專(zhuān)利名稱(chēng)：極高頻振動(dòng)流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)流量計(jì)，并且更具體地涉及一種極高頻振動(dòng)流量計(jì)。
背景技術(shù)：
振動(dòng)流量計(jì)例如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)密度計(jì)通常通過(guò)檢測(cè)含有流動(dòng)或不 流動(dòng)流體的振動(dòng)導(dǎo)管的動(dòng)作來(lái)進(jìn)行工作。與導(dǎo)管內(nèi)的材料有關(guān)的性質(zhì)例如質(zhì)量流量、密 度等可以通過(guò)處理接收自與導(dǎo)管相連的動(dòng)作變送器的測(cè)量信號(hào)來(lái)確定。振動(dòng)材料填充系 統(tǒng)的振動(dòng)模式通常要受到所包含導(dǎo)管以及其中包含材料的總質(zhì)量、硬度和阻尼特性的影 響。典型的振動(dòng)流量計(jì)包括在管路或其他傳輸系統(tǒng)中內(nèi)聯(lián)連接并在系統(tǒng)中輸送材料 例如流體、懸濁液等的一條或多條導(dǎo)管。導(dǎo)管可以被視為具有一套固有振動(dòng)模式，例如 包括簡(jiǎn)單的彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦合模式。在典型的測(cè)量應(yīng)用中，隨著材料流過(guò)導(dǎo)管， 導(dǎo)管被以一種或多種振動(dòng)模式激勵(lì)，并在沿導(dǎo)管間隔開(kāi)的位置測(cè)量導(dǎo)管的動(dòng)作。激勵(lì)通 常由致動(dòng)器提供，例如機(jī)電設(shè)備譬如以周期性方式攝動(dòng)導(dǎo)管的音圈型驅(qū)動(dòng)器。流體密度 可以通過(guò)確定流動(dòng)流體的共振頻率獲得。質(zhì)量流量可以通過(guò)測(cè)量變送器位置處的動(dòng)作之 間的延時(shí)或相位差而確定。通常使用兩個(gè)這樣的變送器(或敏感元件傳感器)，目的是 為了測(cè)量一條或多條流量管的振動(dòng)響應(yīng)，并且通常都將其設(shè)置在致動(dòng)器上游和下游的位 置。兩個(gè)敏感元件傳感器被通過(guò)線纜例如兩對(duì)獨(dú)立的導(dǎo)線連接至電子設(shè)備。設(shè)備從兩個(gè) 敏感元件傳感器接收信號(hào)并處理信號(hào)，目的是為了得出質(zhì)量流量的測(cè)量值。流量計(jì)被用于對(duì)多種流體流動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量流量和/或密度測(cè)量并對(duì)單相流提供高 精度。使用振動(dòng)流量計(jì)的一個(gè)領(lǐng)域是測(cè)量油井和氣井的輸出。這種井的產(chǎn)品可能是由 多相流構(gòu)成，包括液體而且也包括能夠在流動(dòng)的流體中夾帶的氣體和/或固體。因此油 田中流動(dòng)的流體可以包括例如油、水、空氣或其他氣體、和/或砂粒或其他土壤顆粒。 但是，在振動(dòng)流量計(jì)被用于測(cè)量包含有夾帶的氣體和/或固體的流動(dòng)流體時(shí)，流量計(jì)的 精度可能會(huì)大大下降。即使是對(duì)于這樣的多相流，也非常希望得到的測(cè)量結(jié)果盡可能準(zhǔn) 確。多相流流體可以包括夾帶的氣體，特別是多泡氣流。多相流可以包括夾帶的固 體或夾帶的固體顆粒、混合物例如混凝土等。而且，多相流可以包括例如不同密度的液 體，譬如水和石油組分。各相可以具有不同的密度、粘度或其他性質(zhì)。在多相流中，流量管的振動(dòng)不一定會(huì)使夾帶的氣體/固體完全與流動(dòng)的流體同 相移動(dòng)。這種振動(dòng)異常被稱(chēng)作分離或滑流。例如氣泡可以變得從流動(dòng)的流體中分離， 影響振動(dòng)響應(yīng)以及所有相應(yīng)得出的流動(dòng)特性。小氣泡通常會(huì)在流量計(jì)振動(dòng)時(shí)隨著流動(dòng)的 流體一起移動(dòng)。但是，較大的氣泡在流量管振動(dòng)期間則不會(huì)隨著流動(dòng)的流體一起移動(dòng)。 相反，這些氣泡可以從流動(dòng)的流體中分離并且能夠獨(dú)立移動(dòng)，其中夾帶的氣泡在每一次 振動(dòng)動(dòng)作期間都比流動(dòng)的流體移動(dòng)得更遠(yuǎn)和更快。這會(huì)給流量計(jì)的振動(dòng)響應(yīng)帶來(lái)不利影 響。對(duì)于流動(dòng)的流體內(nèi)夾帶的固體顆粒來(lái)說(shuō)同樣如此，其中隨著顆粒尺寸或振動(dòng)頻率的增加，固體顆粒從流動(dòng)流體的動(dòng)作中分離出來(lái)的可能性也會(huì)越來(lái)越大。甚至在多相流包 括不同密度和/或粘度的液體時(shí)也會(huì)發(fā)生分離。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分離作用會(huì)受到各種因素的影 響，例如流動(dòng)流體的粘度以及例如流動(dòng)流體和異物之間的密度差異。除了由氣泡和顆粒的相對(duì)移動(dòng)造成的問(wèn)題以外，科里奧利流量計(jì)還可能會(huì)遇到 由于聲速(SOS)或可壓縮性在測(cè)量流體中聲速較低或流量計(jì)振動(dòng)頻率較高時(shí)的影響而導(dǎo) 致的精度降低。液體與氣體相比具有較高的聲速，但是最低速度則來(lái)自?xún)烧叩幕旌衔铩?即使是液體中夾帶少量氣體也會(huì)導(dǎo)致混合物中的聲速明顯降低，低于在其中任何一相中 的聲速。流量管的振動(dòng)產(chǎn)生以流量計(jì)的驅(qū)動(dòng)頻率沿橫向振動(dòng)的聲波。在流體中的聲速較 高時(shí)，例如在單相流中，用于穿過(guò)圓形導(dǎo)管的橫向聲波的第一聲模處于遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于驅(qū)動(dòng)頻 率的頻率之下。但是，在聲速由于液體中加入了氣體而下降時(shí)，聲模的頻率也會(huì)下降。 在聲模和驅(qū)動(dòng)模式的頻率接近時(shí)，就會(huì)由于驅(qū)動(dòng)模式對(duì)聲模的偏共振激勵(lì)而導(dǎo)致流量計(jì) 的誤差。對(duì)于低頻流量計(jì)和典型的過(guò)程壓力來(lái)說(shuō)，聲速的影響在多相流中是存在的，但 是通常相對(duì)于流量計(jì)的具體精度來(lái)說(shuō)是可以忽略的。但是，對(duì)于在低壓下用多泡流體工 作的高頻科里奧利流量計(jì)來(lái)說(shuō)，聲速可能就會(huì)低到足以由于驅(qū)動(dòng)模式和流體振動(dòng)模式之 間的相互作用而造成明顯的測(cè)量誤差。氣泡的尺寸可以改變，這取決于存在的氣體量、流動(dòng)流體的壓力、溫度和氣體 混入流動(dòng)流體中的混合度。性能降低的程度不僅與總共存在多少氣體有關(guān)，而且與流動(dòng) 中個(gè)體氣泡的尺寸有關(guān)。氣泡的尺寸會(huì)影響測(cè)量的精度。較大的氣泡會(huì)占據(jù)更多的體積 并且更大程度地分離，導(dǎo)致流動(dòng)流體測(cè)量密度的波動(dòng)。由于氣體的可壓縮性，氣泡可能 會(huì)改變氣體總量和質(zhì)量，但是不一定會(huì)改變尺寸。相反，如果壓力改變，氣泡尺寸可能 會(huì)相應(yīng)地改變，隨著壓力下降而膨脹或者隨著壓力升高而收縮。這也可能導(dǎo)致流量計(jì)固 有頻率或共振頻率的變化?