CN109141553A - 用于确定多相介质的相的速度的流量传感器、方法和流量测量仪器 - Google Patents

用于确定多相介质的相的速度的流量传感器、方法和流量测量仪器 Download PDF

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Abstract

呈现和描述了用于流量测量仪器(1)的流量传感器(4)，其中流量测量仪器(1)构造用于确定多相介质(5)的相的速度(v 1,v 2)且其中流量传感器(4)具有传感器载体(10)且传感器载体(10)具有至少一个第一传感器复合结构(11)。本发明基于如下任务，说明一种流量传感器(4)，其实现多相介质(5)的相的速度的确定且可以较低耗费且相应地成本适宜地制造。该任务在流量传感器(4)的情形中通过以下方式来解决，即，至少第一传感器复合结构(11)具有第一介电常数传感器(13)用于确定多相介质(5)的第一介电常数、第二介电常数传感器(14)用于确定介质(5)的第二介电常数、密度传感器(15)用于确定介质(5)的密度、以及第一传感器轴线(12)，第一介电常数传感器(13)、第二介电常数传感器(14)和密度传感器(15)沿第一传感器轴线(12)布置在传感器载体(10)上且第一介电常数传感器(13)和第二介电常数传感器(14)以介电常数传感器间距(d)间隔开。

Description

用于确定多相介质的相的速度的流量传感器、方法和流量测 量仪器
技术领域
本发明首先涉及一种用于流量测量仪器的流量传感器。在此，流量传感器具有传感器载体且传感器载体具有至少一个第一传感器复合结构。另外，本发明涉及一种用于以流量传感器确定多相介质的相的速度的方法。此外，本发明也涉及一种带有传感器控制器、测量管和至少一个流量传感器的流量测量仪器。在此，流量测量仪器构造用于确定在测量管中的多相介质的相的速度。
背景技术
通常，流量测量仪器确定穿过测量管的介质的流量。流量可为介质的质量流量或体积流量。原则上，在应用介质的速度的情况下确定介质流动穿过测量管的速度。经常，介质不仅由唯一的相，而是由多个相组成，且于是称为多相介质。为了确定穿过测量管的多相介质的相的流量，必须相应地确定相流动穿过测量管的速度。为了确定多相介质的相的速度，流量测量仪器具有至少一个流量传感器。流量测量仪器的传感器控制器构造用于在流量测量仪器的运行中，即当多相介质流动穿过测量管时，以流量传感器实施用于确定多相介质的相的速度的方法。经常，传感器控制器此外构造用于确定穿过测量管的多相介质的相的流量的确定的速度。
从现有技术中已知不同的测量原则，以确定介质的速度，介质以该速度流动穿过测量管。不同的测量原则由带有不同的流量传感器的不同的流量测量仪器和不同的方法来实现。
例如，已知如下流量测量仪器，其根据机械测量原则工作。这样的测量原则例如由差压流量测量仪器来实现。在差压流量测量仪器的情形中，至少第一流量传感器构造为用于测量流动穿过测量管的介质的差压的测量的压力传感器。在应用由压力传感器测量的差压的情况下，介质的速度在测量管中确定。涡流流量测量仪器也实现机械的测量原则。在涡流流量测量仪器的情形中，至少第一流量传感器例如构造为压力传感器或应变测量器或压电转换器用于确定流动穿过测量管的介质的涡流频率。在应用由流量传感器测量的涡流频率的情况下，在测量管中确定介质的速度。
另外已知流量测量仪器，其根据声学测量原则工作。该流量测量仪器称为超声波流量测量仪器。在超声波流量测量仪器的情形中，至少第一流量传感器构造为超声波传感器。由超声波传感器将超声波信号发射到流动穿过测量管的介质中且接收该信号，且在应用发送的和接收的超声波信号的情况下，在测量管中确定介质的速度。
从现有技术已知的流量传感器和流量测量仪器具有不同的缺点。其制造经常是耗费的且相应地是昂贵的且/或其根据测量原则和方法工作，其仅允许单相介质速度的确定。
发明内容
本发明的任务因此是说明流量测量仪器的流量传感器，其实现多相介质的相的速度的确定且在其中至少减少了示出的缺点。
