应当理解，可选择地，希尔伯特变换框603′可能仅仅对RPO信号进行相移。 

这个处理实施例使用了仅仅一个传感器信号的希尔伯特变换/相移，以便导出频率和相位差(参见图2-图3)。这显著地减少了执行相位测量所需的计算量，并且显著地减少了获得质量流速所需的计算量。 

在这个实施例中，希尔伯特变换框603′的输出将提供左传感器信号或右传感器信号的正交(Q)分量，而不是二者的正交(Q)分量。在以下的例子中，LPO信号被移相。 

LPO＝A_lpo cos(ωt)     (26) 

RPO＝A_rpo cos(ωt+φ)  (27) 

使用希尔伯特变换，输出变为： 

LPO_hlibert＝A_lpo sin(ωt)    (28) 

RPO＝A_rpo cos(ωt+φ)         (29) 

将LPO原始项与希尔伯特变换的输出(即与90度相移)合并，从而生成： 

LPO＝A_lpo[cos(ωt)+i sin(ωt)]＝A_lpo e^j(ωt)    (30) 

而RPO保持相同： 

$\mathrm{RPO}=A_{\mathrm{rpo}}\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})=A_{\mathrm{rpo}}\left[\frac{e^{j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})+e^{-j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}}}{2}\right]---\left(31\right)$

图12示出用于单相移实施例的分析框604a′。在这个实施例中，分析框604a′包括一个结合框801、复数相乘框803、低通滤波框1201和相角框805。在这个实施例中，该分析框604a′实施以下等式： 

$\mathrm{LPO}\×\mathrm{RPO}=A_{\mathrm{lpo}}{e}^{-j\left(\mathrm{\ωt}\right)}\×A_{\mathrm{rpo}}\left[\frac{e^{j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}+e^{-j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}}{2}\right]=\frac{A_{\mathrm{lpo}}\×A_{\mathrm{Rpo}}}{2}[e^{j(-\mathrm{\ωt}+\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}+e^{j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})}]---\left(32\right)$

低通滤波框1201包括低通滤波器，该低通滤波器除去由复数相乘框803所生成的高频分量。该低通滤波框1201可以实施任何形式的低通滤波操作。乘法操作的结果生成两项。(-ωt+ωt+φ)项合并并且简化为只有相位φ项(DC结果)，因为(-ωt)和(ωt)项互相抵消。(ωt+ωt+φ)项简化为(2ωt+φ)项，频率为两倍。由于结果是2项的和，所以高频(2ωt+φ)项可以被除去。这里感兴趣的唯一信号是DC项。使用低通滤波器可以滤去高频(2ωt+φ)项。低通滤波器的截止可以位于零与2ω之间的任何地方。 

在滤波后，结果是： 

$\mathrm{LPO}\×\mathrm{RPO}=A^2{e}^{j\left(\mathrm{\φ}\right)}=\frac{A^2}{2}[\cos \left(\mathrm{\φ}\right)+i\sin \left(\mathrm{\φ}\right)]---\left(33\right)$

因此，差分相角是： 

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left[\frac{\sin \left(\mathrm{\φ}\right)}{\cos \left(\mathrm{\φ}\right)}\right]---\left(34\right)$

通过采用一个拾取信号而不是两个拾取信号的的希尔伯特变换，在科里奥利质量流量计中执行相位和频率估计所需的计算负荷被有利地减少。因此，使用两个传感器信号、但是仅仅使用一个90度相移，可以确定相位和频率。 

图13示出与现有技术相比的本发明的传感器处理，其中每个的时差(Δt)值被比较。该图示出包含气体流的流动物质(即例如气泡)。在这种条件下，由于相位和频率计算的速率，所以流动噪声在新算法中被大大减少。从该图中可以看出，通过本发明所得到的结果没有显示在现有技术的(Δt)测量中所反映的大的峰和谷。 

图14示出根据本发明的一个实施例的仪表电子设备20。如前所述，这个实施例的仪表电子设备20可以包括接口201、数字转换器202、处理系统203和存储系统204。应当理解，该图的仪表电子设备20可以包括各种其它部件和/或程序(例如前面所述的那些)。与其它实施例一样的部件和/或程序共用公共的附图标记。 

在操作中，该仪表电子设备20从流量计接收和处理第一传感器信号1405和第二传感器信号1406。第一传感器信号1405和第二传感器信号1406包括时变电子信号，所述时变电子信号通过仪表电子设备20基本上连续接收和处理，例如来自拾取传感器170L和170R的信号。仪表电子设备20可以处理第一传感器信号1405和第二传感器信号1406，以便获得频率响应1411，并且最终获得液体流份额1412。使用该液体流份额1412，则还可以容易地确定该气体流份额1413。 

