CN112119287A - 用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备以及用于操作上述的方法 - Google Patents

用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备以及用于操作上述的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112119287A
CN112119287A CN201980032690.XA CN201980032690A CN112119287A CN 112119287 A CN112119287 A CN 112119287A CN 201980032690 A CN201980032690 A CN 201980032690A CN 112119287 A CN112119287 A CN 112119287A
Authority
CN
China
Prior art keywords
eigenfrequency
medium
oscillator
density
oscillation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980032690.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112119287B (zh
Inventor
朱浩
阿尔弗雷德·里德
林遥婴
罗伯特·拉拉
赖因哈德·胡贝尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of CN112119287A publication Critical patent/CN112119287A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112119287B publication Critical patent/CN112119287B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8436—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details signal processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8422—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details exciters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8427—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8431—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details electronic circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
    • G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
    • G01F1/8472—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane
    • G01F1/8477—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane with multiple measuring conduits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

本发明涉及用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备(100)，包括：振荡器(10)，其具有至少一个用于输送介质的且可振荡的测量管(14)，该振荡器具有至少一种振荡模式，其本征频率取决于介质的密度；激励器(17)，其用于激励振荡模式；至少一个振荡传感器(18、19)，其用于记录振荡器(10)的振荡；以及操作和评估电路(30)，其被设计为向激振器提供激励信号，获取来自振荡传感器的信号，基于来自振荡传感器的信号确认振荡器的本征频率的当前值以及本征频率的变化，并确定表征介质的密度变化的值，其中该值取决于与本征频率的变化成比例并具有取决于本征频率的归一化的函数。

