CN110945327B - 具有多通道流管的振动流量计 - Google Patents

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Abstract

提供了振动计（5）及其用于测量流体的方法。每个振动计包括：多通道流管（300），其包括两个或更多个流体通道（302）；敏感元件（170）；驱动器（180）；和计量器电子器件（20），计量器电子器件配置成以驱动频率ω向驱动器施加驱动信号，并利用敏感元件测量多通道流管的偏转。在示例中，至少一个流体通道具有与运动粘度、反斯托克斯数和驱动频率；声速和驱动速度；或者流管的长度相关的有效直径。在另外的示例中，驱动器可向驱动器施加驱动信号，该驱动信号具有与运动粘度、反斯托克斯数和有效直径；或声速和有效直径成比例的驱动频率。

Description

具有多通道流管的振动流量计
技术领域
以下描述的示例涉及振动计和用于使用振动计的方法。更特别地，示例涉及包括多通道流管的振动计。
背景技术
振动计（诸如科里奥利质量流量计和振动密度计）通常通过检测包含流动材料的振动流管的运动来操作。与流管中的材料相关的性质（诸如，质量流量、密度等）可以通过处理从与流管相关的运动换能器接收的测量信号来确定。振动计具有笔直或弯曲构型的一个或多个流管的计量器组件。科里奥利质量流量计中的每个流管构型例如具有一组固有振动模式，其可以是简单的弯曲、扭转或耦合类型。每个流管可以被驱动以在优选模式下振荡。当没有流量通过流量计时，向流管施加的驱动力使沿着流管的所有点以相同的相位或以小的“零偏移”振荡，零偏移是在零流量下测量的时间延迟。
当材料开始流过流管时，科里奥利力使沿着流管的每个点具有不同的相位。例如，在流量计的入口端处的相位滞后于居中的驱动器位置处的相位，而在出口处的相位超前于居中的驱动器位置处的相位。流管上的敏感元件产生表示流管的运动的正弦信号。处理从敏感元件输出的信号以确定敏感元件之间的时间延迟。两个或更多个敏感元件之间的时间延迟与流过流管的材料的质量流率成比例。
连接到驱动器的计量器电子器件产生驱动信号以操作驱动器，并且根据从敏感元件接收的信号确定过程材料的质量流率和/或其它性质。驱动器可包括许多公知的装置中的一种；然而，磁体和相对的驱动线圈已经在流量计工业中取得了巨大的成功。交流电流被传递到驱动线圈，以便使流管以期望的流管振幅和频率振动。在本领域中还已知的是，将敏感元件提供为非常类似于驱动器装置的磁体和线圈装置。
液体和湿润气体中夹带的气体是科里奥利流量计的常见应用问题，尤其是在油气生产工业中。当使振动计振动时，在本体流体内部形成的颗粒或气泡/液滴会与本体流体分离。另外，在多相流体和单相气体中发现的声速（VOS）效应会引起进一步的测量误差。流动剖面效应是所有类型的流量计所关心的另一个领域。当雷诺数低时（通常由于流量计中的流体的粘度高），存在与粘度相关的效应，这会降低流量计的灵敏度。具有较小的管长度与管直径之比的较大的计量器会受到更不利的影响。
测量多相流体的挑战的现有解决方案已经结合了从测量结果识别和/或滤除分离误差的方式，并且已经包括：警报处理、信号处理和噪声抑制，以及振动计中的更宽的模式分离。虽然现有的解决方案已经提供了一些改进，但是计量器性能继续受到分离误差的影响。
对VOS效应的挑战的现有解决方案已包括测量过程流体的声速和压力以估计所引起的测量误差。还提出了包括用户输入流体数据的其它方法。然而，包括具有流量计的附加传感器和检测器增加了流量计的复杂性，这是不期望的，并且由用户输入的流体性质数据可能被错误地输入，或者可能随着时间而变化。
对流动剖面效应的挑战的现有解决方案已包括提供具有相对长的流管长度的流量计。虽然这种解决方案已提供了具有较少测量误差的流量计，但是所产生的较大的流量计尺寸不适合于许多过程应用。
因此，存在对一种流管和流量计的需要，考虑到多相、分离、VOS或流动剖面效应，这种流管和流量计可以通过去除误差来源自身来准确地测量流体的流率。这种解决方案可以用多通道流管来实现。
发明内容
提供了一种利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体的方法。该方法包括：使流体流入多通道流管中的两个或更多个流体通道中，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动信号，驱动器被配置成响应于驱动信号以驱动频率ω使多通道流管振动；以及利用附接到多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转，其中，流体具有运动粘度ν、反斯托克斯数δ，并且所述两个或更多个流体通道的有效直径d eff 是
Figure 90679DEST_PATH_IMAGE001
。
提供了一种利用包括多通道流管的振动计来测量流体的方法。该方法包括：接收流体的反斯托克斯数δ和运动粘度ν；接收多通道流管的两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff ，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成；确定驱动频率ω，其中
Figure 804557DEST_PATH_IMAGE002
；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动频率ω下的驱动信号；以及利用附接到多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转。