该任务在流量传感器的情形中通过专利权利要求1的特征来解决。根据本发明的流量传感器的至少第一传感器复合结构具有第一介电常数传感器用于确定多相介质的第一介电常数、第二介电常数传感器用于确定介质的第二介电常数、密度传感器用于确定介质的密度、和第一传感器轴线。另外，第一介电常数传感器、第二介电常数传感器和密度传感器沿着第一传感器轴线布置在传感器载体上，且第一介电常数传感器和第二介电常数传感器以空间上的介电常数传感器间距间隔开。
待确定的介电常数、即第一和第二介电常数为相对的介电常数。为了其确定，第一和第二介电常数传感器具有各一个灵敏区域。为了确定密度，密度传感器同样具有灵敏区域。至少，传感器的灵敏区域在流量传感器的区域中与多相介质的间接或直接接触，且直接响应于相应的测量参量、即介电常数或密度。
传感器载体是如下装置，在其上布置有至少一个传感器。组件是在传感器和传感器载体之间的机械固定连接，从而传感器固定在传感器载体上。传感器复合结构通常包括至少两个传感器，其中传感器复合结构的传感器一起测量必要的物理参量，以便确定多相介质的相的速度。由此，带有传感器复合结构的传感器载体通常具有至少两个传感器。
第一介电常数传感器、第二介电常数传感器和密度传感器沿第一传感器轴线布置。这意味着，传感器或者在左侧和右侧沿传感器轴线或优选地在传感器轴线上布置。当至少第一和第二介电常数传感器布置在传感器轴线上，介电常数传感器间距才是在传感器轴线上的两个传感器之间的间距。
根据本发明的流量传感器相对于从现有技术中已知的流量传感器的优点是，可确定多相介质的相的速度。此外，流量传感器的基本的构件、即传感器载体和传感器是成本适宜的，且流量传感器的制造相对于现有技术与较低的耗费相联系且相应地是成本适宜的。
本发明基于多个认知。
一个认知是，介质、例如多相介质在例如穿过测量管的流动时具有不同的流动结构。流动结构例如是从一个相到另一个相中的流动涡流或泡或各个相的分布。在研究流动结构的情形中识别出，多相流动介质中的分别两个相通过边界层彼此隔离。如果多相介质例如具有如下相，即水、油和气体，则例如由油和气体组成的泡以嵌入在水中的方式流动，其中相的速度彼此不同。在该示例中，例如边界层分隔由油构成的泡和水，且另一边界层分隔由气体构成的泡和水。
另一认知是，多相介质的相具有不同的介电常数和/或不同的密度。因此，水的介电常数为εr, Wasser = 80，油的介电常数为εr, Öl = 2,5，且气体的介电常数为εr, Gas = 1。水的密度为ρWasser = 1000 kg/m3，油的密度为ρÖl = 800 kg/m3，且气体的密度为ρ = 1 kg/m3。由此，来自所描述的示例的相可彼此通过确定介电常数和密度来区分。边界层因此彼此分隔不同介电常数和/或不同密度的区域。因此，流量传感器不仅具有介电常数传感器而且具有密度传感器。
另一认知是，介质的相(例如上述的泡)的速度可关联有边界层(例如泡的边界层)的速度。因此，流量传感器为了确定边界层的速度具有第一和第二介电常数传感器。
对于多相介质的流动结构的研究已经示出了，流动结构通常不小于0.5mm。在以流量传感器的尝试中已经示出了，当流量传感器的传感器的灵敏区域大于流动结构时，多相介质的相的速度的确定的准确性降低。因此，在根据本发明的流量传感器的一种设计方案中设置成，传感器的灵敏区域小于介质的最小流动结构，优选地小于0.5mm。
在另一设计方案中设置成，密度传感器布置在第一介电常数传感器和第二介电常数传感器之间。因为第一和第二介电常数传感器必须通过介电常数传感器间距间隔开，密度传感器在介电常数传感器之间的布置促使更紧凑的传感器复合结构，相比当密度传感器仅布置在介电常数传感器中的一个旁边时。紧凑的传感器复合结构促使，小流动结构促使传感器复合结构的准确性的更低的下降，相比当密度传感器未布置在介电常数传感器之间时。
在流量传感器的另一设计方案中设置成，传感器载体是电路板。优选地，电路板由FR-4构成。传感器载体的任务首先是传感器的布置，即第一和第二介电常数传感器和密度传感器的布置。因为传感器是电构件，其还必须电联接。所以有利的是，传感器载体不仅布置传感器，而且电气触点接通，从而它们电联接。两个供给电路板功率，因为电路板具有载体，在其上至少在一侧上施覆有铜层，从其中导体轨道例如可通过蚀刻制造。传感器的电器触点接通例如通过导体轨道和通孔实现。