处理系统203可被配置成：从接口201接收第一传感器信号1405和第二传感器信号1406，使用第一传感器信号1405和第二传感器信号1406确定气体流物质的流动流密度1408，将流动流密度1408与气体密度1409和液体密度1410中的至少一个进行比较，并且根据流动流密度1408以及气体密度1409和液体密度1410中的至少一个来确定液体流份额1412，所述气体密度1409表示气体流物质的气体流份额，所述液体密度1410表示液体流份额。在一些实施例中，将流动 流密度1408与气体密度1409和液体密度1410进行比较。另外，处理系统203可被配置成：从接口201接收第一传感器信号1405和第二传感器信号1406，根据第一传感器信号1405生成90度相移1407，使用该90度相移1407和第一传感器信号1405计算频率响应1411，使用频率响应1411确定气体流物质的流动流密度1408，并且根据流动流密度1408确定液体流份额1412。 

除了液体流份额和气体流份额之外，该仪表电子设备20可以处理第一传感器信号1405和第二传感器信号1406，以便获得一个或多个其它流动特性。所述一个或多个其它流动特性例如可以包括传感器信号之间的相位差或时间延迟、质量流速、体积流速等。其它流动特性可以被设想，并且在本说明书和权利要求书的范围内。 

气体流物质可包括任何气体或气体混合物。一种类型的气体流物质包括从井中得到的气体。例如，气体流物质可以包括天然气。然而，其它气体或气体混合物可以被设想，并且在本说明书和权利要求书的范围内。 

液体流份额可以包括在气体流物质中夹带的任何液体。液体流份额可以包括液体流、液体蒸气或液滴。例如，液体可以包括天然气体流中的水。可选择地，液体可以包括天然气体流中的乙二醇，例如来自干燥过程中的乙二醇遗留物。在另一替代方案中，液体可以包括气体流物质中的油，例如通过泵、调节器或其它流处理机构引入气体流物质中的油。然而，其它液体或液体组合物可以被设想，并且在本说明书和权利要求书的范围内。 

本实施例的仪表电子设备20可以存储和执行处理程序。在一个实施例中的处理程序包括密度程序1403、液体流份额程序1404、相移程序1402和频率响应程序1401。应当理解，处理系统203可以包括其它程序，例如前面所述的程序。 

仪表电子设备20可以包括变量和工作值。在一个实施例中，该变量和工作值包括第一传感器信号1405、第二传感器信号1406、90度相移1407、流动流密度1408、气体密度1409、液体密度1410、频率响应1411、液体流份额1412和可选气体流份额1413。应当理解，处理系统203可以对其它变量操作或者生成其它变量，例如前面所述的变量。 

仪表组件10的频率在液体流份额通过仪表组件10时将改变。与纯气体流相对比，当液体流份额增加时，频率将减少。这是由于存在液体流份额时密度增加。因此，流动流密度可被用来确定液体流份额。 

频率响应程序1401接收第一传感器信号1405和第二传感器信号1406。如前所述，第一传感器信号1405和第二传感器信号1406反映了一个或多个流管对施加在流动组件10上的驱动振动的响应。频率响应程序1401至少处理第一传感器信号1405以便计算频率响应1411。如前所述，第一传感器信号1405可以包括从任一拾取传感器接收的电子信号。频率响应1411固有地与穿过流量计的气体流物质的流动相关，因此随流量计中气体流物质的密度而变化。例如通过流量计的所夹带的液体将引起频率降低，因为流量计中的密度增加，并且因为振动响应临时受到流动物质的更多阻尼。如前所述，通过使用第一传感器信号1405和90度相移1407可以计算频率响应1411。因此，通过采用快速频率(和流动流密度确定)，仪表电子设备20可以确定液体流份额1412，并且可以基本上瞬时确定液体流份额1412。 

如前所述，相移程序1402处理第一传感器信号1405，以便对第一传感器信号1405进行相移，并且生成90度相移1407。通过频率响应程序1401可以执行相移程序1402。可选择地，相移程序1402可被集成到频率响应程序1401中。 

密度程序1403根据第一传感器信号1405和第二传感器信号1406确定流动流密度1408。在一个实施例中，密度程序1403在流动流密度确定中使用频率响应1411。流动流密度1408与气体流物质的密度相关，并且根据气体流物质中的液体流份额而变化。 

液体流份额程序1404使用流动流密度1408来生成液体流份额1412。液体流份额1412与气体流物质中液体的数量(或百分比)相关。以下结合图15讨论该确定。另外，液体流份额程序1404还可生成气体流份额1413，其中气体流份额1413与气体流物质中气体的数量/百分比相关。 

第一传感器信号1405和第二传感器信号1406存储从仪表组件10接收的振动响应。第一传感器信号1405和第二传感器信号1406可以包括从仪表组件10接收的模拟电信号的数字表示。第一传感器信号1405和第二传感器信号1406可以包括电信号的已采样部分。 