提供了一种利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体的方法。该方法包括：使流体流入多通道流管中的两个或更多个流体通道中，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动信号，驱动器被配置成响应于驱动信号而使多通道流管振动；以及利用附接到多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转，其中，流体具有声速c，并且所述两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 为：
Figure 584295DEST_PATH_IMAGE003
。
提供了一种利用包括多通道流管的振动计来测量流体的方法。该方法包括：接收流体的声速c；接收多通道流管的两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff ，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成；确定驱动频率ω，其中，
Figure 41821DEST_PATH_IMAGE004
；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动频率ω下的驱动信号；以及利用附接到多通道流管的敏感元件测量多通道流管的偏转。
提供了一种利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体的方法。该方法包括：使流体流入多通道流管中的两个或更多个流体通道中，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动信号，驱动器被配置成响应于驱动信号而使多通道流管振动；以及利用附接到多通道流管的敏感元件测量多通道流管的偏转，其中，多通道流管具有有效管长度L，并且所述两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 为
Figure 856193DEST_PATH_IMAGE005
。
提供了一种包括多通道流管（300、400、510）的振动计（5）。该振动计包括通信地联接到计量器电子器件（20）的计量器组件（10）。计量器组件包括：多通道流管，多通道流管包括由管周边壁（304、404、504）和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部（306、406、506）形成的两个或更多个流体通道（302、402、502）；敏感元件（170l、170r），其附接到多通道流管；驱动器（180），其联接到多通道流管，驱动器被配置成使多通道流管振动。计量器电子器件（20）联接到驱动器（180），其中，计量器电子器件被配置成：接收流体的反斯托克斯数δ（1112）和运动粘度ν（1110）；接收多通道流管的两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff （1114）；确定驱动频率ω（1108），其中，
Figure 12411DEST_PATH_IMAGE006
；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动频率ω下的驱动信号；以及利用附接到多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转。
提供了一种包括多通道流管（300、400、500）的振动计（5）。该振动计包括通信地联接到计量器电子器件（20）的计量器组件（10）。计量器组件包括：多通道流管，其包括由管周边壁（304、404、504）和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部（306、406、506）形成的两个或更多个流体通道（302、402、502），所述两个或更多个流体通道中的至少一者具有有效直径d eff （1114）；敏感元件（170l、170r），其附接到多通道流管；驱动器（180），其联接到多通道流管，驱动器被配置成使多通道流管振动。计量器电子器件联接到驱动器，其中，计量器电子器件被配置成：接收流体的反斯托克斯数δ（1112）和运动粘度ν（1110）；接收多通道流管的两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径（1114）d eff ；确定驱动频率ω（1108），其中，流体具有声速c（1118），并且驱动频率ω为：
Figure 404078DEST_PATH_IMAGE007
；向联接到多通道流管的驱动器施加驱动频率ω下的驱动信号；以及利用附接到多通道流管的敏感元件测量多通道流管的偏转。
提供了一种包括多通道流管（300、400、500）的振动计（5）。该振动计包括：敏感元件（170l、170r），其附接到多通道流管；驱动器（180），其联接到多通道流管，驱动器被配置成使多通道流管振动，多通道流管包括由管周边壁（304、404、504）和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部（306、406、506）形成的两个或更多个流体通道（302、402、502），多通道流管具有有效管长度L，并且所述两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff （1114）为：