介电常数传感器如第一和第二介电常数传感器是如下传感器，其确定介质的介电常数。介质的介电常数的确定也可经由介质的电容的确定实现，因此在另一设计方案中设置成，至少第一介电常数传感器构造为电容传感器。从确定的电容然后可确定介电常数。优选地，不仅第一而且第二介电常数传感器构造为电容传感器。
在前面的设计方案的一种改进方案中设置成，电容传感器具有第一电极和第二电极用于确定介质的电容。优选地，电极、即第一和第二电极构造为带有宽度b和长度l的矩性面。然后，提供电极的布置，在其中电极彼此平行地以间距a布置。这样的电容传感器的灵敏区域的面积A那么为A = (b+a+b)l。电容传感器到介质中的侵入深度T为：
因此，提供了，在传感器载体上布置有多个带有不同的介电常数传感器的侵入深度的传感器复合结构，从而可确定介质在不同的部位处的介电常数。
当传感器载体是电路板且至少第一介电常数传感器设计成带有第一和第二电极的电容传感器时，那么有利的是，至少第一电极构造为电路板的导体轨道。电极在此例如通过蚀刻制造。由此，介电常数传感器的电机和传感器的触点接通可一起制造。由此，该设计方案通过有效的和因此成本适宜的制造而出众。
当至少第一电极构造为电路板的导体轨道时，则在另一设计方案中设置成，至少导体轨道是钝化的。优选地，电路板的所有导体轨道钝化。钝化是必要的，因为导体轨道否则处于与介质的直接接触，由此其可被损坏。优选地，钝化通过不定形碳进行，其在英语中称为类金刚石碳(Diamand-like Carbon)且简写为DLC。
密度传感器可不同地构造。在流量传感器的一种设计方案中设置成，密度传感器构造为压电传感器。压电传感器具有压电材料。该材料将机械变形转化成电信号且将电信号转化成机械变形。作为压电材料提供锆钛酸铅(Blei-Zirkonat-Titanat)，其以PZT简称。压电传感器例如具有200 μm的直径和50 μm的厚度且例如通过传感器控制器以电信号激励机械振动且由传感器控制器测量频率。因为测量的频率取决于在压电传感器的灵敏区域处的介质的厚度，从测量的频率中可确定介质在传感器处的密度。
在上文的设计方案的一种改进方案中设置成，压电传感器构造为薄膜体声波谐振器。薄膜体声波谐振器以FBAR简称。优选地，FBAR在微机械氮化硅膜片上以压电薄膜和铝电极构建。FBAR适用于不仅气态的而且液态的介质，且实现了小尺寸和高灵敏度，从而也可确定在气体和液体的浓度中的小改变。
在流量传感器的另一设计方案中设置成，密度传感器是电容式微机械超声波转换器。电容式微机械超声波转换器相对于压电传感器作为密度传感器的优点是，其相比于压电传感器不具有高介电常数，高介电常数可损害介质的介电常数通过介电常数传感器的确定。
在另一设计方案中设置成，传感器载体具有凹部且密度传感器布置在该凹部中。当传感器载体是电路板且介电常数传感器构造为带有电极的电容传感器时，该设计方案尤其才为有利的，其中电极是导体轨道。在该设计方案中，传感器载体的表面基本上是平坦的，由此在传感器载体上流动的介质的流动不被影响。
在另一设计方案中设置成，传感器中的至少一个构造为微传感器。微传感器是传感器，其具有至少灵敏区域的结构，其大小处于微米范围中。
在另一设计方案中设置成，传感器载体除了带有第一传感器轴线的第一传感器复合结构以外也具有带有第二传感器轴线的第二传感器复合结构且第一传感器轴线和第二传感器轴线彼此不同。第一传感器轴线和第二传感器轴线如此彼此不同，使得第一传感器轴线和第二传感器轴线撑开平面。
本发明的另一任务是说明用于以根据本发明的流量传感器确定多相介质的相的速度的方法。
该任务通过带有权利要求15的特征的方法解决，在其中流量传感器浸入到流动的多相介质中。按照根据本发明的方法，以第一介电常数传感器确定第一介电常数曲线，以第二介电常数传感器确定第二介电常数曲线，且以密度传感器确定介质的密度曲线。另外，在将相关法应用到第一介电常数曲线、第二介电常数曲线和密度曲线上的情况下确定介质的相的速度。