，F(xiàn)有技術(shù)中的振動(dòng)流量計(jì)通常被設(shè)計(jì)用于大約100到300赫茲(Hz)的工作頻 率，其中某些流量計(jì)在500到1000Hz之間的頻率下工作。某些現(xiàn)有技術(shù)中的流量計(jì)被設(shè) 計(jì)用于在更高的頻率下工作?，F(xiàn)有技術(shù)中振動(dòng)流量計(jì)工作頻率的選擇通常是為了有助于 流量計(jì)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和工作。例如，現(xiàn)有技術(shù)中的振動(dòng)流量計(jì)或科里奧利流量計(jì)被設(shè)置 為物理上緊湊并且尺寸基本一致。例如，現(xiàn)有技術(shù)中流量計(jì)的高度通常小于長(zhǎng)度，給出 較低的高度-長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)和對(duì)應(yīng)的高驅(qū)動(dòng)頻率。流量計(jì)用戶傾向于較小的總體 尺寸以使安裝得以簡(jiǎn)化。而且，流量計(jì)的設(shè)計(jì)通常都假定均勻、單相的流體流動(dòng)并且被 設(shè)計(jì)為與這樣均勻流動(dòng)的流體一起工作時(shí)效果最優(yōu)。直管式流量計(jì)具有的高度-長(zhǎng)度的縱橫比為零，這通常會(huì)產(chǎn)生高驅(qū)動(dòng)頻率。弓 形的流量管經(jīng)常被用于避免使長(zhǎng)度成為最大尺寸并且可以提高高度_長(zhǎng)度的縱橫比(H/ L)?，F(xiàn)有技術(shù)中彎曲或弓形導(dǎo)管的流量計(jì)可以具有例如約1.3的高度_長(zhǎng)度縱橫比。本領(lǐng)域中對(duì)于能夠準(zhǔn)確和可靠地測(cè)量多相流流體的振動(dòng)流量計(jì)仍然存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，一種極高頻振動(dòng)流量計(jì)，包括
包含一根或多根流量管的流量計(jì)組件，其中流量計(jì)組件被設(shè)置成產(chǎn)生極高頻響 應(yīng)，極高頻響應(yīng)高于與異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流動(dòng)流體的預(yù)定最高分 離頻率；和計(jì)量電子設(shè)備，被連接至流量計(jì)組件并且被設(shè)置成接收極高頻振動(dòng)響應(yīng)以及由 此生成一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值。優(yōu)選地，計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶氣體的分離比(Ap/Af) 大約為3 1。優(yōu)選地，計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶固體的分離比(Ap/Af) 的值大約等于3/(1+(2* Pp/Pf))。優(yōu)選地，計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下相對(duì)于流動(dòng)流體的顆粒運(yùn)動(dòng)來(lái) 說(shuō)粘度實(shí)際上為零。優(yōu)選地，極高頻是大約1500赫茲(Hz)以上。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)小于約0.1的反斯托克斯數(shù)(δ )。優(yōu)選地，極高頻是大約2000赫茲(Hz)以上。優(yōu)選地，一根或多根流量管被設(shè)置為通過(guò)配置流量管硬度、流量管長(zhǎng)度、流量 管縱橫比、流量管材料、流量管厚度、流量管形狀、流量管幾何構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振 動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在第一彎曲模式下工作。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在更高的彎曲模式頻率下工作。在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，一種操作極高頻振動(dòng)流量計(jì)的方法包括以極高頻振動(dòng)極高頻振動(dòng)流量計(jì)中的一根或多根流量管，其中極高頻高于與異 物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流動(dòng)流體的預(yù)定最高分離頻率；接收極高頻振動(dòng)響應(yīng)；和根據(jù)極高頻振動(dòng)響應(yīng)生成一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶氣體的分離比 (Ap/Af)大約為 3 1。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶固體的分離比 (Ap/Af)的值大約等于 3/ (1+ (2* P p/ P f))。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置為使得在極高頻下相對(duì)于流動(dòng)流體的顆粒運(yùn) 動(dòng)來(lái)說(shuō)粘度實(shí)際上為零。優(yōu)選地，極高頻是大約1500赫茲(Hz)以上。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)小于約0.1的反斯托克斯數(shù)(δ )。優(yōu)選地，極高頻是大約2000赫茲(Hz)以上。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)中的一根或多根流量管被設(shè)置為通過(guò)配置流量管硬 度、流量管長(zhǎng)度、流量管縱橫比、流量管材料、流量管厚度、流量管形狀、流量管幾何 構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在第一彎曲模式下工作。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在更高的彎曲模式頻率下工作。在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，一種成形極高頻振動(dòng)流量計(jì)的方法包括
至少根據(jù)預(yù)期的流動(dòng)流體來(lái)確定用于振動(dòng)流量計(jì)的預(yù)定極高頻，其中極高頻高 于與異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流動(dòng)流體的預(yù)定最高分離頻率；將極高頻振動(dòng)流量計(jì)設(shè)置為在極高頻下工作；和構(gòu)建極高頻振動(dòng)流量計(jì)。優(yōu)選地，計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶氣體的分離比(Ap/Af) 大約為3 1。優(yōu)選地，計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶固體的分離比(Ap/Af) 的值大約等于3/(1+(2* Pp/Pf))。優(yōu)選地，計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下相對(duì)于流動(dòng)流體的顆粒運(yùn)動(dòng)來(lái) 說(shuō)粘度實(shí)際上為零。優(yōu)選地，極高頻是大約1500赫茲(Hz)以上。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)小于約0.1的反斯托克斯數(shù)(δ )。優(yōu)選地，極高頻是大約2000赫茲(Hz)以上。優(yōu)選地，一根或多根流量管被設(shè)置為通過(guò)配置流量管硬度、流量管長(zhǎng)度、流量 管縱橫比、流量管材料、流量管厚度、流量管形狀、流量管幾何構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振 動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在第一彎曲模式下工作。優(yōu)選地，極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在更高的彎曲模式頻率下工作。