Figure 462033DEST_PATH_IMAGE008
。
方面
根据另外的方面，流体可以是多相流体。
根据另外的方面，所述两个或更多个流体通道中的每一者至少在第一维度上可具有有效直径d eff 。
根据另外的方面，所述两个或更多个流体通道中的至少一者可在第一维度和第二维度上具有有效直径d eff 。
根据另外的方面，所述两个或更多个流体通道的有效直径d eff 可小于0.3英寸。
根据另外的方面，多通道流管的管周边壁可以是基本上圆形的。
根据另外的方面，所述一个或多个通道分隔部可以是基本上笔直的。
根据另外的方面，所述一个或多个通道分隔部可以是基本上圆形的。
根据另外的方面，所述两个或更多个流体通道中的每一者可在第一维度上具有有效直径d eff 。
根据另外的方面，所述两个或更多个流体通道中的至少一者可在第一维度和第二维度上具有有效直径d eff 。
根据另外的方面，所述一个或多个通道分隔部可以是基本上笔直的。
根据另外的方面，所述一个或多个通道分隔部可以是基本上圆形的。
根据另外的方面，所述两个或更多个流体通道的有效直径d eff 可小于0.3英寸。
附图说明
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。附图不一定是按比例的。
图1描绘了根据示例的振动流量计；
图2描绘了振动流量计的流管的横截面；
图3描绘了根据示例的多通道流管的横截面；
图4描绘了根据示例的多通道流管的横截面；
图5描绘了根据示例的多通道流管的横截面；
图6描绘了根据示例的方法；
图7描绘了根据示例的方法；
图8描绘了根据示例的方法；
图9描绘了根据示例的方法；
图10描绘了根据示例的方法；以及
图11描绘了根据示例的计量器电子器件。
具体实施方式
本公开描述了包括多通道流管的振动计以及利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体的方法。
图1描绘了根据示例的具有多通道流管130的振动计5。如图1所示，振动计5包括计量器组件10和计量器电子器件20。计量器组件10响应于过程材料的质量流率和密度。计量器电子器件20经由引线100连接到计量器组件10，以通过通信路径26提供密度、质量流率和温度信息以及其它信息。信息和命令可进一步通过通信路径26在计量器电子器件20处被接收。
描述了一种科里奥利流量计结构，尽管这并非旨在起限制作用。本领域技术人员将容易理解，本申请可以被实践为振动管密度计、音叉密度计等。
计量器组件10包括一对歧管150和150'、具有凸缘颈部110和110'的凸缘103和103'、一对平行的多通道流管130和130'、驱动器180以及一对敏感元件传感器170r和170r。多通道流管130和130'具有两个基本上笔直的入口支腿131、131'和出口支腿133、133'，它们在流管安装块120和120'处朝向彼此会聚。多通道流管130、130'在沿着其长度的两个对称位置处弯曲，并且在其整个长度上基本平行。撑杆140和140'用于限定轴线W和W'，每个多通道流管130、130'围绕轴线W和W'振荡。多通道流管130、130'的支腿131、131'和133、133'固定地附接到流管安装块120和120'，并且这些块进而固定地附接到歧管150和150'。这提供了通过计量器组件10的连续封闭的材料路径。
当具有孔102和102'的凸缘103和103'经由入口端104和出口端104'连接到运送正被测量的过程材料的过程管线（未示出）中时，材料通过凸缘103中的孔口101进入计量器的入口端104，并且通过歧管150被引导到具有表面121的流管安装块120。在歧管150内，材料被分开并按规定路线通过多通道流管130、130'。在离开多通道流管130、130'时，过程材料在具有表面121'和歧管150'的流管安装块120'内重新组合成单股流，并且此后按规定路线到由具有孔102'的凸缘103'连接到过程管线（未示出）的出口端104'。
多通道流管130、130'被选择成并适当地安装到流管安装块120、120'，以分别具有围绕弯曲轴线W-W和W'-W'的基本相同的质量分布、惯性矩和杨氏模量。这些弯曲轴线穿过撑杆140、140'。
两个多通道流管130、130'由驱动器180沿相反方向围绕其相应的弯曲轴线W和W'并以被称为流量计的第一异相弯曲模式驱动。该驱动器180可包括许多公知装置中的任一种，诸如安装到多通道流管130'的磁体和安装到多通道流管130的相对的线圈，并且交流电流通过该线圈以使两个多通道流管130、130'振动。由计量器电子器件20经由引线185向驱动器180施加合适的驱动信号。
计量器电子器件20接收分别出现在引线165l、165r上的左和右传感器信号。计量器电子器件20产生出现在引线185上的驱动信号给驱动器180，并且使多通道流管130、130'振动。计量器电子器件20处理左传感器信号和右传感器信号以及RTD信号，以计算通过计量器组件10的材料的质量流率和密度。该信息连同其它信息可由计量器电子器件20通过通信路径26传输。
虽然图1描绘了与计量器电子器件20通信的单个计量器组件10，但是本领域技术人员将容易地理解，多个传感器组件可与计量器电子器件20通信。此外，计量器电子器件20可能够操作各种不同的传感器类型。每个传感器组件（诸如，与计量器电子器件20通信的计量器组件10）可具有在计量器电子器件20内的存储系统的专用区段。