通过如下方式确定介质的第一介电常数曲线，即，以第一介电常数传感器确定介质在时间上的第一介电常数。相应地，通过如下方式，确定第二介电常数曲线，即，以第二介电常数传感器确定介质在时间上的第二介电常数。类似地，通过如下方式确定介质的密度曲线，即，以密度传感器确定介质在时间上的密度。
在方法的一种设计方案中设置成，在相关法期间实施如下方法步骤。
在第一方法步骤中，探测在第一介电常数曲线中的介电常数改变且然后也探测在第二介电常数曲线中的介电常数改变。
在另一方法步骤中，确定在第一介电常数曲线中和在第二介电常数曲线中的介电常数改变之间的在时间上的介电常数改变间距，且在应用介电常数改变间距和介电常数传感器间距的情况下确定介电常数改变的速度。
在另一方法步骤中，在应用密度曲线和/或第一介电常数曲线和/或第二介电常数曲线的情况下，介质的相的速度关联有介电常数改变的确定的速度。
该方法步骤不仅在一个介电常数改变存在时而且在多个介电常数改变存在时相应地实施。
多相介质的两个相经常具有不同的介电常数。这两个相的边界层由此具有介电常数改变，当介电常数流动经过两个传感器处时，其不仅由第一介电常数传感器而且由第二介电常数传感器测量。因为已知空间上的介电常数传感器间距，且确定时间上的介电常数改变间距，可从这些信息中确定介电常数改变的速度、即边界层。在最后的方法步骤中，介质的相的速度那么关联有介电常数改变的速度。该关联根据相关法实现。
本发明的另一任务是说明用于确定多相介质的相的速度的流量测量仪器，在其中至少避免开头示出的缺点。
该任务在带有专利权利要求17的特征的流量测量仪器中解决。在根据本发明的流量测量仪器中，至少流量测量仪器的第一流量传感器构造按照根据本发明的流量传感器来构造且传感器控制器构造用于实施根据本发明的方法。另外，至少第一流量传感器布置在测量管处的位置处，从而，当多相介质流动穿过测量管时，其由介质环流，其具有到介质中的第一侵入深度，且第一传感器轴线具有平行于介质的流动方向的分量。另外，传感器控制器优选地构造用于控制至少第一流量传感器。
通过根据本发明的流量传感器和根据本发明的方法得出的优点传递到根据本发明的流量测量仪器上。
在根据本发明的流量测量仪器的一种设计方案中设置成，构造测量管，从而至少第一流量传感器在流量测量仪器的运行中可拆卸和安装。由此，介质可在流量传感器的更换时保留在测量管中，由此减低用于更换的时间需求。
在另一设计方案中设置成，传感器控制器具有带有谐振频率的至少一个电气振荡电路，第一介电常数传感器是振荡电路的一部分且在介质中的第一介电常数在应用振荡电路的谐振频率的情况下确定。振荡电路例如是RC或LC振荡电路，其中第一介电常数传感器有助于振荡电路的电容式构件。在此，介质的电容包含在谐振频率中。在一种改进方案中设置成，相同的也结合第二介电常数传感器来实现。
在另一设计方案中设置成，流量测量仪器除了带有第一位置和第一侵入深度的第一流量传感器以外还具有带有到介质中的第二侵入深度的在测量管处的第二位置处的第二流量传感器，且第二位置与第一位置不同且/或第二侵入深度与第一侵入深度不同。另外，传感器控制器构造用于控制不仅第一而且第二流量传感器。
通过应用在测量管处的不同的位置处且/或带有不同的到介质中的侵入深度的两个或多个流量传感器，实现在不同部位处多相介质的相的速度的确定，由此给出了更高的分辨率。
附图说明
详细地给出了大量设计和改进流量传感器、方法和流量测量仪器的可行性方案。对此，不仅参考排在从属于独立专利权利要求的专利权利要求而且参考优选的实施例结合附图的随后的描述。在附图中：
图1示出了带有两个流量传感器的流量测量仪器的第一实施例，
图2a,2b示出了流量传感器的第一实施例，
图3示出了流量传感器的第二实施例，
图4示出了带有流量传感器的流量测量仪器的第二实施例，
图5a至5c示出了流量传感器的测量信号，且
图6示出了方法的流程图。
参考符号列表
1 流量测量仪器
2 传感器控制器
3 测量管
4 流量传感器
5 介质
6 总流动方向
7 油泡
8 气泡