Description

用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备 以及用于操作上述的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备以及一种表征多相介质的方法，其中该测量设备具有至少一个可与该介质接触的振荡器，并且具有至少一种振荡模式，其本征频率取决于介质的密度ρ。这种振荡器可包括单个可振荡的测量管或一对或多对输送介质的可振荡测量管。
背景技术
多相介质可能相当不均匀，尤其是在含气液体的情况下，当气体不是以微气泡的形式溶解在液相中，而是以自由气泡的形式存在于液相中时。自由气泡的存在可能是介质的基本属性，在给定情况下，可能非常感兴趣以定性和/或定量检测。从不均匀介质所流过的测量设备的角度来看，不均匀性表现为密度变化dρ/dt。这些导致振荡器的振荡频率的变化df/dt，其与密度变化dρ/dt相关。因此，对振荡器的振荡频率df/dt的变化的分析提供了一种用于分析密度变化的方法，并且由此提供了一种在给定流量的情况下对介质的不均匀程度的指示。
考虑到本发明领域中可用的测量设备类型的多样性，对于不同的测量设备类型需要做出很大的努力来达到关于自由气泡发生的可比较的确定。为此，通常需要进行一系列的测量，在这些测量中，在每种情况下向测量设备提供包含自由气泡的介质，并且根据自由气泡的浓度，例如根据气体体积分数或气体空隙率GVF，记录观察到的振荡器的频率变化。然后，实施算法，该算法将观察到的频率变化与介质的不均匀性尤其是其气体体积分数相关。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种测量设备和方法，其能够更简单地实施密度变化的分析，更多地独立于与测量设备的特定形式。
本发明的目的通过独立权利要求1中限定的测量设备和独立权利要求12中限定的方法来实现。
本发明的用于确定流动的可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备包括振荡器，该振荡器具有至少一个用于输送介质的测量管，并且具有至少一种振荡模式，其本征频率取决于介质的密度；激励器，用于激励振荡模式；以及至少一个振荡传感器，用于记录振荡器的振荡；以及操作和评估电路，其适于向激振器提供激励信号，记录振荡传感器的信号，基于振荡传感器的信号确认振荡器的本征频率的当前值以及本征频率的变化，并确定表征介质的密度变化的值，其中该值取决于与本征频率的变化成比例并具有取决于本征频率的归一化的函数。
通常，可以根据以下公式基于振荡模式的模式特定本征频率fi来确定介质的密度ρ：
Figure BDA0002779657540000021
系数c0,i和c1,i是模式特定系数，优选地针对每种测量设备类型或每种测量设备来确认。系数c0,i受输送介质的测量管的质量的影响，而系数c1,i取决于测量管的模式特定刚度。系数c0,i通常为负。
在本发明的另一发展中，该函数与本征频率的变化和本征频率的倒数的三次方成比例。在本发明的该进一步发展的实施例中，在振荡器的振荡模式属于本征频率的情况下，该函数还与振荡器的模态刚度成比例，尤其是与系数c1,i成比例。
在本发明的另一发展中，该函数与本征频率的变化和本征频率的倒数成比例。在本发明的该进一步发展的实施例中，在振荡模式属于本征频率的情况下，函数与惯性项成比例，该惯性项尤其具有密度和与振荡器的模态有效质量成比例的项的和。
该和尤其可以具有ρ+|c0,i|的形式。为该和中的密度选择的可以是，例如，特定介质的典型常数、或平均密度值，该平均密度值尤其是用比用于确认当前密度测量值的时间常数大十倍，尤其是大一百倍的时间常数确定的。
测量管或多个测量管在静止位置中可以是直的或弯曲的。弯曲的测量管优选地具有垂直于由其中心线限定的测量管平面的镜面对称性S2或旋转对称性C2。
在专利申请DE 10 2017 012 058.7中公开了一种具有恰好一个弯曲的、可振荡的测量管的振荡器，该测量管具有垂直于测量管平面的镜面对称性S2或C2对称性，该专利申请截止本申请的最早申请日尚未公开。可以激励测量管以不同的模式特定本征频率fi在不同的振荡模式中振荡。从根本上说，可以基于这些本征频率中的任何一个确定在测量管中流动的介质的密度。当例如由于液体介质中的自由气泡而发生频率变化时，本发明允许基于频率变化可靠地表征介质，并且实际上与所使用的特定振荡模式无关。
在本发明的附加实施例中，振荡器包括一对用于输送介质的可振荡的测量管。由于根据本发明对频率变化的分析，在这种情况下，也可以发生介质的简单的、独立于频率的表征。