如本领域技术人员将理解的，计量器电子器件20可包括各种其它部件和功能。为了简洁和清楚，可从描述和附图省略这些附加特征。
振动计5包括多通道流管130、130'。多通道流管130、130'具有多个流体通道，诸如单相或多相流体的材料可以流过这些流体通道。也就是说，流过多通道流管130、130'的流体可流过两个或更多个流体通道。多通道流管130、130'可通过解决与流体分离、VOS误差或流动剖面效应相关的问题来改进多相测量中的误差。
图2描绘了流管200。流管200包括管周边壁202。当具有本体流体（例如液体或气体）的多相流体包括具有与本体流体不同的密度的颗粒（例如液滴、固体或气泡）时，可能在包括流管200的振动流量计中引起分离误差。多相流体内的颗粒在流管200的振动期间的分离提供了振动计测量中的误差来源。
当流管200利用多相流体振荡时，颗粒在本体流体内的分布可能不表示颗粒在无限液体介质中的均匀分布。此外，壁效应会防止在靠近管周边壁202的区域中发生本体流体中的颗粒分离。已经在计算上表明，壁效应是可忽略的，除非颗粒在距壁两个颗粒半径的距离内。（Fischer PF等2005：Influence of wall proximity on the lift and drag of aparticle in an oscillatory flow. J. Fluids Eng. 127:583-595）。对于d eff 的管直径和颗粒半径r part ,，以下关系因此描述了何时壁效应防止颗粒分离：
Figure 458808DEST_PATH_IMAGE009
（方程1）。
尽管在图2中管周边壁202被描绘为具有可忽略的厚度，但是管直径d eff 参考了流体可以自由流过的流管内的内直径。
图2示意性地描绘了与示例颗粒204的这种关系。由于流管200的有效直径d eff 208等于6r part ，所以颗粒204由于壁效应而被限制分离。
然而，对于许多振动计，多相流体颗粒与管直径相比将是小的，并且壁效应是可忽略的。这提供了分离和大的测量误差。
可以使用反斯托克斯数作为颗粒分离的量度。反斯托克斯数δ表示振荡时间尺度与粘性扩散时间尺度之比。该参数可以提供用于预测振荡颗粒的运动的极其重要的方式。反斯托克斯数涉及运动粘度ν、频率ω和颗粒半径r part ：
Figure 452171DEST_PATH_IMAGE010
（方程2）。
当多相流体的反斯托克斯数δ大时，分离的幅度为低。当流体的运动粘度低、颗粒尺寸高或计量器振动频率ω高时，低反斯托克斯数可对应于高分离量。通过组合方程1和2，可以用反斯托克斯数δ来表达d eff ：
Figure 3238DEST_PATH_IMAGE011
（方程3）。
如从方程3中可以看出，非常高频率的计量器可受益于更小的有效直径，以防止在给定的颗粒尺寸下的分离。因为反斯托克斯数δ可说明驱动频率ω值和颗粒半径r part 值的范围，所以方程3可用于产生被配置成测量广泛范围的多相流体的振动计。
在示例中，d eff 可小于0.3英寸。在另外的示例中，d eff 可在0.25与0.3英寸之间。然而，在另外的示例中，d eff 可以是可提供上述壁效应益处的任何其它值，如本领域技术人员将理解的。
在示例中，颗粒半径r part 可表示与多相流体的表面张力、湍流（流率）或其它因素相关的颗粒尺寸的分布。在另外的示例中，颗粒半径r part 可表示颗粒尺寸分布的平均值或中值。
通过求解驱动频率ω的方程3，可有可能确定驱动频率ω以操作振动计，其将使具有已知运动粘度ν、反斯托克斯数δ的多相流体与具有已知有效直径d eff 的多通道流管的分离最小化：
Figure 740250DEST_PATH_IMAGE012
（方程4）。
在示例中，频率可以是100 Hz或更小。
除了由多相流体中的气泡和颗粒的相对运动引起的分离误差之外，当测量流体的声速低或计量器的振荡频率ω高时，科里奥利流量计也可能经历声速效应。气体具有比液体更低的声速，并且低速度可由两者的混合物产生。即使小量气体被添加到液体中也可能导致多相流体的声速显著降低到任一独立相的声速以下。
流管的振荡可产生沿横向方向以计量器的驱动频率振荡的声波。当流体的声速高时，由于其可以是单相液体，所以横向声波穿过圆形导管的第一声学模式可处于比驱动频率高得多的频率。然而，当声速例如由于气体添加到液体而下降时，声学模式的频率也下降。当声学模式和驱动模式的频率接近时，由于驱动模式对声学模式的非共振激励而导致计量器误差。对于在典型过程压力下的小直径或低频计量器而言，相对于计量器的指定准确度，声速效应可以忽略不计。然而，对于大直径或高频科里奥利计而言，声速可能足够低，以致由于驱动和流体振动模式之间的相互作用而引起显著的测量误差。
如由Heman和Kutin在2006年（J. HEMP和J. KUTIN 2006年Theory of errors inCoriolis flowmeter readings due to compressibility of the fluid beingmetered. Flow Measurement and Instrumentation. 17:359-369.）所述，在可能涉及声速效应（VOS）的应用中，以下方程预测了质量流量误差
Figure 325952DEST_PATH_IMAGE013
，其被表达为流量误差的百分比：
Figure 755797DEST_PATH_IMAGE014
（方程5）
其中，c是流体中的声速，并且ω是流管的驱动频率。