气体密度1409可以存储(已知)气体密度，该(已知)气体密度表示气体流物质的气体流份额(即没有液体流份额的纯气体的密度)。与已确定的流动流密度相比较地使用气体密度1409来确定液体流份额。该比较在下面结合图15来论述。 

液体密度1410可以存储预定液体密度，该预定液体密度表示纯液体的液体密度。该液体密度1409还可被用于与流动流密度进行比较，并且用于液体流份额确定。 

与现有技术相对比，频率在使用前面所述的相移方法被确定时可以被快速获得。此外，可以基本上瞬时确定该频率。该瞬时频率确定被有利地可用于其它确定中，例如根据本发明确定流动流密度和确定液体流份额。因为可以基本上瞬时确定该频率，所以可以快速且准确地确定用于气体流物质的液体流份额。 

应当理解，仪表电子设备20可以反复地接收和处理传感器信号。结果，仪表电子设备20可以连续且基本上瞬时确定气体流物质中的液体流份额。当各种程度的液体流份额经过流量计时，仪表电子设备20可以基本上连续地执行随时间的液体流份额确定过程。 

图15是根据本发明的一个实施例的用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法的流程图1500。在步骤1501中，如前所述，从仪表组件10中接收第一和第二传感器信号。 

在步骤1502中，如前所述，可以调节传感器信号。 

在步骤1503中，确定气体流物质的流动流密度。使用第一传感器信号和第二传感器信号确定该流动流密度。如果需要的话，在进行确定时，还可以使用其它流动特性、变量和/或常量。 

在步骤1504中，将流动流密度与气体密度和液体密度进行比较。该气体密度表示气体流动流中的气体流份额，以及液体密度表示液体流份额。在一个实施例中，两个密度是已知的并且被使用。在另一实施例中，这两个密度中仅有一个是已知的并且被使用。 

图16是天然气密度与乙二醇百分比(即液体流份额)的图表。该表表示用于比较的一组数据。然而，任何类型的数据结构都可以被使用，并且数据不必是以表格形式。该对角曲线表示用于气体对乙二醇的各种份额的气体流物质密度。从图表可以看出，整个气体流物质密度与液体流份额成比例。因此，至少使用所测量的气体流物质(即 全部)密度和已知气体密度，可以确定液体流份额。应当理解，数据查表可包括其它因素，例如压力和温度。应当理解，尽管该图表是用于天然气和乙二醇的，但是其它气体和液体也可被使用和确定。 

再次参考图15，在步骤1505中，确定液体流份额。液体流份额包括气体流物质中液体的数量或百分比。随后，液体流份额可被用于执行其它计算，例如气体质量流速和/或液体质量流速。可以根据流动流密度与至少已知的气体密度的比较来确定液体流份额。可选择地，该比较可包括流动流密度与已知的气体密度和已知的液体密度二者的比较。 

通过对流动流密度与已知的气体密度和已知的液体密度进行比较可以形成比值，该比值可被用于液体流份额确定。该比值包括： 

D_measured＝X(D_G)/D_L    (35) 

其中D_measured是根据传感器信号所确定的流动流密度，D_G是已知的气体密度，D_L是已知的液体密度，以及X是液体流份额。因此，液体流份额X可以被确定为： 

X＝D_measured(D_L)/D_G    (36) 

图17是根据本发明的一个实施例的用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法的流程图1700。在步骤1701中，如前所述，从仪表组件10中接收第一和第二传感器信号。 

在步骤1702中，如前所述，可以调节传感器信号。 

在步骤1703中，根据第一传感器信号生成90度相移。该90度相移可以如前所述一样被生成。尽管第一传感器信号作为例子被移相，但是应当理解，可以使用任一传感器信号。 

在步骤1704中，计算仪表组件10的频率响应。如前所述，使用90度相移和第一传感器信号可以计算频率响应。 

在步骤1705中，使用该频率响应确定该气体流物质的流动流密度。在一个实施例中，通过对频率响应进行平方并对平方的频率响应求倒数来确定流动流密度(因为密度＝1/f²)。应当理解，如果需要的话，在进行确定时还可以使用其它流动特性、变量和/或常量。 

在步骤1706中，确定液体流份额。如前所述，可以根据流动流密度与已知的气体密度的比较来确定液体流份额。 

如果期望的话，根据本发明的仪表电子设备和方法可以根据任一实施例被采用以便提供若干优点。本发明可以确定气体流物质中的液体流份额。本发明可以根据第一传感器信号和第二传感器信号确定液体流份额。本发明可以根据流动流密度确定液体流份额。本发明可以使用频率响应确定液体流份额。本发明可以使用第一传感器信号和该第一传感器信号的90度相移确定液体流份额。本发明还可连同液体流份额一起确定气体流份额。如果液体流份额超过液体份额阈值，本发明可以设置报警条件。 