在本发明的另一实施例中，测量设备包括两个相互独立的振荡器，其在各种情况下都有一对测量管，其中，这两个振荡器对于弯曲振荡期望模式具有不同的期望模式本征频率。在本发明的该实施例的情况下，根据本发明的用于表征介质的频率变化的分析具有特殊的意义。通常，弯曲的测量管被定向为使得测量管是可倒空的，因此测量管弯曲朝上，其中，尤其是具有两个较长的测量管的第一振荡器布置在具有两个较短的测量管的第二振荡器上方，其中，这两个振荡器的测量管基本平行延伸，并且入口端和出口端被加入歧管中。与针对对应的弯曲振荡期望模式的第二振荡器相比，针对弯曲振荡期望模式的第一振荡器的本征频率更低。在WO 2016 107 694 A1中公开了这种测量设备。由于振荡器彼此叠置并且浮力作用于自由气泡，因此与第二谐振器相比，自由气泡可以在第一谐振器的测量管中富集。根据本发明的频率变化的分析使得能够可靠地检测第一振荡器中的自由气泡的相对富集，尽管本征频率不同，从而能够获得宝贵的对介质中自由气泡的流动性的指示。
在本发明的另一实施例中，测量设备包括两个耦合的振荡器，其在各种情况下都具有一对测量管，其中，耦合的振荡器具有相等的相位和相反的相位弯曲振荡期望模式，该模式在各种情况下都具有不同的期望模式本征频率。在专利申请DE 10 2016 125 615.3中公开了这种测量设备，该专利申请截止本申请的最早提交日期尚未公开。根据本发明的频率变化的分析可以在两个期望模式本征频率下执行，并且使得能够独立于频率来表征介质。
在本发明的进一步发展中，表征介质的值包括用于对介质进行分类的指标。
基于入口侧振荡传感器和出口侧振荡传感器之间的相位差，以已知的方式确定介质的质量流量的测量值。例如可以基于激励信号和振荡传感器的信号之间的振幅比，以已知的方式发生确定介质的粘度测量值。在本发明的进一步发展中，操作和评估电路适于将评估与密度测量值、质量流量测量值和/或粘度测量值相关联，该评估取决于表征密度变化的值，并且，例如，该评估指示介质的不均匀程度。
本发明的用于确定，尤其是利用本发明的测量设备来确定，可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的方法包括：激励和记录提供有介质的振荡器的至少一种振荡模式的振荡，其中至少一种振荡模式的本征频率取决于介质的密度；确认振荡器的本征频率的当前值的序列以及本征频率的变化；以及确定表征介质的密度变化的值，其中该值取决于与本征频率的变化成比例并具有取决于本征频率的归一化的函数。
在本发明的方法的进一步发展中，该函数与本征频率的变化和本征频率的倒数的三次方成比例。在本发明的该进一步发展的实施例中，在振荡器的振荡模式属于本征频率的情况下，该函数进一步与振荡器的模态刚度成比例。
在本发明的方法的进一步发展中，在振荡器的振荡模式属于本征频率的情况下，该函数与本征频率的变化、本征频率的倒数、以及密度和振荡器的模态有效质量的和的倒数值成比例。
在本发明的方法的进一步发展中，表征介质的值包括用于对介质进行分类的指标，尤其是用于针对其气体负荷对介质进行分类的指标。
附图说明
现在将基于在附图中示出的实施例的示例来描述本发明，其图如下所示：
图1a是本发明的密度计的实施例的第一示例的示意图；
图1b是本发明的密度计的实施例的第二示例的示意图；
图1c是本发明的密度计的实施例的第三示例的示意图；
图1d是本发明的密度计的实施例的第四示例的示意图；以及
图2是本发明的方法的实施例的第一示例的流程图。
具体实施方式
图1a至1d中示出的质量流量计根据科里奥利力原理工作并且就其测量换能器的结构而言都是众所周知的。在给定的介质密度下，这些测量换能器的振荡器具有不同的本征频率。通过进一步发展成为本发明的密度计，这些设备可以以可相比较的方式表征介质的密度变化。
图1a中所示的本发明的测量设备1的实施例的第一示例具有振荡器10，该振荡器10包括一对平行的、可振荡的测量管14，测量管14在入口端法兰11和出口端法兰12之间延伸，其中每个法兰包括歧管，该歧管视情况而用作分流管或集流器。因此，测量管14与歧管连接。歧管通过刚性壳体15连接在一起，使得在振荡器的弯曲振荡期望模式的振荡频率范围内，有效地抑制了与测量管连接的歧管的振荡。测量管10与入口侧节点板20和出口侧节点板21刚性连接，其中，节点板限定了由这两个测量管14形成的振荡器10的振荡节点，并由此极大地建立了弯曲振荡期望模式的频率。通过作用在两个测量管14之间的电动激励器17激励振荡器110以振荡，其中，借助两个振荡传感器18、19来检测振荡，该传感器18、19记录测量管14相对于彼此的移动。激励器17由操作和评估电路30来操作，该操作和评估电路30还记录和评估振荡传感器的信号，以便确认密度测量值以及在给定情况下的质量流量测量值。本发明的操作和评估电路30同样适于基于频率变化来确认并发信号通知密度变化。