9 水
10 传感器载体
11 传感器复合结构
12 传感器轴线
13 第一介电常数传感器
14 第二介电常数传感器
15 密度传感器
16 第一测量位置
17 第二测量位置
18 第一电极
19 第二电极
20 凹部
21 钝化层
22 通孔
23 导体轨道
24 LC振荡电路
25 第一方法步骤
26 第二方法步骤
27 第一子方法步骤
28 第二子方法步骤
29 第三子方法步骤
a 在电极18和19之间的间距
b 电极18和19的宽度和密度传感器15的宽度
d 介电常数传感器间距
εr,1 第一介电常数曲线
εr,2 第二介电常数曲线
εr,0 介电常数极限值
l 电极18和19的长度和密度传感器15的长度
ρ 密度曲线
ρ0 密度极限值
t 时间
Δt 1,2 介电常数改变间距
v 1,2 速度。
具体实施方式
图1以抽象透视截面图示出了流量测量仪器1的第一实施例的基本的特征。流量测量仪器1具有传感器控制器2、测量管3和两个流量传感器4。因为流量测量仪器1在运行中，多相介质5流动穿过测量管3。多相介质5基本上具有如下相，即水、油和气体。各个相具有不同的的流动结构，其在其流动速度和流动方向上彼此不同。然而，介质5以其全体沿总流动方向6流动穿过测量管3。在图1中，嵌入到水9中的油泡7和气泡8示例性地呈现了介质5的流动结构。
流量传感器4具有传感器载体10且其具有传感器复合结构11。传感器复合结构11具有传感器轴线12且包括第一介电常数传感器13用于确定第一介电常数、第二介电常数传感器14用于确定介质5的第二介电常数、和密度传感器15用于确定介质5的密度。传感器13、14和15布置在传感器轴线12上，更确切地说如此，使得密度传感器15处于第一介电常数传感器13和第二介电常数传感器14之间。
两个流量传感器4中的一个布置在测量管3处的第一测量位置16处，从而其由介质5环流。其具有到介质5中的第一侵入深度且其传感器轴线12具有相对介质5的流动方向的平行的分量。两个流量传感器4中的另一个布置在测量管3处的第二测量位置17处，从而其也由介质5环流。其具有到介质5中的第二侵入深度，其与第一侵入深度不同，且其传感器轴线12具有相对介质5的流动方向平行的分量。在该实施例中，传感器轴线12尤其具有相对于总流动方向6平行的分量。在流量测量仪器的一种备选的设计方案中，两个流量传感器中的至少一个以90°围绕其传感器轴线12转动地布置在测量管3处。
图2a以抽象透视图示出了流量传感器4的基本的特征。图2b以截面图补充图2a，从其中也可看出传感器13、14和15与传感器控制器2的电连接。截面沿平面进行，传感器轴线12处于该平面中。流量传感器4是第一实施例。如已经实施的那样，流量传感器4具有带有传感器复合结构11的传感器载体10。传感器复合结构11具有传感器轴线12、第一介电常数传感器13、第二介电常数传感器14和密度传感器15。传感器13、14和15布置在传感器轴线12上。两个介电常数传感器13和14以介电常数传感器间距d间隔开且在其之间存在密度传感器15。
传感器载体10是电路板。如当前的电路板由电绝缘板形载体组成，其在两个侧上设有各一个铜层。载体的材料当前是FR-4。导体轨道例如通过铜层的选择性的蚀刻制造。在载体的两个侧之间的电连接通过通孔建立。
第一介电常数传感器13和第二介电常数传感器14相同地构造，所以在下面仅观察第一介电常数传感器13。第一介电常数传感器13构造为带有第一电极18和第二电极19的用于确定介质5的电容的电容传感器。电极18和19中的每个是电路板的导体轨道。因为介质5的电容在电极18和19处确定，电极18和19合并介电常数传感器13的灵敏区域。电极18和19中的每个的宽度b和长度l为b = l = 0.5 mm。在第一电极18和第二电极19之间的间距a为a= 0,2 mm。由此，第一介电常数传感器的灵敏区域小于介质5的最小的流动结构。
传感器载体10具有凹部20，在其中布置有密度传感器15。密度传感器15在该实施例中构造为压电传感器。因为介质5的密度在密度传感器15的侧处确定，其完全与介质5处于接触，该侧是密度传感器15的灵敏区域。该侧的宽度b和长度l同样为b = l = 0.5。由此，密度传感器15的灵敏区域小于介质5的最小的流动结构。