在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。應(yīng)該理解附圖不一定是按比 例的。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的極高頻振動(dòng)流量計(jì)。圖2是示出了來(lái)自高準(zhǔn)Ε200型科里奧利流量計(jì)的極低頻模式和極高頻模式的總 密度誤差仿真結(jié)果的曲線圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的極高頻振動(dòng)流量計(jì)。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例操作極高頻振動(dòng)流量計(jì)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1-4和以下的說(shuō)明內(nèi)容介紹了具體示例用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)現(xiàn)并 使用本發(fā)明的最佳模式。為了教導(dǎo)本發(fā)明的原理，一些常規(guī)的內(nèi)容已被簡(jiǎn)化或省略。本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以從這些示例中領(lǐng)會(huì)出落入本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的各種變形。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)該理解以下介紹的特征可以用各種方式加以組合以形成本發(fā)明的多種變形。因 此，本發(fā)明并不局限于以下介紹的具體示例，而只能由權(quán)利要求及其等價(jià)形式確定。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的極高頻振動(dòng)流量計(jì)5。在一個(gè)實(shí)施例中，極高頻振動(dòng)流 量計(jì)5由科里奧利流量計(jì)構(gòu)成。在另一個(gè)實(shí)施例中，極高頻振動(dòng)流量計(jì)5由振動(dòng)密度計(jì) 構(gòu)成。極高頻振動(dòng)流量計(jì)5被設(shè)計(jì)用于測(cè)量流動(dòng)流體的流體特征，包括測(cè)量流動(dòng)或穩(wěn) 流的流體。極高頻振動(dòng)流量計(jì)5被進(jìn)一步設(shè)計(jì)用于在流動(dòng)流體包括多相時(shí)準(zhǔn)確且可靠地測(cè)量流動(dòng)流體。多相流的流體在某些實(shí)施例中可以包括夾帶的氣體，其中夾帶的氣體可 以由氣泡流構(gòu)成。夾帶的氣體可以包括空氣氣泡或各種尺寸的氣泡。夾帶的氣體在現(xiàn) 有技術(shù)中的振動(dòng)流量計(jì)內(nèi)是會(huì)造成問(wèn)題的。夾帶的氣體，特別是中等尺寸到大尺寸的氣 泡，可以獨(dú)立于流動(dòng)流體而移動(dòng)并且造成測(cè)量誤差或者不確定性。另外，由于氣體的可 壓縮性會(huì)隨著流動(dòng)流體的工作壓力而變化，因此夾帶的氣體可能會(huì)造成測(cè)量值不斷變化 的效果。多相流的流體在某些實(shí)施例中可以包括夾帶的固體，其中夾帶的固體可以由懸 濁液構(gòu)成。一個(gè)示例包括石油流體中的砂粒或土粒。夾帶的固體可以獨(dú)立于流動(dòng)流體而 移動(dòng)并造成測(cè)量誤差和/或不確定性。另一個(gè)示例是混凝土。也可以想到其他的懸濁液 或乳濁液并且也都落在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求的范圍以?xún)?nèi)。在某些實(shí)施例中，多相流可以包括不同的液體例如不能被混合在一起的不相溶 液體。例如，流動(dòng)流體可以包括水和油。由于流體的流動(dòng)組分具有不同的密度，因此流 體的流動(dòng)組分在流量計(jì)振動(dòng)期間可能會(huì)經(jīng)歷一定的分離。異物可能不如流動(dòng)流體稠密。 異物也可能比流動(dòng)流體更加稠密。在工作時(shí)，極高頻振動(dòng)流量計(jì)5以極高頻振動(dòng)。極高頻可以包括第一彎曲模式 的振動(dòng)?？蛇x地，極高頻可以包括第二、第三或更高彎曲模式的振動(dòng)。但是，也可以想 到其他的振動(dòng)例如偏共振式的振動(dòng)并且也都落在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求的范圍以?xún)?nèi)。由此， 極高頻振動(dòng)流量計(jì)5產(chǎn)生極高頻的振動(dòng)響應(yīng)。處理極高頻的振動(dòng)響應(yīng)，目的是為了確定 響應(yīng)頻率和響應(yīng)振幅之一或全部。極高的響應(yīng)頻率可以被用于確定一種或多種流動(dòng)流體 特性，包括質(zhì)量流量、密度、粘度等。以下進(jìn)一步介紹流量計(jì)5的極高頻率性質(zhì)。流量計(jì)5包括流量計(jì)組件10和計(jì)量電子設(shè)備20。計(jì)量電子設(shè)備20被通過(guò)引線 100連接至流量計(jì)組件10并且被設(shè)置成在通信路徑26上提供密度、質(zhì)量流量、體積流 量、總質(zhì)量流量、溫度以及其他信息中的一種或多種的測(cè)量值。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)應(yīng)該顯而易見(jiàn)的是本發(fā)明可以與驅(qū)動(dòng)器、敏感元件傳感器、流量管或振動(dòng)工作模式的 數(shù)量無(wú)關(guān)地被用于任意類(lèi)型的振動(dòng)流量計(jì)中。應(yīng)該意識(shí)到流量計(jì)5可以包括振動(dòng)密度計(jì) 和/或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。流量計(jì)組件10包括一對(duì)法蘭101和101'、歧管102和102'、驅(qū)動(dòng)器104、敏 感元件105和105 ‘以及流量管103A和103B。驅(qū)動(dòng)器104以及敏感元件105和105被 連接至流量管103A和103B。在一個(gè)實(shí)施例中，流量管103A和103B如圖所示由基本為U形的流量管構(gòu)成。 可選地，在其他實(shí)施例中，流量管可以基本上由直流量管構(gòu)成。但是，也可以使用其他 的形狀，并且也落在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求的范圍以?xún)?nèi)。法蘭101和101'被固定至歧管102和102'。歧管102和102'可以被固定至 套管106的相對(duì)兩端。套管106保持歧管102和102'之間的間距，目的是為了阻止流量 管103A和103B中不必要的振動(dòng)。