图1b所示的本发明的测量设备100的实施例的第二示例具有振荡器110，该振荡器包括一对平行的、可振荡的测量管114，该测量管114在入口侧歧管120和出口侧歧管120之间延伸。测量管14与歧管连接。与每个歧管相邻的是用于将测量设备100安装到管道中的法兰122。歧管120通过刚性支撑管124连接在一起，使得在振荡器110的弯曲振荡期望模式的振荡频率范围内有效地抑制了与测量管114连接的歧管的振荡。测量管114在各种情况下都借助两个节点板132、134在入口侧和出口侧上刚性地连接在一起，其中，节点板限定了由两个测量管114形成的振荡器110的振荡节点，并由此极大地建立了弯曲振荡期望模式的频率。与实施例的第一示例中的情况相比，相对于在节点板132内部之间的纵向距离w，测量管114具有明显更高的、高度为h的测量管弯曲。为此，在各种情况下，与歧管120邻接地，测量管在入口端和出口端处都具有朝上的弧形部分118，其从支撑管124的空腔126引出。在各种情况下，弧形部分118后面的是笔直部分116，其中笔直部分通过弧形的中央部分115连接。两个测量管的中央部分115在各种情况下都具有环形的加强元件151、152、153，以便最小化测量设备对压力变化的交叉敏感性。实施例的第二示例的测量管114的形状被优化以最大化密度测量的准确性。然而，在可比较的弯曲振荡模式的情况下，与实施例的第一示例相比，测量管114的较高的弯曲导致明显较低的本征频率。
使用作用在两个测量管114之间的电动激励器140激励振荡器110以振荡，其中，借助两个振荡传感器142来检测振荡，该传感器142记录测量管114的相对移动。激励器140由操作和评估电路130来操作，该操作和评估电路130还记录和评估振荡传感器的信号，以便确认密度测量值以及在给定情况下的质量流量测量值。本发明的操作和评估电路130同样适于基于频率变化来确认并发信号通知密度变化。
图1c所示的本发明的测量设备200的实施例的第三示例具有：第一振荡器，该第一振荡器包括第一对平行的、可振荡的测量管210a和210b；以及第二振荡器，该第二振荡器包括第二对平行的、可振荡的测量管210c和210d。所有测量管在它们所连接的入口侧和出口侧歧管220之间延伸，其中，歧管220在各种情况下都邻接法兰222，该法兰222用于将测量设备200插入管道中。歧管220通过刚性支撑管224连接在一起，使得在振荡器的弯曲振荡期望模式的振荡频率范围内有效地抑制了与测量管连接的歧管的振荡。与第二振荡器的测量管相比，第一振荡器的测量管具有明显更高的测量管弯曲，因此第一振荡器的弯曲振荡模式的本征频率明显低于对应的第二振荡器的弯曲振荡模式的本征频率。在各种情况下，使用作用在振荡器的两个测量管之间的电动激励器激励振荡器以振荡，其中，在各种情况下，借助两个振荡传感器来检测振荡，该振荡传感器记录测量管的相对移动。通过操作和评估电路230向激励器(未示出)馈送激励信号，其中，操作和评估电路230还配备用于记录和评估振荡传感器(同样未示出)的信号，以便确认密度测量值以及在给定情况下的质量流量测量值。本发明的操作和评估电路230同样适于基于频率变化来确认并发信号通知密度变化。
图1d中所示的本发明的测量设备300的实施例的第四示例具有振荡器，该振荡器具有S形的、可振荡的测量管310，该测量管310具有垂直于测量管平面的C2对称性。测量管310的入口端和出口端保持在刚性轴承座321、322中，刚性轴承座321、322部分地锚固在刚性支撑板335上，使得在振荡器的弯曲振荡期望模式的频率范围内有效地抑制了轴承座321、322的振荡。支撑板335经由螺旋弹簧331、332、333、334连接到壳体基座340，并且在振荡器的弯曲振荡期望模式的频率范围内与壳体基座的振荡解耦。在各种情况下，在轴承座321、322上布置有集成式压电激励器和传感器单元351、352，利用该压电激励器和传感器单元351、352可以在测量管平面内并且垂直于测量管平面以弯曲振荡模式激励振荡器。振荡器的弯曲振荡同样可以借助集成式压电激励器和传感器单元351、352进行记录，集成式压电激励器和传感器单元351、352与操作和评估电路330连接。操作和评估电路330为集成式压电激励器和传感器单元351、352馈送激励信号并记录与其振荡相关的传感器信号，以便以此方式确认密度测量值以及在给定情况下的质量流量测量值。本发明的操作和评估电路330同样适于基于频率变化来确认并发信号通知密度变化。在DE 10 2017 012 058.7中详细描述了这种测量设备类型，该案截止本申请的最早申请日尚未公开。弯曲振荡模式的本征频率在几百赫兹到几千赫兹之间。除了此处所示的具有C2对称性的测量管之外，振荡器还可以具有测量管，该测量管具有垂直于测量管平面镜对称性，例如，U型测量管，它同样设置有集成式压电激励器和传感器单元。同样，这种振荡器具有本征频率在几百赫兹和几千赫兹之间的弯曲振荡模式，诸如在DE 10 2017 012 058.7中描述的那样，该案截止本申请的最早申请日尚未公开。