对于质量流量
Figure 997422DEST_PATH_IMAGE015
的0.1%的误差阈值
Figure 600442DEST_PATH_IMAGE016
，可建立以下约束：
Figure 243913DEST_PATH_IMAGE017
（方程6）。
例如，当利用以驱动频率300 Hz操作的流量计来测量声速c为13,504 in/s的环境空气时，导致2*π*300=1,885 rad/s的角速度，利用有效直径d eff 小于0.640英寸的多通道流管，可实现0.1%的误差阈值
Figure 579079DEST_PATH_IMAGE018
。
在包括单相和多相流体的其它应用中，流动剖面效应可能是一个问题。当讨论流动剖面效应时，流管的长度（L）与其直径（D）或内直径之比是重要的计量器考虑因素。较大的振动计往往具有相对低的L/D比。大量的实验室实验已经表明，L/D比为25或以上的流量计具有较少的流动剖面效应。对于管束计量器，有效直径d eff 因此可被选择成满足以下约束：
Figure 432635DEST_PATH_IMAGE019
（方程7）。
例如，如果有效直径d eff 小于3英寸，则有效流管长度L为75英寸的流量计将具有减小的流动效应。对于具有4.5英寸直径的流管周边的流管，单个挡板可消除LD效应。
具有根据以上提供的方程确定的有效直径d eff 的多通道流管可通过解决与流体分离、声速（VOS）效应和流动效应相关的问题来改进振动计测量结果的准确度。首先，下面描述的多通道流管300、400、500可有助于减少这些误差机制发生，而不是如现有技术所教导的那样在后处理中去除这些误差。多通道流管300、400、500还可通过有效地增加管长度（L）与管直径（D）之比而不增加流量计的尺寸来减小流动剖面效应，如以下更详细地解释的。
图3描绘了根据示例的示例多通道流管300的横截面。为了清楚起见，在图3-5中的每一者上描绘了具有x和y轴线的参考坐标系。多通道流管300包括由管周边壁304和一个或多个通道分隔部306形成的两个或更多个流体通道302。在多通道流管300的示例中，管周边壁304的形状基本上为圆形。在一些示例中，基本上圆形可意味着管周边壁304的大于50%的形状是圆形。在另外的示例中，基本上圆形可意味着管周边壁304的大于75%的形状是圆形。然而，在另外的示例中，如本领域技术人员将理解的，管周边壁304可以是任何其它形状。在示例性多通道流管300中，所述一个或多个通道分隔部306是布置成彼此平行的基本上笔直的壁。通道分隔部306在其端部处联接到管周边壁304。
管周边壁304的内表面和通道分隔部306之间的区域限定一个或多个流体通道302，流体可通过流体通道在多通道流管内流动。一个或多个流体通道302中的至少一者可具有有效直径d eff 308，或者沿第一方向在管周边壁304和/或通道分隔部306的相邻区段之间的最宽点处的距离。例如，流体通道302中的一者或多者可具有沿x方向的有效直径d eff 。在示例中，x方向可以是多通道流管300主要振荡的方向。然而，在另外的示例中，x方向可不同于多通道流管300主要振荡的方向。有效直径d eff 308因此可有助于防止颗粒沿驱动方向与多相流体分离。
图4描绘了根据示例的多通道流管400的横截面。多通道流管400包括由管周边壁404和一个或多个通道分隔部406a、406b形成的两个或更多个流体通道402。在多通道流管400的示例中，管周边壁404的形状基本上为圆形。
与多通道流管300类似，多通道流管400包括第一组通道分隔部406a，它们是以彼此基本上平行的构型布置的基本上笔直并且在其相应的端部处联接到管周边壁404的壁。多通道流管400还包括第二组通道分隔部406b，然而，它们被布置成垂直于第一组通道分隔部406a。
因此，一些流体通道402形成在相邻管周边壁404、通道分隔部406a和通道分隔部406b之间，并且一些流体通道402形成在相邻通道分隔部406a和406b之间。至少一个流体通道402可具有有效直径d eff 408a，或沿第一方向在管周边壁404和/或相对的通道分隔部406a或406b的相邻区段之间的最宽点处的距离。例如，流体通道402中的一者或多者可具有沿x方向的有效直径d eff 408a。一个或多个流体通道402中的至少一者还可具有沿第二方向的有效直径d eff 。例如，一个或多个流体通道402还可具有沿y方向的有效直径d eff 408b。通过包括一个或多个具有沿第一方向的有效直径d eff 408a和沿第二方向的有效直径d eff 408b的流体通道，可有可能在驱动多通道管将包括沿多于一个方向的位移时（例如当流管将围绕诸如轴线W或W'的轴线扭曲或旋转时）防止颗粒与振动计中的多相流体分离。
图5描绘了根据示例的另外的多通道流管500的横截面。多通道流管500包括管周边壁504和两个或更多个流体通道502。流体通道502由一个或多个通道分隔部506形成。通道分隔部506的形状基本上是圆形。
在多通道流管500的示例中，有效直径d eff 508是每个相应通道分隔部506的直径。因为有效直径d eff 508沿横截面的平面内的每个方向都基本相同，所以多通道流管500可有助于防止颗粒沿任何方向与多相流体分离。
多通道流管300、400和500的示例不旨在起限制作用。如本领域技术人员将理解的，在另外的示例中，多通道流管可包括管周边壁的不同构型。在另外的示例中，多通道流管可包括任何数量或取向的通道分隔部，其允许根据方程3、6或7在至少一个维度上形成有效直径d eff 。