在流量計(jì)組件10被插入裝有待測(cè)量流動(dòng)流體的導(dǎo)管系 統(tǒng)(未示出)內(nèi)時(shí)，流動(dòng)流體通過(guò)法蘭101進(jìn)入流量計(jì)組件10，流動(dòng)經(jīng)過(guò)入口歧管102， 在此引導(dǎo)全部的流動(dòng)流體量進(jìn)入流量管103A和103B，流動(dòng)通過(guò)流量管103A和103B并 返回到出口歧管102'內(nèi)，在此通過(guò)法蘭101'離開(kāi)流量計(jì)組件10。流量管103A和103B被選擇和適當(dāng)?shù)匕惭b至入口歧管102和出口歧管102'以分別圍繞彎曲軸W-W和W' -W'具有基本相同的質(zhì)量分布、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和彈性模量。流量 管103A和103B以基本平行的方式從歧管102和102'向外伸出。流量管103A和103B由驅(qū)動(dòng)器104沿相反方向圍繞各自的彎曲軸W和W'并且 以所謂的流量計(jì)5的第一異相彎曲模式驅(qū)動(dòng)。但是，如果需要的話，流量管103A和103B 也可以可選地以第二彎曲模式或更高的彎曲模式振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器104可以包括多種公知裝 置中的一種，例如安裝至流量管103A的磁鐵和相對(duì)的安裝至流量管103B的線圈。交流 電流過(guò)相對(duì)的線圈以促使兩根導(dǎo)管都振動(dòng)。由計(jì)量電子設(shè)備20通過(guò)引線110將合適的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)加至驅(qū)動(dòng)器104。計(jì)量電子設(shè)備20分別在引線111和111'上接收傳感器信號(hào)。計(jì)量電子設(shè)備20 在引線110上生成促使驅(qū)動(dòng)器104振動(dòng)流量管103A和103B的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。計(jì)量電子設(shè)備 20處理來(lái)自敏感元件傳感器105和105'的左側(cè)和右側(cè)速度信號(hào)，目的是為了算出質(zhì)量 流量。通信路徑26提供允許計(jì)量電子設(shè)備20與操作人員或其他電子系統(tǒng)交互的輸入和 輸出。圖1中提供的說(shuō)明僅僅是作為振動(dòng)流量計(jì)的工作示例而不是為了限制本發(fā)明的教 導(dǎo)。圖2是示出了來(lái)自高準(zhǔn)E200型科里奧利流量計(jì)的極低頻模式和極高頻模式的 總密度誤差仿真結(jié)果的曲線圖。能夠看出在極小的顆粒尺寸下，任何分離都是可以忽略 的，例如在分離比(Ap/Af)大約為一時(shí)并且密度誤差相應(yīng)地并不明顯。在這種小顆粒的 情況下，聲速(SOS)/可壓縮性的效果占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，高頻模式會(huì)有正誤差而低 頻模式則根本沒(méi)有多少誤差。但是，在氣泡變大到直徑大于幾個(gè)十分之一毫米時(shí)，分離效果開(kāi)始超過(guò)SOS/可 壓縮性效果而占據(jù)主導(dǎo)低位并且誤差變?yōu)樨?fù)。要注意的是隨著顆粒尺寸增加，觀測(cè)誤差 將會(huì)漸近地收斂于無(wú)粘性的模型結(jié)果，也就是大約為3 1的分離比(Ap/Af)。這種漸近 在振動(dòng)頻率較高時(shí)就會(huì)在氣泡尺寸方面較早地發(fā)生。因此，如果以足夠高地頻率振動(dòng)流 量計(jì)，那么公式(14)就可以應(yīng)用(參見(jiàn)下文)。公式(14)與氣泡尺寸和流動(dòng)流體的粘度 無(wú)關(guān)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的極高頻振動(dòng)流量計(jì)5。如前所述，極高頻可以基 于一根或多根流量管103A，103B的有效長(zhǎng)度以及流量計(jì)5的幾何構(gòu)造。在某些實(shí)施例 中，有效長(zhǎng)度可以通過(guò)流量管的幾何構(gòu)造進(jìn)行控制。另外，可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)平衡配 重來(lái)進(jìn)一步影響驅(qū)動(dòng)頻率，一個(gè)或多個(gè)平衡配重可選地可以根據(jù)需要被固定至一根或多 根流量管103A，103B。在附圖中，流量計(jì)5具有與相對(duì)較小的高度H成比例的較大的長(zhǎng)度L。極高頻 振動(dòng)流量計(jì)5因此具有較低的高度_長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)。例如，高度-長(zhǎng)度的縱橫比 (H/L)可以小于或者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一。因此，根據(jù)本發(fā)明的極高頻振動(dòng)流量計(jì)5相對(duì)較小并 且由此可以輕易地適用于絕大多數(shù)的測(cè)量應(yīng)用。在某些實(shí)施例中，極高頻包括高于1500Hz的振動(dòng)頻率。在某些實(shí)施例中，極 高頻包括高于2000Hz的振動(dòng)頻率。在某些實(shí)施例中，極高頻包括高于3000Hz的振動(dòng)頻 率。但是，應(yīng)該理解振動(dòng)頻率也可以是高于這些閾值的任意頻率，原因在于所需的極高 頻最終取決于多種因素，例如包括流動(dòng)流體的成分以及夾帶的異物材料的性質(zhì)。圖4是根據(jù)本發(fā)明的極高頻振動(dòng)流量計(jì)的操作方法的流程圖。在步驟401，以極高頻振動(dòng)流量計(jì)。極高頻可以包括對(duì)于夾帶氣體實(shí)現(xiàn)了大約為3 1的分離比(Ap/Af)的 頻率。極高頻可以包括對(duì)于夾帶固體實(shí)現(xiàn)了大約為0 1的分離比(Ap/Af)的頻率。極 高頻可以包括對(duì)于流動(dòng)流體實(shí)現(xiàn)了大約為零的有效粘度的頻率。極高頻可以包括的頻率 中極高頻高于與異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的預(yù)定最高分離頻率。極高頻可以包 括的頻率中極高頻高于與異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的預(yù)定最高的SOS/可壓縮性 閾值。極高頻可以包括高于約1500赫茲(Hz)的振動(dòng)頻率。極高頻包括高于約2000赫 茲(Hz)的振動(dòng)頻率。如前所述，極高頻振動(dòng)流量計(jì)中的一根或多根流量管被設(shè)置為通過(guò)配置流量管 硬度、流量管長(zhǎng)度、流量管縱橫比、流量管材料、流量管厚度、流量管形狀、流量管幾 何構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。極高頻振動(dòng)流量計(jì)可以被設(shè)置成在第一彎曲模式下工作。極高頻振動(dòng)流量計(jì) 被設(shè)置成在一種或多種彎曲模式下例如在第二或第三彎曲模式或者更高的彎曲模式下工 作。在步驟402，接收流量計(jì)組件的振動(dòng)響應(yīng)。振動(dòng)響應(yīng)可以被用于確定最終的頻率 和振幅，包括能夠構(gòu)成用于流動(dòng)流體的共振頻率或偏共振頻率的頻率。在步驟403，可以根據(jù)極高頻振動(dòng)響應(yīng)生成一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值。一個(gè)或多個(gè) 流量測(cè)量值可以包括質(zhì)量流量。