所有描述的实施例的形式的共同点是，在测量设备中可能出现不同的振荡频率，或者在比较设备类型的不同实现方式的情况下，在不实施本发明的情况下，振荡器的不同本征频率将使基于频率变化的密度变化分析比较困难。
介质的密度ρ可根据下式，基于振荡器的模式特定的与密度相关的本征频率fi，借助密度计确认，该密度计具有振荡器，该振荡器包含至少一个用于输送介质的可振荡的测量管：
Figure BDA0002779657540000091
系数c0,i和c1,i是模式特定系数，优选地针对每种测量设备类型或每种测量设备来确认。系数c0，i受输送介质的测量管的质量的影响，而系数c1,i取决于测量管的模式特定刚度。密度相对于时间的导数
Figure BDA0002779657540000092
因此为：
Figure BDA0002779657540000093
密度相对于时间的导数
Figure BDA0002779657540000094
是合适的描述密度变化的方法。为了确认该值，根据本发明，视情况，将观察到的振荡测量管或多个振荡测量管的频率变化量
Figure BDA0002779657540000095
乘以归一化因子
Figure BDA0002779657540000096
这样，建立了评估函数的基础，该评估函数可以以密度变化形式描述介质的不均匀程度，而与密度计的特定类型或其大小无关。在本发明的实施例中，本发明的测量设备的实施例的上述示例的操作和评估电路30；130；230；330被配备为借助上述解释的利用模式特定本征频率的三次方的倒数进行的归一化基于频率变化来提供密度变化：
Figure BDA0002779657540000097
为了说明本发明的效果，使用了申请人的两个科里奥利力质量流量测量设备，即Promass F50和Promass Q50的数据。两者都具有密度测量设备的功能。在气体符合为1％或2％的水性介质的情况下，观察到的本征频率变化
Figure BDA0002779657540000101
相差的因子例如为6.6。在用归一化因子
Figure BDA0002779657540000102
进行归一化之后，对于两个设备，密度变化
Figure BDA0002779657540000103
的值基本上相同。
在本发明的第二实施例中对密度变化
Figure BDA0002779657540000104
进行等效分析。在这种情况下，操作和评估电路适于根据以下公式确认密度变化：
Figure BDA0002779657540000105
为了提供比重变化
Figure BDA0002779657540000106
的大小，根据本发明第三实施例的操作和评估电路适于基于相对频率变化
Figure BDA0002779657540000107
根据公式来确认密度变化：
Figure BDA0002779657540000108
当测量点处的介质密度仅在已知值附近变化几个百分点并且已知在该值范围内时，可以根据以下公式根据相对频率变化来估算比重变化：
Figure BDA0002779657540000109
其中ai是特定于测量点或特定于介质的并且在给定情况下是特定于模式的，恒定的，以使可以使用一种以上的模式来进行密度测量。
现在将基于图2解释本发明的方法的实施例400的示例。
在第一步骤410中，发生尤其是被提供有流动介质的振荡器的至少一种振荡模式的振荡的激励和记录。该至少一种振荡模式的本征频率取决于介质的密度。因此，在控制回路中发生振荡的激励，在该控制回路中控制激励频率，例如，以便最大化振荡幅度，或者以便在激励信号与振荡器的偏转之间保持45°至135°之间的恒定相位角。
在下一步骤420中，记录当前激励频率，其对应于振荡器的本征频率的当前值。分别基于记录的当前激励频率和本征频率，形成这些值的序列，基于这些值的序列，例如，通过合适的数字滤波器来确认本征频率的变化。
在下一步骤430中，随后利用以上因子之一进行归一化，以便确认测量设备的密度变化值。
在可选步骤440中，可以将如此确认的密度变化值或从中得出的指标值I与测量值X一起输出，该测量值X可以是密度测量值、质量流量测量值或粘度测量值，用于进行测量值X的验证。根据指标I，该指标I例如描述了介质的不均匀程度，可以得出测量值X的有效性如何的结论。