在示例中，多通道流管300、400或500可包括沿着流管的整个长度的通道分隔部306、406或506。在其它示例中，通道分隔部可仅沿着流管的振动区域延伸。然而，在另外的示例中，通道分隔部可仅沿着多通道流管的振动区域的一部分延伸，以平衡流体通道的误差减小效应与它们可在多通道流管300、400或500中引起的潜在压降。
多通道流管300、400、500可减少或消除与多相分离、VOS或流动效应相关的这些问题，因为有效管直径d eff 可显著小于标准流管。有利地，现有的流量计可以利用具有在方程3、6或7中的任一者中描述的d eff 的多通道流管来改装，以获得由较小流管有效直径d eff 提供的优点。
因为多通道流管300、400、500具有较低的有效直径d eff ，所以它们可用于增加流率振动计的较高L/D比，以消除较大振动计中的流动剖面效应。实际上，对于许多常见尺寸的振动计，具有甚至是管周边壁302、402或502的一半大的各个管直径的多通道流管将导致L/D比高于25。另外，多通道流管可以用于以不受流动剖面效应影响的任何管线尺寸实现更紧凑的科里奥利计量器。
图11描绘了根据本申请的示例的振动计5的计量器电子器件20。计量器电子器件20可包括接口1101和处理系统1103。处理系统1103可包括存储系统1104。如前所述，计量器电子器件20可生成驱动信号以供应给驱动器180，并且从敏感元件传感器170l、170r接收信号。计量器电子器件20可将计量器组件10作为密度计、粘度计或诸如科里奥利质量流量计的流量计来操作。应当理解，计量器电子器件20还可操作其它类型的振动计，并且所提供的示例不应当限制本发明的范围。计量器电子器件20可处理振动传感器信号，以获得通过多通道流管130、130'的流体的一个或多个特性。
接口1101可经由引线100从驱动器180或敏感元件170l、170r接收传感器信号。接口1101可执行任何必要的或期望的信号调节，诸如格式化、放大、缓冲等的任何方式。替代地，可在处理系统1103中执行一些或全部信号调节。另外，接口1101可以实现计量器电子器件20与外部装置之间的通信。另外，接口1101可实现例如计量器电子器件20和外部装置之间的通信。接口1101可能够进行任何方式的电子、光学或无线通信。
在一个示例中，接口1101可包括数字转换器（未示出），其中，计量器组件10信号包括模拟传感器信号。数字转换器可对模拟传感器信号进行采样和数字化并且产生数字传感器信号。数字转换器还可执行任何所需的抽取，其中，抽取数字传感器信号以减少所需的信号处理量并减少处理时间。
处理系统1103进行计量器电子器件20的操作，并处理来自计量器组件10的密度/粘度/流量测量结果。处理系统1103还可执行一个或多个处理例程，诸如振动计测量例程1106和/或驱动频率确定例程1116。
处理系统1103可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路或能够执行本文描述的功能的任何其它通用或定制处理装置。处理系统1103可分布在多个处理装置中。处理系统1103可包括任何方式的集成或独立电子存储介质，诸如存储系统1104。
存储系统1104可存储计量器参数和数据、软件例程、恒定值和变量值。存储系统1104可包括主要存储器或主存储器，诸如随机存取存储器（RAM）。在示例中，存储系统1104可包括硬盘驱动器、可移除存储装置、存储卡、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、数字多功能盘、蓝光盘、光存储装置、磁带备份或任何其它计算机可用或可读存储介质。在示例中，存储系统1104可包括非暂时性介质。
存储系统1104还可存储可由振动计测量例程1106和/或驱动频率确定例程1116使用的变量。例如，存储系统1104存储驱动频率ω 1108、运动粘度ν 1110、斯托克斯数δ1112、有效直径d eff 1114、声速c 1118或流管长度L，如上所述。
在示例中，存储系统1104包括由处理系统1103执行的例程。例如，存储系统1104可存储振动计测量例程1106和/或驱动频率确定例程1116。计量器电子器件20可启动振动计测量例程1106，以使用计量器组件10对流体进行测量。在示例中，振动计测量例程1106可确定过程流体的质量流量、密度或粘度，如上所述。计量器电子器件20可进一步启动驱动频率确定例程1116。在示例中，驱动频率确定例程1116可用于使用振动计测量例程1106来确定用于操作振动计5的驱动频率ω1108。
图6、7、8、9和10分别描绘了方法600、700、800、900和1000。方法600的步骤604和606、方法700的步骤708和710、方法800的步骤804和806、方法900的步骤908和910以及方法1000的步骤1004和1006各自包括振动计测量例程1106的示例。方法700的步骤702、704和706以及方法900的步骤902、904和906包括驱动频率确定例程1116的示例。处理系统1103可被配置成执行必要的信号和数据处理以执行振动计测量例程1106和/或驱动频率确定例程1116，这可包括执行传感器验证方法600、700、800、900或1000的任何组合。
图6描绘了根据示例的方法600。可执行方法600以利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体。方法600开始于步骤602。在步骤602中，使流体流入多通道流管中的两个或更多个流体通道中，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成。