一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值可以包括密度?？梢允褂藐P(guān)于分 離比和流體粘度的假定值來(lái)確定通過(guò)極高頻實(shí)現(xiàn)的密度測(cè)量。也可以想到其他的流量測(cè) 量值并且也落在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求的范圍以?xún)?nèi)。驅(qū)動(dòng)頻率是以此來(lái)振動(dòng)一根或多根流量管103A，103B的頻率，目的是為了測(cè) 量流動(dòng)流體的流動(dòng)特性。驅(qū)動(dòng)頻率例如可以被選擇為流動(dòng)流體的共振頻率，或者可以包 括一個(gè)或多個(gè)共振頻率諧波、更高的彎曲模式頻率或者甚至是偏共振頻率。因此，驅(qū)動(dòng) 頻率可以不同于從流量計(jì)組件10接收的振動(dòng)響應(yīng)頻率并且可以根據(jù)流動(dòng)流體的組成而變 化。另外，驅(qū)動(dòng)頻率會(huì)受到流量計(jì)硬度特性的影響。隨著硬度特性增加，驅(qū)動(dòng)頻率也會(huì) 增加。因此，增加流量管的硬度即可得到更高的流量管共振頻率并因此得到更高的流量 計(jì)頻率。如下所述，可以用多種方式來(lái)增加流量管的硬度?？梢酝ㄟ^(guò)以第一彎曲模式振動(dòng)流量計(jì)組件10來(lái)實(shí)現(xiàn)極高振動(dòng)頻率。第一彎曲模 式包括流量計(jì)組件10的共振頻率，其中流量管的長(zhǎng)度沿單個(gè)方向延伸?？蛇x地，極高頻 振動(dòng)頻率可以包括以第二彎曲模式振動(dòng)流量計(jì)組件10。在第二彎曲模式下，在圍繞振動(dòng) 導(dǎo)管部分中心的流量管上存在有附加的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)。該振動(dòng)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的導(dǎo)管部分沿相反方 向移動(dòng)。在某些實(shí)施例中，極高頻振動(dòng)流量計(jì)5可以由于流量計(jì)的設(shè)計(jì)而在極高頻下工 作。在某些實(shí)施例中，極高頻振動(dòng)流量計(jì)5可以由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的設(shè)置而在極高頻下工 作。多相流流體的后果在于在這樣的多相流階段期間會(huì)影響和妨礙準(zhǔn)確的流體測(cè) 量。即使是在中等到微量的多相流條件下也會(huì)存在多相流效應(yīng)。多相流流體的性質(zhì)可以 表現(xiàn)為可壓縮性/聲速(SOS)效應(yīng)以及多相流流體各組分之間的分離效應(yīng)。通過(guò)正確選 擇振動(dòng)頻率和振幅即可控制或消除這兩種效應(yīng)。多相流流體可以包括夾帶的氣體，特別是多泡的氣流。多相流可以包括夾帶的固體或夾帶的固體顆粒、混合物例如混凝土、懸濁液等。而且，多相流可以包括不同密 度的液體，例如水和石油組分。各相可以具有不同的質(zhì)量、密度和/或粘度。在多相流中，流量管的振動(dòng)不一定會(huì)使夾帶的氣體/固體完全與流動(dòng)的流體同 相移動(dòng)。這種振動(dòng)異常被稱(chēng)作分離或滑流。例如氣泡可以變得從流動(dòng)的流體中分離， 影響振動(dòng)響應(yīng)以及所有相應(yīng)得出的流動(dòng)特性。小氣泡通常會(huì)在流量計(jì)振動(dòng)時(shí)隨著流動(dòng)的 流體一起移動(dòng)。但是，較大的氣泡在流量管振動(dòng)期間則不會(huì)隨著流動(dòng)的流體一起移動(dòng)。 相反，這些氣泡可以從流動(dòng)的流體中分離并且能夠獨(dú)立移動(dòng)，其中夾帶的氣泡在每一次 振動(dòng)動(dòng)作期間都比流動(dòng)的流體移動(dòng)得更遠(yuǎn)和更快。這會(huì)給流量計(jì)的振動(dòng)響應(yīng)帶來(lái)不利影 響。對(duì)于流動(dòng)的流體內(nèi)夾帶的固體顆粒來(lái)說(shuō)同樣如此，其中隨著振動(dòng)頻率的增加，固體 顆粒從流動(dòng)流體的動(dòng)作中分離出來(lái)的可能性也會(huì)越來(lái)越大。甚至在多相流包括不同密度 和/或粘度的液體時(shí)也會(huì)發(fā)生分離。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分離作用會(huì)受到各種因素的影響，例如流 動(dòng)流體的粘度以及例如流動(dòng)流體和異物之間的密度差異。氣泡的尺寸可以改變，這取決于存在的氣體量、流動(dòng)流體的壓力、溫度和氣體 混入流動(dòng)流體中的混合度以及其他的流動(dòng)性質(zhì)。性能降低的程度不僅與總共存在多少氣 體有關(guān)，而且與流動(dòng)中個(gè)體氣泡的尺寸有關(guān)。氣泡的尺寸會(huì)影響測(cè)量的精度。較大的氣 泡會(huì)占據(jù)更多的體積，導(dǎo)致流動(dòng)流體的密度和測(cè)量密度的波動(dòng)。由于氣體的可壓縮性， 氣泡可能會(huì)改變質(zhì)量，但是不一定會(huì)改變尺寸。相反，如果壓力改變，氣泡尺寸可能會(huì) 相應(yīng)地改變，隨著壓力下降而膨脹或者隨著壓力升高而收縮。這也可能導(dǎo)致流量計(jì)的性 質(zhì)或共振頻率的變化。在振動(dòng)的導(dǎo)管中，振動(dòng)導(dǎo)管的加速度促使氣泡移動(dòng)。導(dǎo)管加速度有振動(dòng)頻率和 振動(dòng)振幅決定。在夾帶氣體的情況下，氣泡沿著與導(dǎo)管加速度相同的方向加速。氣泡比 流量管移動(dòng)得更快且更遠(yuǎn)并且更快的氣泡移動(dòng)以及造成的流體位移促使部分流體移動(dòng)得 比流量管更慢，導(dǎo)致流體混合物重心遠(yuǎn)離振動(dòng)管路中心的凈遷移。這就是分離問(wèn)題的基 礎(chǔ)所在。因此流量和密度特性在存在夾帶氣體時(shí)會(huì)被低估(負(fù)的流量和密度誤差)。懸濁液存在類(lèi)似的問(wèn)題。但是，在懸濁液的情況下，固體顆粒經(jīng)常比液體組分 更重。在振動(dòng)管路加速度的作用下，較重的顆粒比液體移動(dòng)得更少。但是因?yàn)橹仡w粒移 動(dòng)得較少，所以流體混合物的重心就會(huì)從導(dǎo)管的中心略向后移。這同樣會(huì)導(dǎo)致負(fù)的流量 和密度誤差。在氣-液、固-液和液-液的情況下，夾帶相的差動(dòng)由夾帶相和液體組分之間的 密度差異驅(qū)動(dòng)。如果忽略氣體的可壓縮性，那么可以使用相同的公式來(lái)描述所有三種情 況的行為。因?yàn)橛卸喾N因素來(lái)確定氣泡相對(duì)于流體移動(dòng)了多少，所以難于對(duì)流體分離進(jìn)行 補(bǔ)償。流體粘度是一個(gè)顯而易見(jiàn)的因素。在非常粘稠的流體中，氣泡(或顆粒)在流體 中被有效地凍結(jié)固定并且只會(huì)造成很小的流量誤差。在極低的振動(dòng)頻率下，流動(dòng)流體可 以當(dāng)作非常粘稠的流體，也就是說(shuō)粘度就好像是無(wú)限的。在極高的振動(dòng)頻率下，流動(dòng)流 體可以當(dāng)作無(wú)粘性流體，也就是說(shuō)粘度就好像接近于零。粘度是通過(guò)剪應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而變形的流體中的阻力量度。通常，它是液體流 動(dòng)的阻力，流體厚度的量化。粘度可以被認(rèn)為是流體摩擦的量度。所有的真實(shí)流體都對(duì) 應(yīng)力具有一定的阻力，但是對(duì)于剪應(yīng)力沒(méi)有阻力的流體被成為理想流體或無(wú)粘性流體。