Claims (22)

1.用于确定流过流量计(5)的气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备(20)，该仪表电子设备(20)包括：

接口(201)，用于从流量计(5)接收第一传感器信号和第二传感器信号；以及

处理系统(203)，其与接口(201)通信，并且被配置成：

从接口(201)接收第一传感器信号和第二传感器信号，根据第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，使用该频率响应来确定气体流物质的基本瞬时流动流密度，将基本瞬时流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，其中所述预定气体密度表示没有液体流份额的纯气体的密度，所述预定液体密度表示纯液体的液体密度。

2.权利要求1所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成确定气体流份额。

3.权利要求1所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成：根据第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，对该频率响应进行平方以生成平方的频率响应，并且对平方的频率响应求倒数以生成气体流物质的基本瞬时流动流密度。

4.权利要求1所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成：将液体流份额与预定液体份额阈值进行比较，并且如果液体流份额超过预定液体份额阈值，就设置报警条件。

5.权利要求1所述的仪表电子设备(20)，所述流量计(5)包括科里奥利流量计。

6.权利要求1所述的仪表电子设备(20)，所述流量计(5)包括振动密度计。

7.用于确定流过流量计(5)的气体流物质中的液体流份额的仪表电子设备(20)，该仪表电子设备(20)包括：

接口(201)，用于从流量计(5)接收第一传感器信号和第二传感器信号；以及

处理系统(203)，其与接口(201)通信，并且被配置成：从接口(201)接收第一传感器信号和第二传感器信号，根据第一传感器信号生成90度相移，使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应，使用该频率响应来确定气体流物质的流动流密度，并且根据该流动流密度来确定液体流份额。

8.权利要求7所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成确定气体流份额。

9.权利要求7所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成：通过对频率响应进行平方以生成平方的频率响应，并且对平方的频率响应求倒数以生成流动流密度，从而确定流动流密度。

10.权利要求7所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成：根据该第一传感器信号和从该第一传感器信号生成的90度相移来确定气体流物质的流动流密度，将该流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，并且根据该比较来确定液体流份额，其中所述预定气体密度表示没有液体流份额的纯气体的密度，所述预定液体密度表示纯液体的液体密度。

11.权利要求7所述的仪表电子设备(20)，所述处理系统(203)进一步被配置成：将液体流份额与预定液体份额阈值进行比较，并且如果液体流份额超过预定液体份额阈值，就设置报警条件。

12.权利要求7所述的仪表电子设备(20)，所述流量计(5)包括科里奥利流量计。

13.权利要求7所述的仪表电子设备(20)，所述流量计(5)包括振动密度计。

14.一种用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法，该方法包括：

从流量计接收第一传感器信号和第二传感器信号；

根据第一传感器信号生成90度相移；

使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应；

使用该频率响应来确定气体流物质的基本瞬时流动流密度；

将基本瞬时流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，其中所述预定气体密度表示没有液体流份额的纯气体的密度，所述预定液体密度表示纯液体的液体密度；并且

根据该比较来确定液体流份额。

15.权利要求14所述的方法，进一步包括确定气体流份额。

16.权利要求14所述的方法，所述根据该频率响应来确定基本瞬时流动流密度包括：

对该频率响应进行平方以生成平方的频率响应；并且

对平方的频率响应求倒数以生成基本瞬时流动流密度。

17.权利要求14所述的方法，进一步包括：

将液体流份额与预定液体份额阈值进行比较；并且

如果液体流份额超过预定液体份额阈值，就设置报警条件。

18.一种用于确定流过流量计的气体流物质中的液体流份额的方法，该方法包括：

从流量计接收第一传感器信号和第二传感器信号；

根据第一传感器信号生成90度相移；

使用该90度相移和第一传感器信号来计算频率响应；

使用该频率响应来确定气体流物质的流动流密度；并且

根据该流动流密度来确定液体流份额。

19.权利要求18所述的方法，进一步包括确定气体流份额。

20.权利要求18所述的方法，所述根据该频率响应来确定流动流密度包括：

对该频率响应进行平方以生成平方的频率响应；并且

对平方的频率响应求倒数以生成流动流密度。

21.权利要求18所述的方法，所述确定液体流份额进一步包括：

将流动流密度与预定气体密度和预定液体密度中的至少一个进行比较，其中所述预定气体密度表示没有液体流份额的纯气体的密度，所述预定液体密度表示纯液体的液体密度；并且

根据该比较来确定液体流份额。

22.权利要求18所述的方法，进一步包括：

将液体流份额与预定液体份额阈值进行比较；并且

如果液体流份额超过预定液体份额阈值，就设置报警条件。

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