例如，流体可流入由管周边壁304、404、504和一个或多个通道分隔部306、406、506形成的多通道流管300、400、500中的两个或更多个流体通道302、402、502中。
方法600继续步骤604。在步骤604中，向联接到多通道流管的驱动器施加驱动信号，该驱动器被配置成响应于驱动信号使多通道流管以驱动频率ω振动。
例如，可从计量器电子器件20通过引线185向驱动器180施加驱动信号。驱动器180可响应于驱动信号而引起多通道流管300、400、500以驱动频率ω振动。
方法600继续步骤606。在步骤606中，利用附接到多通道流管的敏感元件测量多通道流管的偏转，其中流体具有运动粘度ν和反斯托克斯数δ，并且两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 为
Figure 370504DEST_PATH_IMAGE020
。
例如，可利用附接到多通道流管的敏感元件170l和/或170r来测量多通道流管300、400、500的偏转。所述两个或更多个流体通道302、402、502中的至少一者包括有效直径d eff 308、408、508，其可如方程3中所描述的那样确定。
方法600可通过防止在较大范围内的多相流体中的颗粒分离来提供改进的测量准确度，所述多相流体包括各种本体流体和颗粒尺寸。
图7描绘了根据示例的方法700。方法700可应用于利用包括多通道流管的振动计来测量流体。
方法700开始于步骤702。在步骤702中，接收流体的运动粘度ν 1110和/或反斯托克斯数δ 1112。运动粘度ν 1110和/或反斯托克斯数δ 1112可由用户输入并保存到存储系统1104。例如，运动粘度ν 1110和/或反斯托克斯数δ 1112可在测量操作开始时、在客户现场安装传感器时或在任何其它时间输入。在其它示例中，运动粘度ν 1110和/或反斯托克斯数δ 1112可计量器电子器件20处经由电子消息被接收。
方法700继续步骤704。在步骤704中，接收多通道流管的两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 1114，所述两个或更多个通道由管周边壁和一个或多个通道分隔部形成。在示例中，有效直径d eff 1114可由用户输入并保存到存储系统1104。例如，有效直径d eff 1114可在测量操作开始时、在客户现场安装传感器时、在组装传感器时或在任何其它时间输入。在其它示例中，有效直径d eff 1114可在计量器电子器件20处经由电子消息被接收。
方法700继续步骤704。在步骤706中，确定驱动频率ω 1108，其中，驱动频率
Figure 868481DEST_PATH_IMAGE021
。例如，驱动频率ω 1108可以如关于以上方程4所描述的那样来计算。
方法700继续步骤708。在步骤708中，向联接到多通道流管的驱动器施加驱动信号。例如，可以从计量器电子器件20通过引线185向驱动器180施加驱动信号。驱动器180可响应于驱动信号而使多通道流管300、400、500以驱动频率ω1108振动。
方法700继续步骤710。在步骤710中，利用附接到多通道流管的敏感元件测量多通道流管的偏转。例如，可用敏感元件170l和/或敏感元件170r测量多通道流管130和130'的偏转。来自敏感元件170l和/或170r的信号可经由引线165l和/或165r传输到计量器电子器件20。
方法700可通过使用高频ω来防止在更大范围的多相流体中分离来提供改进的测量准确度，所述多相流体包括流量计中的各种本体流体和颗粒尺寸。
图8描绘了根据示例的方法800。可执行方法800以利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体。
步骤802和804类似于上述步骤602和604。方法800继续步骤806。在步骤806中，利用附接到多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转，其中流体具有声速c，并且两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 为：
Figure 968024DEST_PATH_IMAGE022
。
例如，可利用附接到多通道流管的敏感元件170l和/或170r来测量多通道流管300、400、500的偏转。所述两个或更多个流体通道302、402、502中的至少一者包括有效直径d eff 308、408、508，其可如方程4中所描述的那样确定。
方法800可通过防止在更大范围的流体和计量器频率组合中的VOS误差来提供改进的测量准确度。
图9描绘了根据示例的方法900。可执行方法900以利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体。方法900开始于步骤902。在步骤902中，接收流体的声速c。在示例中，声速c可以由用户输入、保存在存储器中、或者经由诸如科里奥利质量流量计的另一个仪器接收。
步骤904类似于如上文参考方法700所描述的步骤704。
方法900继续步骤906。在步骤906中，确定驱动频率ω，其中，
Figure 715400DEST_PATH_IMAGE023
。例如，驱动频率ω 1108可以如关于方程6所描述的那样来计算。
步骤908和910类似于步骤708和710，如上文关于方法700所述。