氣泡活動(dòng)性的另一個(gè)影響因素是氣泡尺寸。氣泡上的牽引力與表面積成正比， 而浮力則與體積成正比。因此，非常小的氣泡具有高的牽引力與浮力比并傾向于隨流體 一起移動(dòng)。小氣泡相應(yīng)地造成小誤差。相反，大氣泡傾向于不隨著流體一起移動(dòng)并造成 大誤差。對(duì)于固體顆粒來(lái)說(shuō)同樣如此，因?yàn)樾☆w粒會(huì)傾向于隨流體一起移動(dòng)而造成小誤差。由振動(dòng)造成的另一個(gè)問(wèn)題是聲速(SOS)或可壓縮性的影響。這些影響使得對(duì)于 含氣體流體來(lái)說(shuō)，隨著振動(dòng)頻率的增加，質(zhì)量流量和密度測(cè)量值都會(huì)越來(lái)越不準(zhǔn)確。密度差異是另一個(gè)因素。浮力與流體和氣體之間的密度差異成正比。高壓氣體 可以具有足夠高的密度來(lái)影響浮力并減小分離的影響。另外，大氣泡占據(jù)更多體積，導(dǎo) 致流動(dòng)流體密度的明顯波動(dòng)。由于氣體的可壓縮性，氣泡可以改變氣體量但是卻不一定 改變尺寸。相反地，如果壓力改變，氣泡尺寸可以相應(yīng)地改變，隨著壓力下降而膨脹或 者隨著壓力升高而收縮。這也可以導(dǎo)致流量計(jì)的性質(zhì)或共振頻率的變化并因此導(dǎo)致實(shí)際 的兩相密度的變化。二級(jí)因素也可能會(huì)影響氣泡和顆粒的活動(dòng)性。高流速流體內(nèi)的湍流可以將大氣 泡打散為較小的氣泡，由此減小分離誤差。表面活性劑可以減小氣泡的表面張力并降低 它們結(jié)合的趨勢(shì)。閥門(mén)可以通過(guò)增加湍流程度而減小氣泡尺寸而管路彎頭則能夠通過(guò)離 心力迫使氣泡聚集在一起而增大氣泡尺寸。應(yīng)該理解最普通以及最簡(jiǎn)單和最便宜的方法是避免多相流的流體。但是，這并 不總是實(shí)用或可行的。本文中介紹的方法不是為了避免多相分離以及SOS/可壓縮性的 影響，而是用產(chǎn)生已知和基本恒定的誤差效果的方式來(lái)操作流量計(jì)。因此，流量測(cè)量值 的導(dǎo)出被簡(jiǎn)化。隨即也就能夠去除測(cè)量值中的誤差。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分離效果可以達(dá)到上限。該上限提供了此前沒(méi)有意識(shí)到的好處。例 如，如果流動(dòng)流體以足夠高的頻率振動(dòng)，那么分離效果就會(huì)達(dá)到可預(yù)測(cè)的上限。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)對(duì)于在極高振動(dòng)頻率下的夾帶氣體，分離效果將不超過(guò)大約3 1，也就是說(shuō)氣泡移動(dòng) 的距離大約是液體組分移動(dòng)距離的三倍。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于在極高振動(dòng)頻率下的夾帶固體， 分離效果將大約等于3/(1+(2* Pp/Pf))。如果固體顆粒的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液體，那么夾帶 的固體顆粒將在液體組分隨著流量管振動(dòng)而移動(dòng)時(shí)保持基本靜止?？蓧嚎s性并不適用于夾帶的固體。因此，極高頻振動(dòng)流量計(jì)5可以用等于或大 于分離上限頻率的頻率振動(dòng)。造成的任何SOS/可壓縮性影響都可以通過(guò)使用常規(guī)技術(shù) 進(jìn)行補(bǔ)償。上限可以與流量管的尺寸、形狀或幾何構(gòu)造無(wú)關(guān)。上限可以與流體組分無(wú)關(guān)。 上限可以主要取決于液體組分和異物材料之間的密度比。極高頻振動(dòng)流量計(jì)5的極高頻能力可以通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)。一種生產(chǎn)極 高頻振動(dòng)流量計(jì)5的方法是增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。這可以與流量計(jì)5的共振頻率無(wú)關(guān)地 實(shí)現(xiàn)。例如，流量計(jì)5可以在更高的彎曲模式下工作。另一種生產(chǎn)極高頻振動(dòng)流量計(jì)5的方法是為了增加工作頻率和/或共振(固有) 頻率以及導(dǎo)管振幅，必須要增加流量計(jì)的硬度。可以用任何方式來(lái)增加流量計(jì)的硬度。 但是，以下介紹的是幾種可行的方式。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管長(zhǎng)度。流量計(jì)長(zhǎng)度基本上與流量計(jì)硬度相互關(guān)聯(lián)，其中減小流量計(jì)長(zhǎng)度可以轉(zhuǎn)化為流量計(jì)硬度和工作頻率一定程度的增加。因此，可 以選擇流量計(jì)的長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)至少一定程度的流量計(jì)硬度增加。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的縱橫比。為了進(jìn)行說(shuō)明，流量計(jì)的縱橫比被 定義為流量計(jì)高度(H)除以流量計(jì)長(zhǎng)度(L)，在此縱橫比=(H/L)(參見(jiàn)圖3)。在高度 (H)小于長(zhǎng)度(L)時(shí)，高度-長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)將小于一。在流量計(jì)是直管式流量計(jì) 時(shí)，高度-長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)實(shí)際上為零。在高度(H)大于長(zhǎng)度(L)時(shí)，高度-長(zhǎng)度 的縱橫比(H/L)將大于一。例如，在圖2的流量計(jì)5中，高度-長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)就 遠(yuǎn)大于一并且能夠達(dá)到相對(duì)較高的數(shù)值。減小高度-長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)即可增加材料 硬度和流量計(jì)共振頻率。因此，可以選擇高度_長(zhǎng)度的縱橫比(H/L)以實(shí)現(xiàn)至少一定程 度的流量計(jì)硬度增加。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的材料?？梢赃x擇流量管的材料以實(shí)現(xiàn)至少一 定程度的流量計(jì)硬度增加以及相應(yīng)的共振頻率增加。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的厚度?？梢栽黾恿髁抗艿暮穸纫詫?shí)現(xiàn)至少一 定程度的流量計(jì)硬度增加。流量管的厚度可以被增加任意合適的量。但是，作為一個(gè)實(shí) 際因素，過(guò)多的增加流量管厚度可能會(huì)導(dǎo)致重量的增加。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的形狀?？梢栽O(shè)計(jì)流量管的形狀以實(shí)現(xiàn)至少一 定程度的流量計(jì)硬度增加。流量管的形狀可以被修改為任意所需的樣式，包括使用基本 為圓形、橢圓形、矩形、不規(guī)則形狀或其他合適形狀的導(dǎo)管。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的幾何構(gòu)造?？