通过密度传感器15在凹部20中的布置和介电常数传感器13和14作为导体轨道的构造，流量传感器4的表面近似平坦。因为介电常数传感器13和14的导体轨道在与介质5的直接接触中可被损坏，将导体轨道钝化。钝化通过由不定形碳构成的钝化层21实现。从在图2b中的流量传感器4的截面图中可看出，钝化部21的高度如此测量，使得密度传感器15与介质5直接接触且传感器复合结构11的表面是平坦的。
另外，从流量传感器4的截面图也可得知传感器13、14和15与传感器控制器2的电连接。电连接通过通孔22和导体轨道23实现。在此，传感器13、14和15的直接的触点接通通过通孔22实现，由此在传感器载体10的侧(在其上布置有电极18和19)上，不存在另外的导体轨道，其可损害介质5的电容确定。电连接的最后的块件不通过导体轨道23，而是通过线抽象地呈现。
传感器控制器2为了控制传感器13、14和15由两个流量传感器4构成。对此包括尤其以四个介电常数传感器13和14中的每个确定介质5的介电常数和以两个密度传感器15中的每个确定介质5的密度。
因为传感器控制器2关于四个介电常数传感器13和14相同地设计，在下面传感器控制器的设计方案关于第一介电常数传感器13来描述。
为了以第一介电常数传感器13确定介质5的第一介电常数，传感器控制器2具有带有谐振频率的电气LC振荡电路。在此，第一介电常数传感器13是振荡电路24的一部分。因为电极18和19一起与介质5形成带有电容的电容器，在其中介质5是电介质，介电常数传感器13有助于振荡电路24的电容式构件。传感器控制器2由谐振频率在考虑如下的情形中确定介质5的第一介电常数，即，谐振频率取决于电容且电容取决于介质5的介电常数。
为了以第二介电常数传感器14确定介质5的第二介电常数，传感器控制器2相应地构造。
图3以抽象透视图示出了流量传感器4的第二实施例的基本的特征。流量传感器4具有带有两个传感器复合结构11的传感器载体10。两个传感器复合结构11的任一与流量传感器4的第一实施例的传感器复合结构相同地构造。在图3中呈现的第二实施例中，传感器轴线12彼此平行地取向。传感器13、14和15的灵敏区域关于介质5的流动结构的较低的大小实现了传感器复合结构11的在图3中呈现的较低的间距。结合传感器轴线12的平行的取向，介电常数和密度通过传感器复合结构11的确定具有冗余，其改善了测量准确性。在流量传感器4的第三实施例中，传感器复合结构11的传感器轴线12不是平行地、而是彼此垂直地、即不同地取向，由此传感器轴线12撑开平面且传感器复合结构11对于在彼此不同的方向上的流动速度而言是灵敏的。
图4示出了流量测量仪器1的第二实施例。第二实施例相对于第一实施例具有仅一个流量传感器4且传感器控制器2相应地构造用于控制仅一个流量传感器。此外，第二实施例与第一实施例相同。
传感器控制器2构造成在流量测量仪器1的运行中实施带有在图6中呈现的方法步骤的方法。
在第一方法步骤25中，以第一介电常数传感器13确定第一介电常数曲线εr,1、以第二介电常数传感器确定第二介电常数曲线εr,2、且以密度传感器确定介质5的密度曲线ρ。第一介电常数曲线在图5a中呈现，密度曲线在图5b中呈现且第二介电常数曲线在图5c中呈现。
在第二方法步骤26中，在将相关法应用到第一介电常数曲线εr,1、第二介电常数曲线εr,2、和密度曲线ρ的情况下，确定多相介质5的相的速度。
相关法包括介电常数极限值εr,0和密度极限值ρ0的确定。在考虑如下的情况下，即水的介电常数为εr, Wasser = 80、油的介电常数为εr, Öl = 2,5、且气体的介电常数为εr, Gas =1且水的密度为ρWasser = 1000 kg/m3、油的密度为ρÖl = 800 kg/m3、且气体的密度为ρ = 1kg/m3，作为介电常数极限值确定εr,0 = 40且作为密度极限值确定ρ0 = 500kg/m3。在介电常数极限值εr,0以上，以水相为出发点，而在介电常数极限值εr,0以下，以油相或气体为出发点。在密度极限值ρ0以上，以水相或油相为出发点，而在密度极限值以下，以气体为出发点。