Claims (18)

1.一种用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备(100)，包括：
振荡器(10)，所述振荡器(10)具有至少一个用于输送所述介质的可振荡的测量管(14)，并且具有至少一种振荡模式，所述至少一种振荡模式的本征频率取决于所述介质的密度；
激励器(17)，所述激励器(17)用于激励所述振荡模式；
至少一个振荡传感器(18、19)，所述至少一个振荡传感器(18、19)用于记录所述振荡器(10)的振荡；以及
操作和评估电路(30)，所述操作和评估电路(30)适于向所述激振器提供激励信号，记录所述振荡传感器的信号，基于所述振荡传感器的所述信号确认所述振荡器的所述本征频率的当前值以及所述本征频率的变化，并且确定表征所述介质的密度变化的值，其中所述值取决于与所述本征频率的变化成比例并具有取决于本征频率的归一化的函数。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述函数与所述本征频率的变化和所述本征频率的倒数的三次方成比例。
3.根据权利要求2所述的测量设备，其中，在所述振荡器的所述振荡模式属于所述本征频率的情况下，所述函数另外与所述振荡器的模态刚度成比例。
4.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述函数与所述本征频率的变化以及所述本征频率的倒数成比例。
5.根据权利要求4所述的测量设备，其中，在所述振荡模式属于所述本征频率的情况下，所述函数与惯性项成比例，所述惯性项尤其具有密度和与所述振荡器的模态有效质量成比例的项的和。
6.根据前述权利要求中的一项所述的测量设备，其中，所述测量管是弯曲的并且具有垂直于由其中心线限定的测量管平面的镜面对称性S2或旋转对称性C2。
7.根据权利要求6所述的测量设备，其中，所述操作和评估电路适于激励所述测量管以不同的模式特定频率fi在不同的振荡模式下振荡。
8.根据权利要求5至7中的一项所述的测量设备，其中，所述振荡器具有至少一对用于输送所述介质的可振荡的测量管。
9.根据前述权利要求中的一项所述的测量设备，其中，所述测量设备包括两个相互独立的振荡器，在各种情况下所述振荡器具有一对测量管，其中，所述两个振荡器对于弯曲振荡期望模式具有不同的期望模式本征频率。
10.根据前述权利要求中的一项所述的测量设备，其中，表征所述介质的所述值包括用于对所述介质进行分类的指标，尤其是用于针对其气体负荷对所述介质进行分类的指标。
11.根据前述权利要求中的一项所述的测量设备，其中，所述操作和评估电路适于将评估与密度测量值、质量流量测量值和/或粘度测量值相关联，所述评估取决于表征所述密度变化的所述值，并且例如，所述评估指示所述介质的不均匀程度。
12.一种用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的方法，包括：
激励和记录被提供有所述介质的振荡器的至少一种振荡模式的振荡，其中所述至少一种振荡模式具有取决于所述介质的密度的本征频率；
确认所述振荡器的所述本征频率的当前值的序列以及所述本征频率的变化；以及
确定表征所述介质的密度变化的值，其中所述值取决于与所述本征频率的变化成比例并具有取决于本征频率的归一化的函数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述函数与所述本征频率的变化和所述本征频率的倒数的三次方成比例。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述振荡器的所述振荡模式属于所述本征频率的情况下，所述函数还与所述振荡器的模态刚度成比例。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述函数与所述本征频率的变化以及所述本征频率的倒数成比例。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述函数与所述本征频率的变化成比例，其中在所述振荡模式属于所述本征频率的情况下，所述函数与惯性项成比例，所述惯性项尤其具有密度和与所述振荡器的模态有效质量成比例的项的和。
17.根据权利要求12至16中的一项所述的方法，其中，将评估与密度测量值、质量流量测量值和/或粘度测量值相关联，所述评估取决于表征密度变化的所述值，并且例如，所述评估指示所述介质的不均匀程度。
18.根据权利要求12至17中的一项所述的方法，其中，表征所述介质的值包括用于对所述介质进行分类的指标，尤其是用于针对其气体负荷对所述介质进行分类的指标。
CN201980032690.XA 2018-05-18 2019-04-17 用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备以及用于操作上述的方法 Active CN112119287B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018112002.8A DE102018112002A1 (de) 2018-05-18 2018-05-18 Messgerät zum Bestimmen der Dichte, des Massedurchflusses und/ oder der Viskosität eines fließfähigen Mediums und ein Betriebsverfahren dafür
DE102018112002.8 2018-05-18
PCT/EP2019/059951 WO2019219321A1 (de) 2018-05-18 2019-04-17 MESSGERÄT ZUM BESTIMMEN DER DICHTE, DES MASSEDURCHFLUSSES UND/ODER DER VISKOSITÄT EINES FLIEßFÄHIGEN MEDIUMS UND EIN BETRIEBSVERFAHREN DAFÜR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112119287A true CN112119287A (zh) 2020-12-22
CN112119287B CN112119287B (zh) 2023-12-01