方法900可通过使用频率ω防止更大范围的流体中的VOS误差来提供改进的测量准确度。
图10描绘了根据示例的方法1000。可执行方法1000以利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体。
步骤1002和1004类似于上述步骤602和604。方法1000继续步骤1006。在步骤1006中，利用附接到多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转，其中，多通道流管具有有效管长度L，并且所述两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 为：
Figure 597906DEST_PATH_IMAGE024
。有效直径d eff 使用上述方程7来确定。
方法1000可通过防止较大计量器中的流动剖面效应来提供改进的测量准确度，并且可允许在仍避免流动剖面效应的的同时实现进一步紧凑的设计。
本文公开的装置和方法可通过首先防止分离的物理效应、VOS误差和流动剖面误差来提供流体测量的改进的准确度。因此，多通道流管300、400和500可提供与单通道流管（即，不具有两个或更多个流体通道302、402、502的流管）类似的容量，同时实现与较小有效直径相关的益处。
上述示例的详细描述不是发明人设想的在本申请的范围内的所有示例的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到，上述示例的某些元件可以以各种方式组合或省去以产生另外的示例，并且这样的另外的示例落入本申请的范围和教导内。对于本领域普通技术人员来将明显的是可以将上述示例整体或部分地组合，以产生本申请的范围和教导内的附加示例。因此，本申请的范围应当由以下权利要求确定。

Claims (14)

1.一种利用包括多通道流管的振动流量计来测量流体的方法，所述方法包括：
使所述流体流入所述多通道流管中的两个或更多个流体通道中，所述两个或更多个通道由管周边壁和沿着所述管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部形成；
向联接到所述多通道流管的驱动器施加驱动信号，所述驱动器被配置成响应于所述驱动信号使所述多通道流管振动；以及
利用附接到所述多通道流管的敏感元件来测量多通道流管的偏转，其中，所述多通道流管具有有效管长度L，并且所述两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff 为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体是多相流体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个或更多个流体通道中的每一者至少在第一维度上具有所述有效直径d eff 。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个或更多个流体通道中的至少一者在第一维度和第二维度上具有有效直径d eff 。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个流体通道的有效直径d eff 小于0.3英寸。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述多通道流管的管周边壁是圆形的。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个通道分隔部是笔直的。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个通道分隔部是圆形的。
9.一种包括多通道流管（300、400、500）的振动计（5），所述振动计包括：
敏感元件（170l、170r），其附接到所述多通道流管；
驱动器（180），其联接到所述多通道流管，所述驱动器被配置成使所述多通道流管振动；
所述多通道流管包括两个或更多个流体通道（302、402、502），其由管周边壁（304、404、504）和沿着所述管周边壁的至少一部分延伸的一个或多个通道分隔部（306、406、506）形成，所述多通道流管具有有效管长度L，并且所述两个或更多个流体通道中的至少一者的有效直径d eff （1114）为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
10.根据权利要求9所述的振动计，其中，所述两个或更多个流体通道中的每一者在第一维度上具有有效直径d eff 。
11.根据权利要求9所述的振动计，其中，所述两个或更多个流体通道中的至少一者在第一维度和第二维度上具有有效直径d eff 。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的振动计，其中，所述一个或多个通道分隔部是笔直的。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的振动计，其中，所述一个或多个通道分隔部是圆形的。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的振动计，其中，所述两个或更多个流体通道的有效直径d eff 小于0.3英寸。
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