第二方法步骤26具有多个子方法步骤。
在第一子方法步骤27中，探测在第一介电常数曲线εr,1中从介电常数极限值εr,0以上朝向以下的介电常数减小，更确切地说，在时间点t 2的第一介电常数减小和在时间点t 6的第二介电常数减小。这些介电常数减小也在第二介电常数曲线εr,2中探测到，更确切地说，在时间点t 1和t 5。
在第二子方法步骤28中，确定在第一介电常数曲线εr,1中和在第二介电常数曲线εr,1中的介电常数减小之间的介电常数改变间距Δt 1 = (t 2 - t 1)和Δt 2 = (t 6 - t 5)，且在应用介电常数改变间距Δt 1和Δt 2和介电常数传感器间距d的情况下，确定介电常数减小的速度v 1 = d/Δt 1和v 2 = d/Δt 2。
在第三子方法步骤29中，在应用密度曲线ρ和第一介电常数曲线εr,1和第二介电常数曲线εr,2的情况下，多相介质5的相的速度关联有介电常数减小的速度v 1和v 2。
因为在第一介电常数减小的情形中，密度曲线ρ保留在密度极限值ρ0以上，因此其为油，且油泡9关联有速度v 1 = d/Δt 1。因为在第二介电常数减小的情形中，密度曲线ρ从密度极限值ρ0以上向以下伸延，因此其为气体，且气泡10关联有速度v 2 = d/Δt 2。
由此，流量测量仪器1根据两个实施例构造用于多相介质的相的速度的确定。

Claims (20)

1. 一种用于流量测量仪器(1)的流量传感器(4)，
其中所述流量测量仪器(1)构造用于确定多相介质(5)的相的速度(v 1, v 2)的速度且
其中所述流量传感器(4)具有传感器载体(10)且所述传感器载体(10)具有至少一个第一传感器复合结构(11)，
其特征在于，
所述至少第一传感器复合结构(11)具有第一介电常数传感器(13)用于确定多相介质(5)的第一介电常数、第二介电常数传感器(14)用于确定介质(5)的第二介电常数、密度传感器(15)用于确定所述介质(5)的密度和第一传感器轴线(12)，
所述第一介电常数传感器(13)、所述第二介电常数传感器(14)和所述密度传感器(15)沿所述第一传感器轴线(12)布置在所述传感器载体(10)上且
所述第一介电常数传感器(13)和所述第二介电常数传感器(14)以介电常数传感器间距(d)间隔开。
2.根据权利要求1所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述传感器(13,14,15)的灵敏区域小于所述介质(5)的最小流动结构，优选地小于0.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述密度传感器(15)布置在所述第一介电常数传感器(13)和所述第二介电常数传感器(14)之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述传感器载体(10)是电路板。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，至少所述第一介电常数传感器(13)构造为电容传感器。
6.根据权利要求5所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述电容传感器具有第一电极(18)和第二电极(19)用于确定所述介质(5)的电容。
7.根据权利要求4和6所述的流量测量器，其特征在于，至少所述第一电极(18)构造为电路板的导体轨道(23)。
8.根据权利要求7所述的流量测量器，其特征在于，至少所述导体轨道(23)是钝化的，优选地通过无定形碳。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述密度传感器(15)构造为压电传感器。