Family

ID=66240140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980032690.XA Active CN112119287B (zh) 2018-05-18 2019-04-17 用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备以及用于操作上述的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210223080A1 (zh)
EP (1) EP3794323B1 (zh)
CN (1) CN112119287B (zh)
DE (1) DE102018112002A1 (zh)
WO (1) WO2019219321A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019003075A1 (de) 2019-04-30 2020-11-05 Endress+Hauser Flowtec Ag Messgerät zum Charakterisieren eines inhomogenen, fließfähigen Mediums
DE102019115215A1 (de) 2019-06-05 2020-12-10 Endress+Hauser Flowtec Ag Messgerät zum Bestimmen der Dichte, des Massedurchflusses und/ oder der Viskosität einer mit Gas beladenen Flüssigkeit, Prozessanlage mit einem solchen Messgerät, und Verfahren zum Überwachen einer mit Gas beladenen Flüssigkeit
DE102019135299A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren dient zur Charakterisierung der Gasbeladung eines Mediums und Dichtemessgerät dafür
DE102020131769A1 (de) * 2020-12-01 2022-06-02 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Bestimmen eines Dichtemesswerts und Coriolis-Massedurchflussmessumformer zur Durchführung des Verfahrens

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1274835A (zh) * 1999-05-20 2000-11-29 安德雷斯和霍瑟·弗罗泰克有限公司 测量气流或汽流的质量流率的方法
CN1467485A (zh) * 2003-04-04 2004-01-14 合肥工业大学 基于aff和sga的科氏质量流量计数字信号处理系统
DE102004053883A1 (de) * 2004-11-04 2006-05-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßaufnehmer vom Vibrationstyp
US7360453B2 (en) * 2005-12-27 2008-04-22 Endress + Hauser Flowtec Ag In-line measuring devices and method for compensation measurement errors in in-line measuring devices
US20090064796A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Berkin B.V. Coriolis type flow measuring system with analog to digital converters having an adjustable sampling frequency
CN101595372A (zh) * 2006-12-21 2009-12-02 Abb专利有限公司 操作振动型测量仪器的方法及对应仪器
DE102009002941A1 (de) * 2009-05-08 2010-11-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Detektieren einer Verstopfung in einem Coriolis-Durchflussmessgerät
WO2012136671A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-11 Endress+Hauser Flowtec Ag MEßWANDLER VOM VIBRATIONSTYP SOWIE VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
CN103534558A (zh) * 2010-11-11 2014-01-22 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 具有振动型测量变送器的测量系统
DE102016112002A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-04 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Bestimmen eines physikalischen Parameters eines kompressiblen Mediums mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp und Messaufnehmer zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US20190154486A1 (en) * 2016-06-30 2019-05-23 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for operating a measuring transducer of vibration-type

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2350426B (en) * 1999-05-25 2002-08-28 Abb Instrumentation Ltd Vibrating tube meter
US7299705B2 (en) * 2003-07-15 2007-11-27 Cidra Corporation Apparatus and method for augmenting a Coriolis meter
US7284449B2 (en) * 2004-03-19 2007-10-23 Endress + Hauser Flowtec Ag In-line measuring device
AR071525A1 (es) * 2008-05-01 2010-06-23 Micro Motion Inc Caudalimetro vibratorio de muy baja frecuencia
DE102015104931A1 (de) 2014-12-31 2016-06-30 Endress + Hauser Flowtec Ag Coriolis-Massedurchfussmessgerät mit vier gebogenen Messrohren
DE102016125615A1 (de) 2016-12-23 2018-06-28 Endress + Hauser Flowtec Ag Messaufnehmer vom Vibrationstyp zum Messen der Dichte und/oder des Massedurchflusses eines Mediums
US10591934B2 (en) * 2018-03-09 2020-03-17 Lam Research Corporation Mass flow controller for substrate processing