梢栽O(shè)計(jì)流量管的幾何構(gòu)造以實(shí) 現(xiàn)至少一定程度的流量計(jì)硬度增加。流量管的幾何構(gòu)造可以用任意所需的方式加以影 響，例如包括使用適當(dāng)?shù)闹惫芎蛷澒懿糠?。例如直流量管具有比相同長(zhǎng)度的U形管流量 計(jì)更大的硬度。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的質(zhì)量。流量計(jì)組件10的共振頻率將會(huì)隨著流 量管質(zhì)量的減小而增加。流量管的質(zhì)量可以用任意所需的方式減小，包括通過(guò)使用更輕 的流量管的方式。流量計(jì)硬度的一個(gè)因素是流量管的節(jié)點(diǎn)限流器和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置。流量計(jì)組件10 可以包括一個(gè)或多個(gè)控制振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置并由此影響彎曲軸和振動(dòng)響應(yīng)的節(jié)點(diǎn)限流器。圖 示實(shí)施例中的常用節(jié)點(diǎn)限流器包括與歧管102和102'相組合的套管106?？蛇x地，在其 他實(shí)施例中節(jié)點(diǎn)限流器可以包括在兩根流量管之間的基本上接近于法蘭101和101'的確 定位置也就是基本上在流量計(jì)5 (未示出)的兩端剛性延伸的一根或多根撐桿。一個(gè)或多 個(gè)節(jié)點(diǎn)限流器被包括在內(nèi)是為了固定彎曲的流量管103A和103B的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，形成所需 的彎曲軸?？梢栽O(shè)置一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)限流器以減小經(jīng)歷振動(dòng)的流量管的長(zhǎng)度，由此增加 極高頻振動(dòng)流量計(jì)5的共振頻率。通過(guò)精細(xì)的流量計(jì)設(shè)計(jì)，極高頻振動(dòng)流量計(jì)5可以在極高頻下工作。極高頻工 作可以使得分離對(duì)于夾帶的氣體來(lái)說(shuō)被保持在或者接近于3 1的分離比，或者對(duì)于夾 帶的固體來(lái)說(shuō)被保持在大約3/(l+(2*Pp/pf))。另外，極高頻工作可以使得流動(dòng)特性類(lèi) 似于其中粘度實(shí)際上為零的流動(dòng)。因此，多相流流體中的異物材料相對(duì)于流動(dòng)流體中的 液體組分可預(yù)測(cè)地移動(dòng)。無(wú)論異物材料由氣體還是固體組分構(gòu)成，這一點(diǎn)都成立。無(wú)論 異物材料是與流動(dòng)流體的密度略有不同還是異物材料具有明顯不同的密度，這一點(diǎn)都成立。因此，在去除了由于分離和SOS/可壓縮性的影響而造成的可預(yù)測(cè)誤差之后，夾帶的 異物材料不會(huì)明顯地影響由極高頻振動(dòng)流量計(jì)5進(jìn)行的測(cè)量。而且，無(wú)論含氣率(GVF) 和/或固體比率有何變化，流量計(jì)5都可以穩(wěn)定并且可預(yù)測(cè)地工作，同時(shí)即使多相流流體 的組分有所變化，也能夠如下所述結(jié)合公式(13-19)來(lái)令人滿意地測(cè)量流動(dòng)流體。計(jì)量電子設(shè)備20生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)器104并且由此能夠被設(shè)置成以極高頻 來(lái)驅(qū)動(dòng)/振動(dòng)流量計(jì)組件10。正如振動(dòng)流量計(jì)中常用的那樣，這就要求計(jì)量電子設(shè)備20 生成預(yù)定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中可以通過(guò)從敏感元件信號(hào)過(guò)去的反饋來(lái)影響和修改預(yù)定 頻率。例如，驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以根據(jù)反饋進(jìn)行控制以在由敏感元件傳感器105和105'測(cè)量的 振動(dòng)響應(yīng)中實(shí)現(xiàn)共振(也就是固有)頻率。計(jì)量電子設(shè)備20可以被設(shè)置成在更高的彎曲 模式下工作。計(jì)量電子設(shè)備20可以被設(shè)置成以各種方式生成極高頻。計(jì)量電子設(shè)備20可以在 制造期間進(jìn)行設(shè)置，例如通過(guò)對(duì)計(jì)量電子設(shè)備20的存儲(chǔ)器適當(dāng)編程進(jìn)行設(shè)置。可選地， 計(jì)量電子設(shè)備20可以例如在標(biāo)定過(guò)程期間被設(shè)置為具有極高頻，其中在某些實(shí)施例中的 極高頻程序可以取決于通過(guò)標(biāo)定過(guò)程確定的測(cè)量或確定的流量計(jì)硬度。在另一種可選方 式中，極高頻可以在流量計(jì)啟動(dòng)操作期間得出或確定。例如，極高頻可以基于預(yù)先存儲(chǔ) 或用戶輸入的數(shù)值。這可以包括例如基于預(yù)先存儲(chǔ)或用戶輸入信息的與多相流流體性質(zhì) 有關(guān)的極高頻。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)密度計(jì)在以其固有頻率振動(dòng)期間要求流動(dòng)流體與流 量管一起移動(dòng)。在引入異物材料時(shí)，由于在兩相或多相之間存在相對(duì)移動(dòng)或分離，因此 這種假定不再正確。已經(jīng)提出一種模型在具體的流量計(jì)工作條件已知時(shí)預(yù)測(cè)用于良好的 混合物密度測(cè)量所需的條件。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的流體模型可以預(yù)測(cè)分離的影響。用于得到 分離比(Ap/Af)和分離相角(φ)的公式是
權(quán)利要求
1.一種極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，包括包含一根或多根流量管(103A，103B)的流量計(jì)組件(10)，其中流量計(jì)組件(10)被 設(shè)置成產(chǎn)生極高頻響應(yīng)，極高頻響應(yīng)高于與異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流 動(dòng)流體的預(yù)定最高分離頻率；和計(jì)量電子設(shè)備(20)，被連接至流量計(jì)組件(10)并且被設(shè)置成接收極高頻振動(dòng)響應(yīng)以 及由此生成一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值。
2.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中計(jì)量電子設(shè)備(20)被設(shè)置為使 得在極高頻下用于夾帶氣體的分離比(Ap/Af)大約為3 1。
3.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中計(jì)量電子設(shè)備(20)被設(shè)置為使 得在極高頻下用于夾帶固體的分離比(Ap/Af)的值大約等于3/(1+(2* Pp/Pf))。
4.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中計(jì)量電子設(shè)備(20)被設(shè)置為使 得在極高頻下相對(duì)于流動(dòng)流體的顆粒運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)粘度實(shí)際上為零。
5.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中極高頻振動(dòng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)小于約0.1 的反斯托克斯數(shù)(S )。
6.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中極高頻是大約1500赫茲(Hz) 以上。
7.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中極高頻是大約2000赫茲(Hz) 以上。
8.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中所述一根或多根流量管 (103A, 103B)被設(shè)置為通過(guò)配置流量管硬度、流量管長(zhǎng)度、流量管縱橫比、流量管材 料、流量管厚度、流量管形狀、流量管幾何構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng) 或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。
9.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在 第一彎曲模式下工作。
10.如權(quán)利要求1所述的極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成 在更高的彎曲模式頻率下工作。
11.一種操作極高頻振動(dòng)流量計(jì)的方法，所述包括以極高頻振動(dòng)極高頻振動(dòng)流量計(jì)中的一根或多根流量管，其中極高頻高于與異物材 料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流動(dòng)流體的預(yù)定最高分離頻率；接收極高頻振動(dòng)響應(yīng)；和根據(jù)極高頻振動(dòng)響應(yīng)生成一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置為使得在極高頻下用于 夾帶氣體的分離比(Ap/Af)大約為3 1。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置為使得在極高頻下用于 夾帶固體的分離比(Ap/Af)的值大約等于3/(1+(2* Pp/Pf))。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置為使得在極高頻下相對(duì) 于流動(dòng)流體的顆粒運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)粘度實(shí)際上為零。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)小于約0.1的反斯托克斯數(shù) ⑷。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻是大約1500赫茲(Hz)以上。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻是大約2000赫茲(Hz)以上。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)中的一根或多根流量管被設(shè)置 為通過(guò)配置流量管硬度、流量管長(zhǎng)度、流量管縱橫比、流量管材料、流量管厚度、流量 管形狀、流量管幾何構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在第一彎曲模式下工作。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在更高的彎曲模式頻 率下工作。
21.一種成形極高頻振動(dòng)流量計(jì)的方法，所述包括至少根據(jù)預(yù)期的流動(dòng)流體來(lái)確定用于振動(dòng)流量計(jì)的預(yù)定極高頻，其中極高頻高于與 異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流動(dòng)流體的預(yù)定最高分離頻率； 將極高頻振動(dòng)流量計(jì)設(shè)置為在極高頻下工作；和 構(gòu)建極高頻振動(dòng)流量計(jì)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶 氣體的分離比(Ap/Af)大約為3:1。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下用于夾帶 固體的分離比(Ap/Af)的值大約等于3/(1+(2* Pp/Pf))。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中計(jì)量電子設(shè)備被設(shè)置為使得在極高頻下相對(duì)于流 動(dòng)流體的顆粒運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)粘度實(shí)際上為零。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中極高頻振動(dòng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)小于約0.1的反斯托克斯數(shù) ⑷。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中極高頻是大約1500赫茲(Hz)以上。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其中極高頻是大約2000赫茲(Hz)以上。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中一根或多根流量管被設(shè)置為通過(guò)配置流量管硬 度、流量管長(zhǎng)度、流量管縱橫比、流量管材料、流量管厚度、流量管形狀、流量管幾何 構(gòu)造或者一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極高頻。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在第一彎曲模式下工作。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其中極高頻振動(dòng)流量計(jì)被設(shè)置成在更高的彎曲模式頻 率下工作。
全文摘要
提供了一種極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)。極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)包括包含有一根或多根流量管(103A，103B)的流量計(jì)組件(10)。流量計(jì)組件(10)被設(shè)置成產(chǎn)生極高頻響應(yīng)，極高頻響應(yīng)高于與異物材料尺寸或異物材料成分無(wú)關(guān)的用于流動(dòng)流體的預(yù)定最高分離頻率。極高頻振動(dòng)流量計(jì)(100)進(jìn)一步包括計(jì)量電子設(shè)備(20)，被連接至流量計(jì)組件(10)并且被設(shè)置成接收極高頻振動(dòng)響應(yīng)以及由此生成一個(gè)或多個(gè)流量測(cè)量值。
文檔編號(hào)G01F1/84GK102016522SQ200980115693
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月1日
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