10.根据权利要求9所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述压电传感器构造为薄膜体声波谐振器。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述密度传感器(15)是电容式微机械超声波转换器。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述传感器载体(10)具有凹部(20)且所述密度传感器(15)布置在所述凹部(20)中。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述传感器(13,14,15)中的至少一个构造为微传感器。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的流量传感器(4)，其特征在于，所述传感器载体(10)具有带有第二传感器轴线(12)的第二传感器复合结构(11)且所述第一传感器轴线(12)和所述第二传感器轴线(12)彼此不同。
15. 一种用于以根据权利要求1至14中任一项所述的流量传感器(4)确定多相介质(5)的相的速度(v 1, v 2)的方法，其中，当所述流量传感器(4)浸入到流动的多相介质(5)中时，
- 以所述第一介电常数传感器(13)确定第一介电常数曲线(εr,1)、以所述第二介电常数传感器(14)确定第二介电常数曲线(εr,2)、且以所述密度传感器(15)确定所述介质(5)的密度曲线(ρ)，且
- 在将相关法应用到所述第一介电常数曲线(εr,1)、第二介电常数曲线(εr,2)和密度曲线(ρ)上的情况下确定所述介质(5)的相的至少一个速度(v 1, v 2)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述相关法期间
- 探测在所述第一介电常数曲线(εr,1)中的介电常数改变，其探测在所述第二介电常数曲线(εr,2)中的介电常数改变，
- 确定在第一介电常数曲线(εr,1)中和在所述第二介电常数曲线(εr,2)中的介电常数改变之间的介电常数改变间距(Δt 1, Δt 2)，在应用所述一个介电常数改变间距(Δt 1, Δt 2)和所述介电常数传感器间距(d)的情况下确定所述一个介电常数改变的速度(v 1, v 2)，且
- 在应用所述密度曲线(ρ)和/或所述第一介电常数曲线(εr,1)和/或所述第二介电常数曲线(εr,2)的情形中，所述介质(5)的相的速度关联有所述介电常数改变的速度(v 1, v 2)。
17.一种带有传感器控制器(2)、测量管(3)和至少一个第一流量传感器(4)的流量测量仪器(1)，
其中所述流量测量仪器(1)构造用于确定在所述测量管(3)中的多相介质(5)的相的速度(v 1, v 2)，
其特征在于，
构造有根据权利要求1至14中任一项所述的所述至少第一流量传感器(4)，
构造有用于实施根据权利要求15或16所述的方法的传感器控制器(2)，且
所述至少第一流量传感器(4)布置在所述测量管(3)处的第一测量位置(16)处，从而，当多相介质(5)流动穿过所述测量管(3)时，其由所述介质(5)环流，其具有到所述介质(5)中的第一侵入深度且所述第一传感器轴线(12)具有平行于所述介质(5)的流动方向的构件。
18.根据权利要求17所述的流量测量仪器(1)，其特征在于，构造有所述测量管(3)，从而所述至少第一流量传感器(4)在运行中可拆卸和安装。
19.根据权利要求17或18所述的流量测量仪器(1)，其特征在于，所述传感器控制器(2)具有带有谐振频率的至少一个振荡电路，所述第一介电常数传感器(13)是所述振荡电路的一部分且所述介质(5)的第一介电常数在应用所述谐振频率的情况下确定。
20.根据权利要求17所述的流量测量仪器(1)，其特征在于，所述流量测量仪器(1)具有带有第一侵入深度在第二测量位置(17)处的第二流量传感器(4)且所述第二测量位置(17)与所述第一测量位置(16)和/或所述第二侵入深度与所述第一侵入深度不同。
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