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1274835A (zh) * 1999-05-20 2000-11-29 安德雷斯和霍瑟·弗罗泰克有限公司 测量气流或汽流的质量流率的方法
CN1467485A (zh) * 2003-04-04 2004-01-14 合肥工业大学 基于aff和sga的科氏质量流量计数字信号处理系统
DE102004053883A1 (de) * 2004-11-04 2006-05-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßaufnehmer vom Vibrationstyp
US7360453B2 (en) * 2005-12-27 2008-04-22 Endress + Hauser Flowtec Ag In-line measuring devices and method for compensation measurement errors in in-line measuring devices
CN101595372A (zh) * 2006-12-21 2009-12-02 Abb专利有限公司 操作振动型测量仪器的方法及对应仪器
US20090064796A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Berkin B.V. Coriolis type flow measuring system with analog to digital converters having an adjustable sampling frequency
DE102009002941A1 (de) * 2009-05-08 2010-11-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Detektieren einer Verstopfung in einem Coriolis-Durchflussmessgerät
CN103534558A (zh) * 2010-11-11 2014-01-22 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 具有振动型测量变送器的测量系统
WO2012136671A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-11 Endress+Hauser Flowtec Ag MEßWANDLER VOM VIBRATIONSTYP SOWIE VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
DE102016112002A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-04 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Bestimmen eines physikalischen Parameters eines kompressiblen Mediums mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp und Messaufnehmer zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US20190154486A1 (en) * 2016-06-30 2019-05-23 Endress+Hauser Flowtec Ag Method for operating a measuring transducer of vibration-type

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAN-GUO ZHANG, KE-JUN XU, SHUAI DONG, ZHENG LIU, QI-LI HOU, ZHENG-YU FANG: "Mathematical model of time difference for Coriolis flow sensor output signals under gas-liquid two-phase flow", pages 345 - 354 *
郭仪: "科氏流量计的研究与实现" *

Also Published As

Publication number Publication date
US20210223080A1 (en) 2021-07-22
EP3794323A1 (de) 2021-03-24
WO2019219321A1 (de) 2019-11-21
EP3794323B1 (de) 2023-05-10
DE102018112002A1 (de) 2019-11-21
CN112119287B (zh) 2023-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112119287B (zh) 用于确定可流动介质的密度、质量流量和/或粘度的测量设备以及用于操作上述的方法
US7296484B2 (en) In-line measuring device
EP2724125B1 (en) Vibratory flow meter and zero check method
US7360453B2 (en) In-line measuring devices and method for compensation measurement errors in in-line measuring devices
US7360452B2 (en) In-line measuring devices and method for compensation measurement errors in in-line measuring devices
US7412903B2 (en) In-line measuring devices and method for compensation measurement errors in in-line measuring devices
JP5509328B2 (ja) 移送最中の流体のためのメーター電子機器および流体定量化方法
JP5315360B2 (ja) 振動式流れデバイスに生じるプロセス外乱を検出するためのシステム、方法およびコンピュータプログラム製品
RU2369842C2 (ru) Встроенные в трубопровод измерительные устройства и способ компенсации погрешностей измерений во встроенных в трубопровод измерительных устройствах
CA2559564C (en) In-line measuring device
KR102042008B1 (ko) 유량계 측정 신뢰도 결정 디바이스들 및 방법들
EP2026042A1 (en) In-line measuring devices and method for compensating measurement errors in in-line measuring devices
JP2014522972A5 (zh)
RU2602733C1 (ru) Обнаружение изменения площади сечения расходомерного флюидного трубопровода вибрационного измерителя посредством определения жесткости поперечной моды
US11933807B2 (en) 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
JP2013512452A (ja) 振動式流量計の摩擦補償
US20240210295A1 (en) Density meter having at least one measuring tube, and method for operating and method for adjusting a density meter of this type
JP2023166540A (ja) 流動蒸気圧装置および関連方法
JP7170049B2 (ja) 溶解を監視する方法及び装置
US12117325B2 (en) Measuring device and method for characterizing a non-homogeneous, flowable medium
CN117355730A (zh) 科里奥利质量流量计和监测科里奥利质量流量计的方法
RU2427804C1 (ru) Вибрационный расходомер и способ для введения поправки на увлеченный газ в текущем материале

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant