CN113260834A - 用于获知载气液体的物理参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助具有用于引导介质的至少一个测量管的测量传感器来获知含气体载量的液体的物理参数的方法，其中，气体尤其是呈悬浮气泡形式存在于液体中，其中，测量管能被激励以至少一种弯曲振荡模式振荡，其中，该方法(100)包括以下步骤：以弯曲振荡模式的固有频率、尤其是弯曲振荡基本模式或f1模式的固有频率来激励测量管(110)；获知在测量管的振荡幅度最小或消失时的被抑制的激励频率(130)；将被抑制的激励频率视为与载气液体的谐振频率相同(140)；获知作为谐振频率的函数的密度校正项(150)，用以校正初步密度测量值，并且/或者获知作为谐振频率的函数的质量流量校正项，用以校正初步质量流量测量值，并且/或者获知作为谐振频率的函数的测量管中的载气液体的声速。

Description

用于获知载气液体的物理参数的方法
技术领域
本发明涉及一种借助具有用于引导载气液体的至少一个测量管的测量传感器来获知载气液体的物理参数的方法，其中，测量管具有入口侧的端部区段和出口侧的端部区段，其中，测量传感器具有至少一个入口侧的固定装置和出口侧的固定装置，借助这些固定装置，测量管分别固定至其中一个端部区段中，其中，测量管能在这两个固定装置之间被激励以进行振荡，其中，根据测量管的振荡行为能确定载气液体的质量流量和密度。然而，质量流量和密度的测量值对载气液体的声速或可压缩性具有交叉敏感性，其随着气体载量增加而增强。因此对这类交叉敏感性进行补偿是值得期待的。
背景技术
由公开文献WO 01/01086 A1公开了一种用于在科里奥利质量流量计中测量质量流量时进行可压缩性补偿的方法。在此，分别以两种不同的模式执行质量流量测量，其中一种是弯曲振荡模式，另一种是径向模式。对借助这两种模式获知的质量流量值进行比较。然而，这样一种手段的问题在于，径向模式振荡对流动剖面和静压有相当大的依赖性。此外，需要比常规两个传感器更多的传感器，才能检测弯曲模式振荡以及径向模式振荡。同时还需要更复杂的激励结构。
在第一近似中，基于fi模式的固有频率fi的载气液体的初步密度值ρi的关系式可以描述为：
Figure BDA0003121298910000011
其中c0i、c1i和c2i是模式相关系数。
然而，上述近似法并未考虑到测量管中振荡的载气液体的影响。振荡的载气液体的谐振频率越逼近弯曲振荡模式的固有频率，对固有频率的影响越大。因为谐振频率通常高于测量管的固有频率，所以对f3弯曲振荡模式的影响大于对f1弯曲振荡模式的影响。这会导致不同的初步模式特定密度值，其中，初步密度值之比提供了获知和校正振荡的载气液体影响的可能性。这在编号DE 10 2015 122 661 A1的公开文献中被描述。然而，如果载气液体的谐振频率与弯曲振荡模式的固有频率一致，则该固有频率完全被抑制。在这种情况下就无法采用上述手段工作。公开文献DE 10 2016 005 547 A1就此情况提出，通过将能被激励的弯曲振荡基本模式的固有频率乘以某一因数来获知被抑制的弯曲振荡基本模式的固有频率的值。这样虽然能够在一定程度上改善了测量精度，但由于待评估的信息包含在频率比中，使得通过将第一固有频率乘以某一无法确切估计的因数来获知未知的第二频率就意味着，最终借助或多或少适用的模型来影响测量结果。
发明内容
因此，本发明的任务是为这种情况提供一种改进的解决方案。
该任务根据本发明通过根据独立权利要求1所述的方法来解决。
根据本发明的方法用于借助具有用于引导介质的至少一个测量管的测量传感器来获知含气体载量的液体的物理参数，其中，气体尤其是呈悬浮气泡形式存在于液体中，其中，至少一个测量管具有入口侧的端部区段和出口侧的端部区段，其中，测量传感器具有至少一个入口侧的固定装置和出口侧的固定装置，测量管借助这些固定装置分别固定至其中一个端部区段中，其中，测量管能在这两个固定装置之间被激励以便以至少一种弯曲振荡模式振荡，其中，该方法包括以下步骤：以弯曲振荡模式的固有频率、尤其是弯曲振荡基本模式或f1模式的固有频率来激励测量管；获知在测量管的振荡幅度最小或消失时的被抑制的激励频率；将被抑制的激励频率视为与载气液体的谐振频率相同；获知作为谐振频率的函数的密度校正项，用以校正初步密度测量值，并且/或者获知作为谐振频率的函数的质量流量校正项，用以校正初步质量流量测量值，并且/或者获知作为谐振频率的函数的测量管中的载气液体的声速。
在本发明一个改进方案中，通过扫描某个频率范围来获知被抑制的激励频率，其中，扫描该频率范围尤其是包括：输出具有处于该频率范围内的激励频率的序列的激励信号用于激励测量管振荡，以及检测与频率相关的振荡幅度。
在本发明一个改进方案中，被抑制的激励频率借助以下方式来获知：借助白噪声形式的激励信号来激励振荡；检测所得的与时间相关的测量管偏移；尤其是借助FFT，将与时间相关的测量管偏移变换到频域中；获知在幅度最小值时的频率；并且将所获知的频率视为与被抑制的激励频率相同。
在本发明一个改进方案中，该方法还包括：获知在被激励的弯曲振荡模式的固有频率下的初步密度测量值和/或初步质量流量测量值，以及通过使用密度校正项和/或质量流量校正项来获知经校正的密度测量值和/或经校正的质量流量测量值，其中，密度校正项和/或质量流量校正项是谐振频率和被激励的弯曲振荡模式的固有频率的函数，在该固有频率中已获知了初步密度测量值和/或初步质量流量测量值。
在本发明一个改进方案中，初步密度值的密度校正项Ki和/或质量流量校正项是载气液体的谐振频率与被激励的弯曲振荡模式的固有频率之商的函数，在该固有频率中已获知了初步密度测量值和/或质量流量测量值。
在本发明一个改进方案中，基于fi模式的固有频率的初步密度值ρi的密度校正项Ki具有以下算式：
Figure BDA0003121298910000041
其中，
Figure BDA0003121298910000042
其中，r是与介质无关的常数，fres是载气液体的谐振频率，fi是被激励的弯曲振荡模式的固有频率，ρcorr、ρi是经校正的密度和初步密度，并且b是比例常数。在该改进方案的一个设计方案中，适用的是：r/b<1，尤其是r/b<0.9，其中，尤其是适用：b＝1。
在本发明一个改进方案中，g是依赖于测量管的直径的、载气液体的谐振频率fres与载气液体的声速之间的比例因数，其中适用的是：
Figure BDA0003121298910000043
并且输出根据该算式获知的声速值。
在本发明一个改进方案中，基于fi模式的固有频率的初步密度值借助1/fi多项式、尤其是(1/fi)2多项式来确定，其中，该多项式的系数与模式相关。
在本发明一个改进方案中，对于基于fi模式的固有频率的初步密度值的密度误差Eρi，适用的是：
Eρi：＝Ki-1，
其中，初步质量流量值的质量流量误差Em与第一初步密度值的密度误差Eρ1成比例，即：
Em：＝k·Eρ1，
其中，比例因数k不小于1.9且不大于2.1，
其中，比例因数k尤其为2，
其中，对于质量流量的质量流量校正项Km，适用的是：
Km：＝1+Em，
其中，经校正的质量流量
Figure BDA0003121298910000051
被获知为：
Figure BDA0003121298910000052
其中，
Figure BDA0003121298910000053
是初步质量流量值。
在本发明一个改进方案中，激励f1模式和f3模式，其中，获知它们的固有频率，其中，依赖于所获知的固有频率来确认搜索被抑制的激励频率时的频率范围。
在本发明一个改进方案中，提供参考密度，尤其是液相介质的参考密度，其中，依赖于参考密度和可能的f1模式的固有频率来确认搜索被抑制的激励频率时的频率范围。
附图说明
现将结合附图中描述的实施例对本发明予以详述。图中：
图1：示出根据本发明的方法的实施例的流程图；
图2a：示出在根据图1的实施例中的用于获知被抑制的激励频率的第一设计方案的流程图；以及
图2b：示出在根据图1的实施例中的用于获知被抑制的激励频率的第二设计方案的流程图。
具体实施方式
图1中示出根据本发明的用于确定密度值的方法100的实施例，该方法开始于步骤110，其中，激励弯曲振荡模式，尤其是f1模式，其又称为弯曲振荡基本模式。
然后，例如通过将振荡幅度与模式特定激励功率之比取最大，确定被激励的弯曲振荡模式的、例如f1模式的固有频率。通过改变激励频率，可以获知所搜索的固有频率。
然后，在步骤120中，基于所获知的固有频率fi，将初步密度测量值ρ1确定为：
Figure BDA0003121298910000061
其中c0i、c1i和c2i是与模式相关的系数。
在步骤130中，确定被抑制的激励频率，这将在下面参照图2a和图2b详述，在步骤140中，将该被抑制的激励频率设定为测量管中的载气液体的谐振频率fres的值。
在步骤150中，基于测量管的固有频率fi和谐振频率fres，确定用于密度测量的密度校正项。
最后，在步骤160中，借助该校正项确定经校正的密度值。
图2a示出用于获知被抑制的激励频率的方法步骤的第一实施方式130a。
在其中预期有被抑制的激励频率的频率范围内，以激励频率的序列激励振荡131a。为了识别频率范围，例如基于初步密度和液体密度的参考值，可以粗略估计介质的谐振频率，然后围绕该估计值选择频率范围。通过类似方式，可以根据例如f1模式和f3模式的谐振频率之比来估计谐振频率。
针对每个激励频率，都检测与频率相关的振荡幅度132a。
然后，在以此方式建立的振荡幅度频谱中，获知幅度最小值，将其识别为被抑制的激励频率133a。
图2b示出用于获知被抑制的激励频率的方法步骤的第二实施方式130b。
这里，以白噪声形式的激励信号来同时激励全部频率的振荡131b，然后检测振荡偏移的随时间变化的序列132b。用傅立叶变换、尤其是FFT将随时间变化的序列变换到频域中133b，在频域中于是如前所述获知作为频率函数的幅度最小值，并且将其识别为被抑制的激励频率134b。针对每个激励频率，都检测与频率相关的振荡幅度132a。
为了根据步骤150确定密度校正项Ki，将谐振频率fres和用于获知初步密度值的固有频率fi插入下式：
Figure BDA0003121298910000071
其中，fi是用来确定初步ρi密度测量值时的未被抑制的弯曲振荡模式的固有频率。其中，r是常数，这里，其值为0.84。
最后，在图1中的方法的步骤160中，根据下式来计算经校正的密度测量值ρcorr：
Figure BDA0003121298910000072
即，将初步密度值ρi除以校正项Ki，以获得经校正的密度值ρcorr。

Claims (13)

1.用于借助具有用于引导介质的至少一个测量管的测量传感器来获知含气体载量的液体的物理参数的方法，其中，所述气体尤其是呈悬浮气泡形式存在于液体中，
其中，所述至少一个测量管具有入口侧的端部区段和出口侧的端部区段，
其中，所述测量传感器具有至少一个入口侧的固定装置和出口侧的固定装置，借助这些固定装置，所述测量管分别固定至其中一个端部区段中，其中，所述测量管能在这两个固定装置之间被激励以便以至少一种弯曲振荡模式振荡，其中，所述方法(100)包括以下步骤：
以弯曲振荡模式的固有频率、尤其是弯曲振荡基本模式或f1模式的固有频率来激励所述测量管(110)；
获知在所述测量管的振荡幅度最小或消失时的被抑制的激励频率(130)；
将所述被抑制的激励频率视为与载气液体的谐振频率相同(140)；
获知作为谐振频率的函数的密度校正项(150)，用以校正初步密度测量值，并且/或者获知作为谐振频率的函数的质量流量校正项，用以校正初步质量流量测量值，并且/或者获知作为谐振频率的函数的所述测量管中的载气液体的声速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过扫描某个频率范围来获知所述被抑制的激励频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，扫描所述频率范围包括：输出具有处于所述频率范围内的激励频率的序列的激励信号用于激励测量管振荡，以及检测与频率相关的振荡幅度。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述被抑制的激励频率借助以下方式来获知：
利用白噪声形式的激励信号来激励振荡；
检测所得的与时间相关的测量管偏移；
尤其是借助FFT，将所述与时间相关的测量管偏移变换到频域中；
获知幅度最小值时的频率；并且
将获知的频率视为与所述被抑制的激励频率相同。
5.根据上述权利要求中任一项的方法，进一步包括：
获知在被激励的弯曲振荡模式的固有频率下的初步密度测量值和/或初步质量流量测量值，并且通过使用所述密度校正项和/或所述质量流量校正项来获知经校正的密度测量值和/或经校正的质量流量测量值，其中，
所述密度校正项和/或所述质量流量校正项是谐振频率和被激励的弯曲振荡模式的在其下已获知了所述初步密度测量值和/或所述初步质量流量测量值的固有频率的函数。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，针对初步密度值的密度校正项Ki和/或质量流量校正项是所述载气液体的谐振频率与被激励的弯曲振荡模式的在其下已获知了所述初步密度测量值和/或质量流量测量值的固有频率之商的函数。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于fi模式的固有频率的初步密度值ρi的密度校正项Ki具有以下算式：
Figure FDA0003121298900000021
其中，
Figure FDA0003121298900000022
其中，r是与介质无关的常数，fres是所述载气液体的谐振频率，fi是被激励的弯曲振荡模式的固有频率，ρcorr、ρi是经校正的密度和初步密度，并且b是比例常数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，适用的是：
r/b＜1，尤其是r/b＜0.9，
其中，尤其是适用的是：b＝1。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，g是与所述测量管的直径相关的、所述载气液体的谐振频率fres与所述载气液体的声速之间的比例因数，其中适用的是：
Figure FDA0003121298900000031
并且输出根据算式获知的声速值。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所述fi模式的固有频率的初步密度值借助1/fi多项式、尤其是(1/fi)2多项式来确定，其中，所述多项式的系数与模式相关。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，对于基于所述fi模式的固有频率的初步密度值的密度误差Eρi，适用的是：
Eρi：＝Ki-1，
其中，初步质量流量值的质量流量误差Em与第一初步密度值的密度误差Eρ1成比例，即：
Em：＝k·Eρ1，
其中，比例因数k不小于1.9且不大于2.1，
其中，比例因数k尤其为2，
其中，对于质量流量的质量流量校正项Km，适用的是：
Km：＝1+Em，
其中，经校正的质量流量
Figure FDA0003121298900000032
陂获知为：
Figure FDA0003121298900000041
其中，
Figure FDA0003121298900000042
是初步质量流量值。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，激励f1模式和f3模式，并且获知它们的固有频率，并且其中，依赖于所获知的固有频率来确认搜索所述被抑制的激励频率时的频率范围。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供参考密度，尤其是液相介质的参考密度，并且其中，依赖于所述参考密度和可能的f1模式的固有频率来确认搜索所述被抑制的激励频率时的频率范围。
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