專利名稱：電子計量器和快速從科里奧利流量計信號中確定多相流體的質(zhì)量分數(shù)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子計量器和確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分量質(zhì) 量分數(shù)的方法。
背景技術：
利用科里奧利質(zhì)量流量計來測量流經(jīng)管線的材料的質(zhì)量流量和其它
信息在1985年1月1日授權給J.E.Sm池等人的美國專利4,491,025中 以及1982年2月11日授權給J.E.Smith的Re.31,450中是已知的。該流 量計具有一個或多個不同結構的流管。每一個管道結構可被視為具有一 組自然振動模式，該自然振動模式例如包括簡單彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦 合模式。在一般的科里奧利流量計質(zhì)量流量測量應用中，當材料流經(jīng)該 管道時，以一個或多個振動模式激勵管道結構，并且沿著該管道在間隔 點處測量該管道的運動。
材料填充系統(tǒng)的振動模式部分地由流管和該流管中材料的組合質(zhì)量 限定。材料從流量計入口側(cè)上連接的管線流到流量計。然后，將該材料 引入流管或多個流管，并從流量計流出而進入連接到出口側(cè)上的管線 中。
驅(qū)動器施加力給流管。該力引起該流管振蕩。當沒有材料流經(jīng)該流 量計時，沿著流管的所有點以相同的相位振蕩。當材料開始流經(jīng)該流管 時，科里奧利加速度引起沿著該流管的每一點相對于沿著該流管的其它 點來講具有不同的相位。該流管入口側(cè)上的相位滯后該驅(qū)動器，而出口 側(cè)上的相位領先該驅(qū)動器。該流管上不同點處放置了傳感器，以產(chǎn)生表 示不同點處流管運動的正弦信號。這兩個傳感器信號之間的相差與流經(jīng) 該流管或多個流管的材料質(zhì)量流量成比例。
如上所述的振動流管裝置的一個應用是測量流體材料的質(zhì)量流量。 然而，在一些流體測量環(huán)境中，流體材料包括多相流，即包括兩個或多個流體相、氣相和固相。 一般的多相流材料包括流體流材料，該流體流 材料例如包括夾帶的氣體，諸如空氣。
現(xiàn)有技術流量計不能在流體材料的兩相流期間精確地、快速地或令 人滿意地跟蹤或確定拾取(pickoff)傳感器頻率?，F(xiàn)有技術的振動流量 計被設計成測量相對穩(wěn)定和均勻的流體材料的質(zhì)量流量。然而，由于該 流體測量反映了流體材料的質(zhì)量，所以質(zhì)量的突然變化可引起錯誤的測 量或者該質(zhì)量流量變化甚至不能通過該流量計來跟蹤。例如，當該流體 材料包括夾帶的空氣時，通過該流量計的空氣氣泡可引起流量計的頻率 響應中的尖峰信號。這些頻率誤差可引起確定精確質(zhì)量流量的困難，并 且該頻率誤差可通過任何隨后的其它流動特性計算來傳播。結果，由于 現(xiàn)有技術利用確定的拾取頻率來獲得相差，所以該相位的確定同樣緩慢 且傾向于錯誤。因此，頻率確定中的任何誤差都被組合到相位確定中。 結果是在頻率確定和相位確定中增加誤差，導致確定質(zhì)量流量中增加誤 差。此外，因為確定的頻率值用于確定質(zhì)量流量和密度值(密度近似等 于一比頻率的平方)，所以頻率確定中的誤差在質(zhì)量流量和密度確定中 被重復或者組合。
現(xiàn)有技術計量流體材料的方法不能令人滿意地測量多相流的單個分 量。現(xiàn)一技術頻率確定相對緩慢?，F(xiàn)有技術的頻率確定通常表征了至少
l一2秒時間周期上的流體，并因此產(chǎn)生平均頻率測量值?，F(xiàn)有技術的方 法對于單相流和變化緩慢且適度的流體來說是令人滿意的。現(xiàn)有技術中 不能測量急速的變化。單個流體分量的精確測量不能通過現(xiàn)有技術實 現(xiàn)。現(xiàn)有技術不能在時間點上精確確定多相流的質(zhì)量?，F(xiàn)有技術不能確 定多相流的單個流體分量的質(zhì)量分數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供電子計量器和確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分量質(zhì)量 分數(shù)的方法，解決了上述和其它問題并實現(xiàn)了技術的進步。
根據(jù)本發(fā)明實施例提供了確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分量質(zhì)
量分數(shù)的電子計量器。該電子計量器包括接口，用于接收流體材料的 頻率響應；和處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)與接口通信。該處理系統(tǒng)被配置 成接收來自該接口的頻率響應，將該頻率響應至少分解成氣體頻率分量和流體頻率分量。該處理系統(tǒng)還被配置成從該頻率響應確定整個密度， 并從氣體頻率分量確定氣體密度。該處理系統(tǒng)還被配置成從該頻率響應 與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣體的空隙度。該處 理系統(tǒng)還被配置成將氣體空隙度乘以氣體密度與整個密度之比來確定該 質(zhì)量分數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明實施例提供了一種確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分 量質(zhì)量分數(shù)的方法。該方法包括接收該流體材料的頻率響應；將該頻 率響應至少分解成氣體頻率分量和流體頻率分量；從該頻率響應確定整個密度；和從該氣體頻率分量確定氣體密度。該方法還包括從該頻率響 應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣體的空隙度。該 方法還包括將氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比以確定該質(zhì)量 分數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明實施例提供了一種確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分 量質(zhì)量分數(shù)的方法。該方法包括接收該流體材料的頻率響應；通過陷 波濾波器處理該頻率響應，該陷波濾波器基本濾去氣體頻率分量和流體 頻率分量之一；從該頻率響應確定整個密度；從該氣體頻率分量確定氣 體密度。該方法還包括從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體 頻率分量中確定氣體的空隙度。該方法還包括將氣體的空隙度乘以氣體 密度與整個密度之比以確定該質(zhì)量分數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明實施例提供了一種確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分 量質(zhì)量分數(shù)的方法。該方法包括接收該流體材料的頻率響應；通過第 一濾波器濾波該頻率響應，該第一濾波器基本濾去氣體頻率分量并基本 通過流體頻率分量，其中第一濾波器輸出流體頻率分量；通過第二濾波 器濾波該頻率響應，該第二濾波器基本濾去流體頻率分量并基本通過氣 體頻率分量，其中第二濾波器輸出氣體頻率分量。該方法還包括從該 頻率響應確定整個密度并從該氣體頻率分量確定氣體密度。該方法還包 括從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣體 的空隙度。該方法還包括將氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比 以確定該質(zhì)量分數(shù)。
發(fā)明方面
該電子計量器的一方面，氣體密度包括氣體頻率平方的倒數(shù)，并且 整個密度包括頻率平方的倒數(shù)。
該電子計量器的另一方面，處理系統(tǒng)還被配置成從該頻率響應確定 流體材料的質(zhì)量流量，并利用質(zhì)量分數(shù)和質(zhì)量流量來確定第一流體分量 質(zhì)量和第二流體分量質(zhì)量中至少一個。
該電子計量器的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二 傳感器信號，并且處理系統(tǒng)還被配置成確定實質(zhì)瞬時頻率和確定實質(zhì)瞬 時相差，其中利用該頻率和相差確定質(zhì)量流量。
該電子計量器的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二 傳感器信號，并且處理系統(tǒng)還被配置成確定實質(zhì)瞬時頻率，確定實質(zhì)瞬 時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該時延乘以常數(shù)，以獲得該 質(zhì)量流量0
該電子計量器的另一方面，頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳
感器信號，并且處理系統(tǒng)還被配置成從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度 相移，利用第一 90度相移和第一傳感器信號計算該頻率，確定實質(zhì)瞬 時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該時延乘以常數(shù)，以獲得該 質(zhì)量流量。
該電子計量器的另一方面，頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳 感器信號，并且處理系統(tǒng)還被配置成從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度 相移，利用第一 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該 相差，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該時延乘 以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
該電子計量器的另一方面，頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳 感器信號，并且處理系統(tǒng)還被配置成從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度 相移，從第二傳感器信號產(chǎn)生第二90度相移，利用第一90度相移、第 二 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該相差，確定實 質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該時延乘以常數(shù)，以獲 得該質(zhì)量流量。
該電子計量器的另一方面，頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳 感器信號，并且處理系統(tǒng)還被配置成從第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移，利用該90度相移和第一傳感器信號計算頻率響應，至少利用該90度相 移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算相差，利用該頻率響應和該 相差計算時延，從該時延計算質(zhì)量流量，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差 除以頻率以獲得時延，將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
所述方法的一方面，氣體密度包括氣體頻率平方的倒數(shù)，并且整個 密度包括頻率平方的倒數(shù)。
所述方法的另一方面，所述方法還包括從該頻率響應確定流體材料 的質(zhì)量流量，并利用該質(zhì)量分數(shù)和質(zhì)量流量來確定第一流體分量質(zhì)量和 第二流體分量質(zhì)量中至少一個。
所述方法的另一方面，確定質(zhì)量流量包括確定實質(zhì)瞬時頻率并確定 實質(zhì)瞬時相差，其中利用該頻率和相差來確定質(zhì)量流量。
所述方法的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳感 器信號，并且確定該質(zhì)量流量包括確定實質(zhì)瞬時頻率；確定實質(zhì)瞬時 相差；將該相差除以頻率以獲得時延；和將該時延乘以常數(shù)，以獲得該 質(zhì)量流量。
所述方法的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳感 器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90 度相移；利用第一 90度相移和第一傳感器信號計算該頻率；確定實質(zhì) 瞬時相差；將該相差除以頻率以獲得時延；和將該時延乘以常數(shù)，以獲 得該質(zhì)量流量。
所述方法的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳感 器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90 度相移；用第一 卯度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該 相差；確定實質(zhì)瞬時相差；將該相差除以頻率以獲得時延；和將該時延 乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
所述方法的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳感 器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90 度相移；從第二傳感器信號產(chǎn)生第二 90度相移；利用第一90度相移、 第二 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該相差；確定 實質(zhì)瞬時相差；將該相差除以頻率以獲得時延；和將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
所述方法的另一方面，該頻率響應包括第一傳感器信號和第二傳感 器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90 度相移；利用該90度相移和第一傳感器信號計算頻率響應；至少利用 該90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算相差；利用該頻 率響應和該相差計算時延；從該時延計算質(zhì)量流量；確定實質(zhì)瞬時相差；將該相差除以頻率以獲得時延；和將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。


所有附圖中相同的附圖標記表示相同的部件。
圖1是本發(fā)明實施例中的科里奧利流量計；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子計量器；
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的科里奧利流量計中處理傳感器信號的方 法流程圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子計量器；
圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的科里奧利流量計中處理第一和第二傳感器信號的方法流程圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的處理系統(tǒng)一部分的結構圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的希爾伯特變換(Hilbert transform)塊細節(jié)；
圖8和9是根據(jù)本發(fā)明實施例的分析塊的兩個獨立分支結構圖10是在通常情況下流量計的拾取傳感器信號的功率頻譜密度圖11示出了根據(jù)單個相移實施例的希爾伯特變換塊；
圖12示出了用于單個相移實施例的分析塊；
圖13示出了與現(xiàn)有技術相比的本發(fā)明的傳感器處理，其中比較每一個時差(At)值；
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電子計量器；
圖15是響應空氣、流體和組合的空氣/流體混合物(即包括夾帶空氣的流體)的流量計頻率圖16是根據(jù)本發(fā)明實施例，確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分
量質(zhì)量分數(shù)的方法流程圖17是根據(jù)本發(fā)聽實施例，確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分 量質(zhì)量分數(shù)的方法流程圖18是根據(jù)本發(fā)明實施例的頻率圖，該頻率圖示出了低通和高通 濾波器響應，將該響應分解成流體頻率分量和氣體頻率分量；
圖19是根據(jù)本發(fā)明實施例，確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分 量質(zhì)量分數(shù)的方法流程圖20是陷波濾波器頻率響應圖。
具體實施例方式
圖1一20和下面詳細描述的具體示例教導本領域技術人員如何進行 和使用本發(fā)明的最佳模式。為了教導有創(chuàng)造性的原理，已簡化或省略了 一些傳統(tǒng)方面。本領域技術人員可以理解，這些示例的變形落入了本發(fā) 明的范圍。本領域技術人員可以理解，下面描述的特征可以以各種方式 組合，以形成本發(fā)明的多種變形。因此，本發(fā)明不限于下面描述的具體 示例，而是通過權利要求書和它們的等價物來限定。
圖1示出了科里奧利流量計5，其包括計量組件10和電子計量器20。 計量組件10響應于處理材料(process material)的質(zhì)量流量和密度。通 過導線100，電子計量器20連接到計量組件10，以在通道26上方提供 密度、質(zhì)量流量和溫度信息，以及與本發(fā)明不相關的信息。盡管對于本 領域技術人員來說，本發(fā)明可實施為振動管比重計是明顯的，其中該振 動管比重計沒有科里奧利質(zhì)量流量計提供的額外的測量能力，但是仍然 描述了科里奧利流量計的結構。
計量組件IO包括一對支管150和150'、具有凸緣頸部110和110' 的凸緣103和103'、 一對平行流管130和130'、驅(qū)動機構180、溫度傳 感器190和一對速度傳感器170L和170R。流管130和130'具有兩個基 本上直的入口支路131和131'和出口支路134和134',該入口支路131 和131'與出口支路134和134'在流管安裝塊120和120'處朝彼此會聚。 流管130和13(V沿著它們的長度在兩個對稱位置處彎曲，并且在它們的 整個長度上基本上平行。撐桿140和140'用來限定軸W和W'，每一 根流管繞該軸W和W'振蕩。
流管130和130'的側(cè)支路131、 131'和134、 134'固定連接到流管 安裝塊120和120\這些塊依次固定連接到支管150和150、這提供 了穿過科里奧利流量計組件10的連續(xù)封閉材料通路。
當具有孔102和102'的凸緣103和103'通過入口端104和出口端104
'連接到攜帶有正被測量的處理材料的處理管線(未示出)時，穿過凸 緣103中孔101的該流量計材料入口端104通過支管150引導到具有表 面121的流管安裝塊120。在支管150里，材料被分配并引入流管130 和130'。通過存在的流管130和130'，處理材料重新混合到支管150' 中的單一流中，并且之后被引入出口端104'，該出口端通過具有螺紋孔 102'的凸緣103'連接到處理管線(未示出)。
選擇流管130和130'并且合適地安裝到流管安裝塊120和120'， 以分別繞彎曲軸W—W和W'—W'具有基本相同的質(zhì)量分布、慣性矩 (moment of inertia)和楊氏模量(Young's modulus)。這些彎曲軸穿過 撐桿140和140'。因為流管的楊氏模量隨溫度改變，并且該變化影響流 量和密度的計算，所以將抗溫探測器(RTD) 190安裝到流管13(V上， 以持續(xù)測量流管溫度。因此，通過流經(jīng)流管的材料溫度來控制該流管溫 度和給定電流經(jīng)過RTD出現(xiàn)的電壓。在RTD上出現(xiàn)的溫度相關電壓通 過電子計量器20以已知的方法使用來補償流管130和130'的彈性系數(shù) 變化，該彈性系數(shù)變化由流管溫度的任何變化引起。該RTD通過導線195 連接到電子計量器20。
在流量計的第一異相彎曲模式下，通過驅(qū)動器180繞它們各自的彎 曲軸W和W'在相反方向上驅(qū)動兩個流管130和130'。該驅(qū)動機構180 可包括任何一種已知的布置，例如磁鐵安裝到流管13(V上且相對的線圈 安裝到流管130上，并通過該線圈為振蕩兩根流管傳遞交流電流。通過 電子計量器20，合適的驅(qū)動信號經(jīng)由導線185施加到驅(qū)動機構180上。
電子計量器20接收導線195上的RTD溫度信號，并且分別在導線 165L和165R上出現(xiàn)左和右速度信號。電子計量器20產(chǎn)生出現(xiàn)在導線185 上的驅(qū)動信號以驅(qū)動部件180和振動管130和130'。電子計量器20處 理左和右速度信號以及RTD信號，以計算流經(jīng)計量組件10的材料的質(zhì) 量流量和密度。該信息與其它信息一起通過電子計量器20經(jīng)由通路26施加到應用裝置29。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子計量器20。該電子計量器20 可包括接口 201和處理系統(tǒng)203。該電子計量器20從計量組件10接收 第一和第二傳感器信號，諸如拾取/速度傳感器信號。該電子計量器20 處理第一和第二傳感器信號，以獲得流經(jīng)計量組件10的流體材料的流 動特性。例如，電子計量器20可從這些傳感器信號確定例如一個或多 個相差、頻率、時差(△t)、密度、質(zhì)量流量和體積流量。此外，其它 流動特性可根據(jù)本發(fā)明確定。下面將討論這些確定。
與現(xiàn)有技術的這些確定相比，相差確定和頻率確定大大加快并且更 加精確和可靠。在一個具體實施例中，不需要任何頻率參考信號，可直 接從僅僅一個傳感器信號的相移獲得該相差確定和頻率確定。這有利地 減少了用以計算流動特性所需的處理時間。在另一個具體實施例中，從 兩個傳感器信號的相移獲得相差，而僅從一個相移信號獲得頻率。這樣 增加了這兩個流動特性的精確度，并且與現(xiàn)有技術相比，可更快地確定 這兩個流動特性。
現(xiàn)有技術的頻率確定方法通?；ㄙMl一2秒來進行。相反，根據(jù)本 發(fā)明的頻率確定可在如50毫秒(ms) —樣少的時間內(nèi)進行。取決于該 處理系統(tǒng)的類型和結構、振動響應的采樣速率、濾波器尺寸、抽取 (decimation)速率等等，甚至可預期更快的頻率確定。在50ms的頻率 確定速率下，根據(jù)本發(fā)明的電子計量器20可比現(xiàn)有技術快約40倍。
接口 201經(jīng)由圖1的導線100接收來自速度傳感器170L和170R之 一的傳感器信號。該接口 201可進行任何需要的或期望的信號調(diào)節(jié)，例 如任何方式的格式化、放大、緩存等?？蛇x擇地，在該處理系統(tǒng)203中 可執(zhí)行一些或全部的信號調(diào)節(jié)。
此外，接口 201可使電子計量器20和外部裝置之間進行通信。接 口201可進行任何方式的電子、光學或無線通信。
在一個具體實施例中的接口 201耦合到數(shù)字轉(zhuǎn)換器202，其中該傳 感器信號包括模擬傳感器信號。數(shù)字轉(zhuǎn)換器202采樣并數(shù)字化模擬傳感 器信號并產(chǎn)生數(shù)字傳感器信號。該數(shù)字轉(zhuǎn)換器202還可進行任何需要的 抽取，其中該數(shù)字傳感器信號可被抽取以減小需要處理的信號量，并減
小處理時間。該抽取將在下面更詳細地討論。
處理系統(tǒng)203管理電子計量器20的操作，并處理來自流體計量組 件10的流體測量結果。該處理系統(tǒng)203執(zhí)行一個或多個處理程序，因 此處理這些流體測量結果，以產(chǎn)生一個或多個流動特性。
處理系統(tǒng)203可包括通用計算機、微處理器系統(tǒng)、邏輯電路或一些 其它通用目的和慣用處理裝置。處理系統(tǒng)203可分布在多個處理裝置之 間。處理系統(tǒng)203可包括任何類型的集成或獨立的電子存儲介質(zhì)例如存 儲系統(tǒng)204。
處理系統(tǒng)203處理傳感器信號210,以從該傳感器信號210確定一 個或多個流動特性。例如，該一個或多個流動特性可包括流體材料的相 差、頻率、時差(At)、質(zhì)量流量和/或密度。
在示出的具體實施例中，處理系統(tǒng)203從兩個傳感器信號210和211 以及單個傳感器信號相移213確定流動特性。處理系統(tǒng)203可從兩個傳 感器信號210和211以及單個傳感器信號相移213至少確定相差和頻率。 因此，第一或者第二相移傳感器信號(例如一個上游或下游拾取信號) 可通過根據(jù)本發(fā)明的處理系統(tǒng)203而被處理，以確定流體材料的相差、 頻率、時差(At)和/或質(zhì)量流量。
存儲系統(tǒng)204可存儲流量計參數(shù)和數(shù)據(jù)、軟件程序、常數(shù)值和變量 值。在一個具體實施例中，存儲系統(tǒng)204包括通過處理系統(tǒng)203執(zhí)行的 程序。在一個具體實施例中，該存儲系統(tǒng)204存儲相移程序212、相差 程序215、頻率程序216、時差(At)程序217和流動特性程序218。
在一個具體實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲用于操作科里奧利流量計 5的變量。 一個具體實施例中的存儲系統(tǒng)204存儲變量，例如第一傳感 器信號210和第二傳感器信號211，這些傳感器信號從速度/拾取傳感器 170L和170R接收。此外，存儲系統(tǒng)204可存儲產(chǎn)生的90度相移213， 從而確定流動特性。
在一個具體實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲從流體測量結果獲得的一 個或多個流動特性。 一個具體實施例中的存儲系統(tǒng)204存儲流動特性， 例如相差220、頻率22K時差(At) 222、質(zhì)量流量223、密度224和 體積流量225，這些流動特性都是從傳感器信號210確定的。
相移程序212對輸入信號即傳感器信號210執(zhí)行90度相移。在一 個具體實施例中，該相移程序212執(zhí)行希爾伯特變換(下面討論)。
相差程序215使用單個90度相移213來確定相差。還可使用額外 的信息來計算該相差。在一個具體實施例中，從第一傳感器信號210、 第二傳感器信號211和90度相移213計算該相差。確定的相差可存儲 在存儲系統(tǒng)204的相差220中。當從90度相移213確定相差時，可比 現(xiàn)有技術更快地計算和獲得該相差。這可在具有高流速的流量計應用中 或者在多相流動發(fā)生的應用中提供臨界差。此外，該相差可獨立于傳感 器信號210或211的頻率來確定。而且，因為該相差獨立于頻率確定， 因此相差中的誤差分量就不包括頻率確定的誤差分量，即在相差測量中 沒有混合誤差。因此，在現(xiàn)有技術的相差基礎上，相差誤差減小。
頻率程序216從90度相移213確定頻率(例如通過第一傳感器信 號210或第二傳感器信號211表示的)。該確定的頻率可存儲在存儲系 統(tǒng)204的頻率221中。當從單個90度相移213確定頻率時，與現(xiàn)有技 術相比，可更快地計算和獲得該頻率。這可在具有高流速的流量計應用 中或者在多相流動發(fā)生的應用中提供臨界差。
時差(A t)程序217確定第一傳感器信號210和第二傳感器信號211 之間的時差(厶t)。該時差(At)可存儲在存儲系統(tǒng)204的時差(At) 222中。該時差(At)基本上包括確定的相位除以確定的頻率，因此用 于確定質(zhì)量流量。
流動特性程序218可確定一個或多個流動特性。例如，該流動特性 程序218可使用確定的相差220和確定的頻率221，以完成這些附加的 流動特性。可以理解，對于這些確定來說，需要附加信息，例如質(zhì)量流 量或密度。流動特性程序218可從時差(At) 222并因此從相差220和 頻率221來確定質(zhì)量流量。確定質(zhì)量流量的公式在Titlow等人的美國專利5,027,662中給出了，這里通過參考引入。該質(zhì)量流量與計量組件10 中流體材料的質(zhì)量流量相關。同樣，流動特性程序218還可確定密度224 和/或體積流量225。確定的質(zhì)量流量、密度和體積流量可分別存儲在存 儲系統(tǒng)204的質(zhì)量流量223、密度224和體積225中。此外，通過電子 計量器20可將流動特性傳送到外部裝置。
圖3是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的科里奧利流量計中處理傳感器信號 的方法的流程圖300。在步驟301中，接收第一和第二傳感器信號。第 一傳感器信號可以包括上游或下游拾取傳感器信號。
步驟302中，可調(diào)節(jié)這些傳感器信號。在一個具體實施例中，該調(diào) 節(jié)可包括濾波以去除噪聲和不期望的信號。在一個具體實施例中，該濾 波可包括帶通濾波，該帶通濾波中心在期望的科里奧利流量計5的基礎 頻率周圍。此外，也可執(zhí)行其它調(diào)節(jié)操作，例如放大、緩存等等。如果 傳感器信號包括模擬信號，則該步驟還可包括任何類型的采樣、數(shù)字化 和抽取，執(zhí)行這些采樣、數(shù)字化和抽取以產(chǎn)生數(shù)字傳感器信號。
在步驟303中，產(chǎn)生單個卯度相移。該90度相移包括傳感器信號 的90度相移。該90度相移可通過任何類型的相移機構或操作進行。在 一個具體實施例中，對數(shù)字傳感器信號進行操作，使用希爾伯特變換來 進行該90度相移。
在步驟304中，使用單個90度相移計算相差。還可使用附加信息 以計算該相差。在一個具體實施例中，從第一傳感器信號、第二傳感器 信號和單個90度相移來確定該相差。該相差包括響應信號中的相差， 即，在拾取傳感器中，由于振動的計量組件10中的科里奧利效應，所 以這種情況是可理解的。
在計算中不需要任何頻率值的情況下，確定最終的相差。與使用頻 率計算的相差相比，該最終的相差可更快地獲得。與使用頻率計算的相 差相比，該最終的相差具有更高的精確度。
在步驟305中，計算頻率。根據(jù)本發(fā)明的頻率有利地從90度相移 計算。 一個具體實施例中的頻率利用90度相移和對應的傳感器信號， 該90度相移從該對應的傳感器信號獲得。該頻率是第一傳感器信號和 第二傳感器信號之一的振動響應頻率(這兩個傳感器信號的頻率在操作 中基本相等)。該頻率包括該流管或這些流管響應于驅(qū)動器180產(chǎn)生的
振動的振動頻率。
不需要任何獨立的頻率參考信號，而獲得這樣導出的頻率。在比現(xiàn) 有技術更快的操作中，從單個90度相移獲得該頻率。最終的頻率與現(xiàn) 有技術計算的頻率相比具有更高的精確度。
在步驟306中，計算流體材料的質(zhì)量流量。從步驟304和305中計 算的最終相差和最終頻率中計算該質(zhì)量流量。此外，質(zhì)量流量計算可從 該相差和頻率計算時差(At)，最終使用該時差(At)計算質(zhì)量流量。
在步驟307中，可選地確定密度。該密度可作為一個流動特性來確 定，并且可例如從該頻率來確定。
在步驟308中，可選地確定體積流量。該體積流量可作為一個流動 特性來確定，并且可例如從質(zhì)量流量和密度來確定。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明具體實施例的電子計量器20。與圖2中相同
的部件用相同附圖標記表示。
該具體實施例中的電子計量器20包括第一傳感器信號210和第二 傳感器信號211。處理系統(tǒng)203處理第一和第二 (數(shù)字)傳感器信號210 和211，以從這些信號確定一個或多個流動特性。如前所述，該一個或 多個流動特性可以包括流體材料的相差、頻率、時差(At)、質(zhì)量流量、 密度和/或體積流量。
在示出的該具體實施例中，處理系統(tǒng)203僅僅從該兩個傳感器信號 210和211確定流動特性，而不需要任何外部頻率測量結果也不需要外 部頻率參考信號。處理系統(tǒng)203可從這兩個傳感器信號210和211至少 確定相差和頻率。
如前所述，存儲系統(tǒng)204存儲相移程序212、相差程序215、頻率 程序216、時差(At)程序217和流動特性程序218。存儲系統(tǒng)204存 儲第一傳感器信號210和第二傳感器信號211。存儲系統(tǒng)204還存儲第 一 90度相移213和第二 90度相移以確定流動特性，該第一 90度相移213 和第二 90度相移從這些傳感器信號產(chǎn)生。如前所述，存儲系統(tǒng)204存 儲相差220、頻率221、時差(At) 222、質(zhì)量流量223、密度224和體 積流量225。
相移程序212對輸入信號，包括對第一傳感器信號210和對第二傳 感器信號211執(zhí)行90度相移。 一個具體實施例中的相移程序212進行 希爾伯特變換(下面討論)。
相差程序215使用第一 90度相移213和第二 90度相移214確定相 差。還可使用額外的信息來計算該相差。在一個具體實施例中，從第一傳感器信號210、第二傳感器信號211、第一 90度相移212和第二 90 度相移213計算該相差。如前所述，確定的相差可存儲在存儲系統(tǒng)204 的相差220中。當利用第一和第二 90度相移確定相差時，可比現(xiàn)有技 術更快地計算和獲得該相差。這可在具有高流速的流量計應用中或者在 多相流動發(fā)生的應用中提供臨界差。此外，該相差可獨立于傳感器信號 210和211的頻率來確定。而且，因為該相差獨立于頻率確定，因此相 差中的誤差分量就不受頻率確定的誤差分量影響，即，在相差測量中沒 有混合誤差。因此，在現(xiàn)有技術的相差基礎上，相差誤差減小。
頻率程序216從第一 90度相移213和第二 90度相移214確定頻率 (例如通過第一傳感器信號210或第二傳感器信號211表示的)。如前 所述，該確定的頻率可存儲在存儲系統(tǒng)204的頻率221中。當從第一和 第二 90度相移確定頻率時，與現(xiàn)有技術相比，可更快地計算和獲得該 頻率。這可在具有高流速的流量計應用中或者在多相流動發(fā)生的應用中 提供臨界差。 .
時差(At)程序217確定第一傳感器信號210和第二傳感器信號211 之間的時差(At)。如前所述，該時差(At)可存儲在存儲系統(tǒng)204的 時差(At) 222中。該時差(At)基本上包括確定的相位除以確定的頻 率，并因此用于確定質(zhì)量流量。
如前所述，流動特性程序218可確定質(zhì)量流量、密度和/或體積流量 中的一個或多個。
圖5是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的科里奧利流量計中處理第一和第二 傳感器信號的方法流程圖500。在步驟501中，接收第一傳感器信號。 在一個具體實施例中，第一傳感器信號包括上游或下游拾取傳感器信 號。
在步驟502中，接收第二傳感器信號。在一個具體實施例中，第二 傳感器信號包括下游或上游拾取傳感器信號(即與第一傳感器信號相 反)。
在步驟503中，可調(diào)節(jié)這些傳感器信號。在一個具體實施例中，該 調(diào)節(jié)可包括濾波以去除噪聲和不期望的信號。在一個具體實施例中，如 前所述，該濾波可包括帶通濾波。此外，也可執(zhí)行其它調(diào)節(jié)操作，例如
放大、緩存等等。如果傳感器信號包括模擬信號，則該步驟還可包括任 何類型的采樣、數(shù)字化和抽取，執(zhí)行這些采樣、數(shù)字化和抽取以產(chǎn)生數(shù) 字傳感器信號。
在步驟504中，產(chǎn)生第一 90度相移。該第一 90度相移包括第一傳 感器信號的90度相移。該90度相移可通過任何類型的機構或操作來執(zhí) 行。在一個具體實施例中，對數(shù)字傳感^^信號進行操作，使用希爾伯特 變換來進行該90度相移。
在步驟505中，產(chǎn)生第二 90度相移。該第二 90度相移包括第二傳 感器信號的90度相移。與第一 90度相移一樣，該90度相移可通過任 何類型的機構或操作進行。
在步驟506中，使用第一 90度相移和第二 90度相移計算第一傳感 器信號和第二傳感器信號之間的相差。還可使用附加信息以計算該相 差。在一個具體實施例中，從第一傳感器信號、第二傳感器信號、第一 90度相移和第二 90度相移來確定該相差。該相差包括響應信號中的相 差，即，在兩個拾取傳感器中，由于振動的計量組件10中的科里奧利 效應，所以這種情況是可以理解的。
在計算中不需要任何頻率值的情況下，確定最終的相差。與使用頻 率計算的相差相比，可更快地獲得該最終的相差。與使用頻率計算的相 差相比，該最終的相差具有更高的精確度。
在步驟507中，計算頻率。根據(jù)本發(fā)明的頻率有利地從第一 90度 相移和第二 90度相移計算。 一個具體實施例中的頻率利用這些90度相 移和對應的傳感器信號獲得，從該對應的傳感器信號獲得這些90度相 移。該頻率是第一傳感器信號和第二傳感器信號之一的振動響應頻率(這 兩個傳感器信號的頻率在操作中基本相等)。該頻率包括該流管或這些 流管響應于驅(qū)動器180產(chǎn)生的振動的振動頻率。
不需要任何獨立的頻率參考信號，而獲得這樣得到的頻率。在比現(xiàn) 有技術更快的操作中，從這些90度相移獲得該頻率。最終的頻率與現(xiàn) 有技術計算的頻率相比具有更高的精確度。
在步驟508中，計算流體材料的質(zhì)量流量。該質(zhì)量流量從步驟506 和507中計算的最終相差和最終頻率中計算。此外，質(zhì)量流量計算可從該相差和頻率中計算時差(△ t)，最終使用該時差(△ t)計算質(zhì)量流量。
在步驟509中，如前所述，可選地確定密度。
在步驟510中，如前所述，可選地確定體積流量。
圖6是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的處理系統(tǒng)203 —部分的結構圖。在 該圖中，這些方塊表示處理電路或處理動作/程序。該結構圖600包括1 階濾波器塊601、 2階濾波器塊602、希爾伯特變換塊603和分析塊604。 該LPO和RPO輸入包括左拾取信號輸入和右拾取信號輸入。該LPO或 RPO可包括第一傳感器信號。
在一個具體實施例中，1階濾波器塊601和2階濾波器塊602包括 在處理系統(tǒng)203中實施的數(shù)字有限脈沖響應(RIR)多相抽取濾波器。 這些濾波器提供濾波和抽取一個或兩個傳感器信號的最優(yōu)方法，在相同 的時序下并且在相同的抽取速率下進行該濾波和抽取?？商鎿Q地，1階 濾波器塊601和2階濾波器塊602可包括有限脈沖響應(IIR)濾波器或 其它合適的數(shù)字濾波器或濾波器處理。然而，可以理解在說明書和權利 要求書的范圍內(nèi)，可預期其它濾波處理和/或濾波的實施例。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明具體實施例的希爾伯特變換塊603的細節(jié)。 在示出的該具體實施例中，希爾伯特變換塊603包括LPO支路700和RPO 支路710。該LPO支路700包括與LPO濾波器塊702并聯(lián)的LPO延遲 塊701。同樣，RPO支路包括與RPO濾波器塊712并聯(lián)的RPO延遲塊 711。 LPO延遲塊701和RP0延遲塊711引導采樣延遲。因此，LPO延 遲塊701和RPO延遲塊711選擇LPO和RPO數(shù)字信號樣本，該LPO 和RPO數(shù)字信號樣本在時序上晚于LPO濾波器塊702和RPO濾波器塊 712濾波的LPO和RPO數(shù)字信號樣本。LPO濾波器塊702和RPO濾波 器塊712對輸入的數(shù)字信號樣本進行90度相移。
希爾伯特變換塊603是用以提供相位測量的第一步驟。希爾伯特變 換塊603接收被濾波、抽取的LPO和RPO信號，并執(zhí)行希爾伯特變換。 希爾伯特變換產(chǎn)生LPO和RPO信號的90度相移版本，即，它產(chǎn)生原 始的、同相(I)信號分量的90相移(Q)分量。因此，與原始的同相 (I)信號分量LPO I和RPO I—起，希爾伯特變換塊603的輸出提供 新的90度相移(Q)分量LPO Q和RPO Q。
希爾伯特變換塊603的輸入可表示為
LPO=AlpoCOS(ωt) (2)
RPO=Arpocos(ωt+ Φ) (3)
通過希爾伯特變換，其輸出變成
LPOhllbert=AlpoSin(ωt)
(4) RPOhilbert=Arposin(ωt+ Φ(5)
結合原始項與希爾伯特變換的輸出產(chǎn)生
LPO=Alpo [cos(ωt)+isin(ωt)]=Alpoej(ωt) (6)
RPO=Arpo[cos(ωt+Φ)isin(ωt十Φ)]=Arpoej(ωt+Φ)(7)
圖8和9是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的分析塊604兩個獨立分支的結 構圖。分析塊604是最后階的頻率、微分相位和德爾塔T ( t)測量結 果。圖8是包括第一分支的相位部分604，該第一分支從同相(I)和90 度相移(Q)分量確定相差。圖9是頻率部分604b，頻率部分604b從 單個傳感器信號的同相(I)和90度相移(Q)分量確定頻率。該單個 傳感器信號可包括LPO信號，如示出的，或者可選擇地包括RPO信號。
在圖8的具體實施例中，分析塊604的相位部分604a包括連接塊801a 和801b、共軛塊802、復數(shù)乘法塊803、濾波器塊804和相位角度塊805。
連接塊801a和801b接收傳感器信號的同相(I)和90度相移(Q) 分量并傳遞它們。共軛塊802對傳感器信號(這里為LPO信號)進行 復共軛，并形成負的虛信號。復數(shù)乘法塊803將RPO信號與LPO信號 相乘，執(zhí)行下面的方程(8)。濾波器塊804進行數(shù)字濾波，例如前述的 FIR濾波。濾波器塊804可包括多相抽取濾波，利用該多相抽取濾波以 從傳感器信號的同相(I)和90度相移(Q)分量中去除諧波分量，并 且抽取該信號?？蛇x擇濾波系數(shù)以提供輸入信號的抽取，例如抽取因子 為10。相位角度塊805從LPO信號和RPO信號的同相(I)和90度相 移(Q)分量中確定相位角度。該相位角度塊805執(zhí)行下面示出的方程 (11)。
圖8中示出的相位部分604a執(zhí)行下面的等式
<formula>complex formula see original document page 26</formula>(8 )
其中<formula>complex formula see original document page 26</formula>是LPO的復共軛，假設
ARpo=ALpo=A (9) 然后-
<formula>complex formula see original document page 27</formula> (10) 最終的微分相位角為
<formula>complex formula see original document page 27</formula>(ii)
圖9是根據(jù)本發(fā)明分析塊604的頻率部分604b的結構圖。頻率部 分604b可工作在左或右拾取信號(LPO或RPO)上。示出的該具體實 施例中的頻率部分604b包括連接塊901、復共軛塊902、采樣塊903、 復數(shù)乘法塊904、濾波器塊905、相位角度塊906、常數(shù)塊907和除法塊 908。
如前所述，連接塊901接收傳感器信號的同相(I)和90度相移(Q) 分量并傳遞它們。共軛塊902對傳感器信號(這里為LPO信號)進行 復共軛，并形成負的虛信號。延遲塊903引入采樣延遲到頻率部分604b， 因此，選擇在時序上較老的數(shù)字信號采樣。該時序上較老的數(shù)字信號采 樣乘以復數(shù)乘法塊904中的當前數(shù)字信號。復數(shù)乘法塊904將LPO信 號與LPO共軛信號相乘，執(zhí)行下面的方程(12)。濾波器塊905進行數(shù) 字濾波，例如前述的FIR濾波。濾波器塊905可包括多相抽取濾波，利 用該多相抽取濾波以從傳感器信號的同相(I)和90度相移(Q)分量 中去除諧波分量，并且抽取該信號?？蛇x擇濾波系數(shù)以提供輸入信號的 抽取，例如抽取因子為10。相位角度塊906從LPO信號的同相(I)和 90度相移(Q)分量中確定相位角度。該相位角度塊906執(zhí)行下面的方 程(13)的一部分。該常數(shù)塊907提供因子，如等式(14)所示，該因 子包括采樣速率F,除以兩倍pi。除法塊908執(zhí)行等式(14)的除法操作。
頻率部分604b執(zhí)行下面的方程
<formula>complex formula see original document page 27</formula>(12)
因此，兩個連續(xù)樣本之間的角度為
<formula>complex formula see original document page 27</formula> (13)
其是左拾取的角頻率，轉(zhuǎn)換成赫茲:
<formula>complex formula see original document page 28</formula> (14)
其中，F(xiàn),是希爾伯特轉(zhuǎn)換塊603的速率。在前述例子中，"Fs"約 為2kHz。
圖10是在一般條件下的流量計拾取傳感器信號的功率頻譜密度圖。 該流量計的基礎頻率為圖的最高峰值，且位于約135Hz。該圖還示出了 該頻譜中的幾個其它的大峰值(第一非基礎模式是頻率在約1.5倍基礎 模式頻率下的扭曲模式)。這些峰值包括流量計的諧波頻率，并且還包 括其它的、不期望的傳感器模式(即扭曲模式、第二彎曲模式等等)。
圖11示出了根據(jù)單相移具體實施例的可替換希爾伯特變換塊603'。 該具體實施例中的希爾伯特變換塊603'包括LPO支路1100和RPO支 路1110。該LPO支路1100包括與濾波器塊702并聯(lián)的延遲塊701。該 具體實施例中的RPO支路1110僅包括延遲塊701。如前所述，該延遲 塊701引入采樣延遲。如前所述，濾波器塊702對輸入的數(shù)字信號樣本 進行90度相移。可以理解，可替換的希爾伯特變換塊603'可正好對RPO 信號進行相移。
該處理實施例利用僅僅一個傳感器信號的希爾伯特變換/相移來獲得 頻率和相差(見圖2—3)。這大大地減少了進行相位測量所需要的計算 數(shù)量，并且大大地減少了獲得質(zhì)量流量所需的計算數(shù)量。
該實施例中，希爾伯特變換塊603'的輸出將提供左或右傳感器信 號、但不是兩者的90度相移(Q)分量。在下面的示例中，對該LPO
信號進行了相移。 <formula>complex formula see original document page 28</formula>(26)<formula>complex formula see original document page 28</formula>(27)
利用希爾伯特變換，該輸出變成<formula>complex formula see original document page 28</formula>(28)
<formula>complex formula see original document page 28</formula>
(29)
結合LPO原始項與希爾伯特變換的輸出(即通過90度相移)，產(chǎn)
生:<formula>complex formula see original document page 29</formula>
而RPO保持相同<formula>complex formula see original document page 29</formula>
圖12示出了單個相移實施例的分析塊604a'。該具體實施例中的分 析塊604a，包括一個連接塊801、復數(shù)乘法塊803、低通濾波器塊1201 和相位角度塊805。該具體實施例中的分析塊604a'執(zhí)行下面的等式<formula>complex formula see original document page 29</formula>
(32)
低通濾波器塊1201包括低通濾波器，該低通濾波器去除復數(shù)乘法 塊803產(chǎn)生的高頻分量。低通濾波器塊1201可進行任何類型的低通濾 波操作。乘法操作的結果產(chǎn)生兩個項。由于(一wt)和(wt)項可互 相抵消，所以項(一wt+wt+φ)結合并簡化為僅僅相位φ項(DC結 果)。在兩倍頻率下，該(wt+wt+φ))項簡化為(2wt+φ))。因為該 結果是兩項和的結果，所以高頻項(2wt+φ)可去除。這里關注的唯 一信號是DC項。高頻項(2wt+φ))可利用低通濾波器從結果中濾波 掉。低通濾波器的截止可定位在0到2w之間的任何位置。
濾波后，結果為
<formula>complex formula see original document page 29</formula>
因此，微分相位角為<formula>complex formula see original document page 29</formula>
通過對一個拾取信號而不是對兩個拾取信號進行希爾伯特變換，有 利地減小了在科里奧利質(zhì)量流量計中進行相位和頻率估計所需的計算負 荷。因此，該相位和頻率可利用兩個傳感器信號、但只利用一個90度 相移來確定。
圖13示出了與現(xiàn)有技術相比的本發(fā)明傳感器處理，其中比較每一 個時差(Δt)值。該圖表示出了包括氣流(例如氣泡)的流體材料。在該條件下，因為相位和頻率計算速率，所以流體噪聲基本上在新的算法 中減小。從圖可見，本發(fā)明獲得的結果沒有顯示現(xiàn)有技術(At)測量中 反映出的那些大峰值和谷值。
本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術。首先，現(xiàn)有技術通常利用拾取信號和獨立 頻率源來確定拾取頻率，例如驅(qū)動器信號發(fā)送到驅(qū)動器系統(tǒng)以確定振動 響應頻率。相反，本發(fā)明通過對兩個傳感器信號中的一個傳感器信號移 相來確定頻率?，F(xiàn)有技術不能從傳感器信號的相移來確定振動響應頻 率。
其次，大多數(shù)現(xiàn)有技術流量計利用現(xiàn)有技術頻率確定來確定拾取信 號之間的相差。因此，現(xiàn)有技術頻率確定中包括的任何誤差都包括在現(xiàn) 有技術相差確定中，組合了現(xiàn)有技術質(zhì)量流量確定中的整個誤差。相反， 本發(fā)明從一個或兩個相移傳感器信號、而不利用任何頻率確定來直接確 定相差。因此，任何誤差項僅僅是相差確定中的相位操作和相位測量的 結果，并不受任何頻率確定誤差影響。
第三，現(xiàn)有技術利用單獨確定的外部頻率來確定質(zhì)量流量。通常， 現(xiàn)有技術還利用已經(jīng)通過獨立確定的外部頻率獲得的相差。因此，現(xiàn)有 技術中，質(zhì)量流量可受到頻率確定中任何誤差的兩次影響，因此精確度 和可靠性不令人滿意。相反，本發(fā)明中，獨立獲得頻率確定和相差確定。 因此，本發(fā)明的頻率確定和相差確定包括小得多的誤差分量。因此，利 用本發(fā)明的該電子計量器和方法，大大減小了質(zhì)量流量確定中的誤差 量。因此，根據(jù)本發(fā)明的密度和體積流量也提高了精確度和可靠性。
第四，現(xiàn)有技術的頻率確定花費相對長的時間。在流體材料包括兩 相或三相流體時，例如包括夾帶固體和/或夾帶氣體(如氣泡)的流體， 現(xiàn)有技術頻率確定花費l一2秒以提供穩(wěn)定和相對精確的頻率測量。相 反，根據(jù)本發(fā)明的頻率和相差確定可很快地獲得，例如在毫秒或幾百毫 秒數(shù)量級上。也可在更少的時間內(nèi)獲得從該頻率和相差導出的所有流動 特性。
圖14示出了本發(fā)明另一具體實施例的電子計量器20。如前所述， 該具體實施例的電子計量器20可包括接口 201、數(shù)字轉(zhuǎn)換器202、處理 系統(tǒng)203和存儲系統(tǒng)204。與其它具體實施例中相同的組成和/或程序采用相同的附圖標記?？梢岳斫猓搱D的電子計量器20可包括各種其它 的組件和/或程序，例如前述的組件和/或程序。
操作時，電子計量器20處理來自計量組件10的第一和第二傳感器 信號，以確定流經(jīng)流量計5的流體材料中流動分量的質(zhì)量分數(shù)。質(zhì)量分 數(shù)是兩相流中第一流體分量和第二流體分量之間的質(zhì)量流量比。該質(zhì)量 分數(shù)可用于確定各種流體分量的質(zhì)量。例如該流體可包括流體分量和氣 體分量。該流體材料的總質(zhì)量流量可與質(zhì)量分數(shù)相乘，以獲得一個或多 個流體分量質(zhì)量流量和氣體分量質(zhì)量流量。該流體可包括任何類型的流 體，且該氣體可包括任何類型的氣體。該氣體可例如包括空氣。下面的 討論將集中在流體中的空氣，但可以理解，本發(fā)明可應用于任何氣體。
電子計量器20從流量計接收和處理計量組件10的頻率響應1410， 例如第一傳感器信號1410和第二傳感器信號1411。該電子計量器20將 頻率響應1410分解成氣體頻率分量1412和流體頻率分量1416。電子計 量器20從頻率響應1410確定整個密度(pmix) 1420。同樣，從氣體頻 率響應1412確定氣體分量密度(Pgas) 1420。電子計量器20利用該頻率 響應1410與一個或多個氣體頻率分量1412和流體頻率分量1416來確 定氣體的空隙度1418。電子計量器20還利用空隙度1418、整個密度1420 和氣體密度1421來確定質(zhì)量分數(shù)1419。將該質(zhì)量分數(shù)(mf)定義為
mf = m1/(m1+m2) (35)
一個具體實施例中，質(zhì)量分數(shù)包括氣體質(zhì)量分數(shù)(mfgas)。該氣體 質(zhì)量分數(shù)包括
mFfluid =mgas/mgas +fluid (36)
然而可以理解，可替換地，本發(fā)明可在流體材料中確定流體質(zhì)量分數(shù)(mffluid)(或任何其它質(zhì)量分數(shù))。該流體質(zhì)量分數(shù)(mffluid)包括氣 體質(zhì)量分數(shù)的補數(shù):
mffluid = mfluid / mgas +mfluid (37)
然而，為了簡化，該討論將集中在氣體質(zhì)量流量(mfgas)。
第一傳感器信號1410和第二傳感器信號1411包括隨時間變化的電子信號，該電子信號例如來自拾取傳感器170L和170R的信號基本上連 續(xù)地通過電子計量器20接收和處理。頻率響應1410可利用前述處理塊 確定(見圖6—7和9)。有利的是，當利用前述高速頻率確定時，本發(fā) 明可快速、精確且可靠地確定氣體的空隙度1418。
該具體實施例中的處理系統(tǒng)203可包括空隙度程序1401、陷波濾波 器程序1402和質(zhì)量分數(shù)程序1405。處理系統(tǒng)203還可包括一個或多個 濾波器或濾波器程序，例如低通濾波器程序1403和高通濾波器程序 1404。可替換地，該一個或多個濾波器或濾波器程序可包括陷波濾波器 結構或其它可濾去窄帶頻率的濾波器結構。處理系統(tǒng)203還可包括頻率 響應1410、空隙度1418和質(zhì)量分數(shù)1419，它們可分別存儲頻率響應測 量值、空隙度確定和質(zhì)量分數(shù)確定。處理系統(tǒng)203還可包括流體頻率分 量1416和氣體頻率分量1412，它們可存儲用于空隙度和質(zhì)量分數(shù)確定 的工作頻率值。處理系統(tǒng)203還可包括整個密度1420、氣體分量密度1421 和流體分量密度1422，它們存儲用于空隙度和質(zhì)量分數(shù)確定的工作密度 值。
頻率響應1410包括混合頻率(fmix)，其中頻率響應1410可包括氣 體頻率分量(fgas) 1412和流體頻率分量(ffluid) 1416。將混合頻率(fmix) 分解成這些頻率分量并確定這些頻率分量后，可確定該空隙度和質(zhì)量分 數(shù)。任何時候，頻率響應1410可包括任何量的氣體頻率分量(fgas) 1412 (即夾帶的氣體)。
圖15是空氣、流體和混合的空氣/流體混合物(即包括所夾帶氣體 的流體)的流量計頻率響應圖。流經(jīng)流量計的流體材料中的氣體密度與 流體密度不同。因為可從測量的頻率中導出密度，所以與空氣相關的頻 率與流體的頻率也不同。這對于其它氣體或氣體混合物也是正確的。
計算頻率的方程為
<formula>complex formula see original document page 32</formula>
其中ω是科里奧利流量計的角頻率。ω-1項表示來自前面或更早的
采樣周期的角頻率樣品。該角頻率ω轉(zhuǎn)換為以赫茲(Hz)為單位的頻率，
給出了<formula>complex formula see original document page 33</formula>(39)
該等式假定僅僅存在一個頻率。如果存在兩個頻率，當在夾帶空氣
的情況下(空氣頻率和流體材料流體的頻率)時，那么該新等式變成了
<formula>complex formula see original document page 33</formula>(40)
其中fmix是整個流體材料的頻率響應，包括氣體頻率分量(fgas)和
流體頻率分量(ffluid)。
再次參考圖14，低通濾波器程序1403進行低通濾波。低通濾波器 通過基本低于低通截止頻率的低頻。因此，低通濾波器可用于去除高頻。
高通濾波器程序1404進行高通濾波。高通濾波器通過基本上高于 高通截止頻率的高頻。因此，高通濾波器可用于去除低頻。
陷波濾波器程序1402進行陷波濾波。陷波濾波器濾去窄帶頻率， 該窄帶頻率中心位于該陷波濾波器頻率響應的"槽口" (notch)。只有該 槽口中的頻率被陷波濾波器濾去。因此，陷波濾波器對于去除來自頻率 響應1410的已知的、不期望的頻率非常有用。
空隙度程序1401確定流體材料中的空隙度(通常為氣體)?？蓮牧?體分量的密度來確定空隙度，其中整個密度(ρmix)包括氣體分量密度 (ρgas)和流體分量密度(ρfluid)的和。
密度(ρ )基本包括
ρ＝(1/f)2(41)
其中f是流體頻率分量1416的頻率測量值GPfmix)?？衫昧黧w頻 率分量1416來計算流體分量密度(ρfluid) 1422。在一個具體實施例中， 流體頻率^^量1416包括平均混合物頻率。氣體分量密度(gas) 1421可 利用氣體頻率分量1412計算。因此，將氣體的空隙度1418計算為流體 分量密度(ρfluid) 1422減去整個密度(ρmix) 1420，除以流體分量密度 (ρfluid) 1422減去氣體分量密度(Pgas) 1421。空隙度計算具有下面的 形式
<formula>complex formula see original document page 33</formula> (42)
最終的氣體空隙度1418反映了流體材料中氣液比。
質(zhì)量分數(shù)程序1405從頻率響應1410來確定質(zhì)量分數(shù)1419。在一個具體實施例中，質(zhì)量分數(shù)程序1405利用確定的空隙度(VF) 1418和獲得的密度值，以計算質(zhì)量分數(shù)1419。
質(zhì)量(m)和體積(V)與密度(P)相關。因此，密度包括
ρ=m/v (43)
因此，質(zhì)量分數(shù)(mf)可簡化為
mf=m1/(m1+m2)=m1/mmix=ρ1V1/ρmixVmix (44)
因為空隙度(VF)包括體積比
VF = VF*ρ1/ρmix (45)
那么質(zhì)量分數(shù)(mf)包括
mf=VF%ρ1/ρmix (46)
因此，可從空隙度(VF)、氣體分量密度(Pgas) 1421和整個密度 (Pmix) 1422中確定質(zhì)量分數(shù)。氣體分量密度(Pgas) 1421和整個密度 (P mix) 1422可分別從氣體頻率分量1412和頻率響應1410中確定。
可以理解，如果氣體或流體是已知的，那么僅僅需要氣體頻率分量 1412和流體頻率分量1416之一。例如，如果該氣體包括空氣，那么可 假定標準空氣頻率響應(和密度)。因此，可濾波掉已知的氣體或流體 頻率，并且僅僅需要一個濾波步驟。
電子計量器20可額外地確定其它流動特性，例如整個質(zhì)量流量、 分量質(zhì)量流量、分量體積等。電子計量器20可與計量組件10通信，其 中該計量組件10可包括產(chǎn)生頻率響應的任何類型流量計。在一個具體 實施例中，該計量組件10包括科里奧利流量計。在另一個具體實施例 中，計量組件10包括振動密度計。
圖16是根據(jù)本發(fā)明具體實施例確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體 分量質(zhì)量分數(shù)的方法流程圖1600。在步驟1601中，接收頻率響應。例 如，頻率響應被接收在電子計量器20中。頻率響應包括響應于具有流 體材料的振動計量組件10的頻率。
在步驟1602中，將該頻率響應分解成氣體頻率分量1412和流體頻 率分量1416。這是可能的，因為頻率響應1410包括與流體材料中氣體 流量相關的氣體頻率分量以及與流體流量相關的流體頻率分量。如前所 述，該分解可通過一個或多個濾波器進行。
在步驟1603中，從該頻率響應確定整個密度(Pmix)。整個密度(P mix)反映組合的流體和氣體流體分量的密度。如前所述，整個密度(P mix)基本包括一除以頻率響應(即該頻率響應的倒數(shù))的平方。
在步驟1604中，從氣體頻率分量(fgas)中確定氣體分量密度(P gas)。 氣體分量密度(Pgas)正好反映氣流分量的密度。
在步驟1605中，如前所述，氣體的空隙度(VF) 1418利用頻率響 應1410、氣體頻率分量1412、和流體頻率分量1416來確定。最終的氣 體空隙度1418可表示為比值、百分比或其它測量值。
在步驟1606中，如等式46所示，從空隙度(VF) 1418以及氣體
密度(P gas)與整個密度(P mix)之比來確定質(zhì)量分數(shù)。
圖17是根據(jù)本發(fā)明具體實施例確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體 分量質(zhì)量分數(shù)的方法流程圖1700。將該頻率響應分解成流體和氣體頻率 分量的一個方法包括進行兩次濾波操作。 一次濾波操作包括使用第一濾 波器濾波頻率響應，所述第一濾波器基本上濾去氣體頻率分量并基本上 通過流體頻率分量。第二次濾波操作包括使用第二濾波器濾波該頻率響 應，該第二濾波器基本上濾去流體頻率分量并基本上通過氣體頻率分 量。因此，第一濾波器輸出流體頻率分量，而第二濾波器輸出氣體頻率
在步驟1701中，如前所述，接收響應信號。
在步驟1702中，通過第一濾波器濾波該頻率響應。第一濾波器基 本濾去氣體頻率分量并基本通過流體頻率分量(見圖18)。在一個具體 實施例中，第一濾波器包括低通濾波器，其中該低通濾波器的低通截止 頻率基本上在流體頻率分量以上。因此，低通濾波器基本通過流體頻率
分量并基本濾去氣體頻率分量。
在步驟1703中，通過第二濾波器濾波該頻率響應。第二濾波器基 本濾去流體頻率分量并基本通過氣體頻率分量。在一個具體實施例中，第二濾波器包括高通濾波器，其中該高通濾波器的高通截止頻率基本上 在氣體頻率分量以下(但在流體頻率分量以上)。因此，高通濾波器基本通過氣體頻率分量并基本濾去流體頻率分量。
在步驟1704中，如前所述，確定整個密度(Pmix)。
在步驟1705中，如前所述，確定氣體密度(Pgas)。
在步驟1706中，如前所述，氣體的空隙度1418利用頻率響應1410、 氣體頻率分量1412和流體頻率分量1416來確定。
在步驟1707中，如前所述，確定質(zhì)量分數(shù)1419。
圖18是頻率圖表，其示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的低通和高通濾波 器響應，該低通和高通濾波器響應用于分解成流體頻率分量和氣體頻率 分量。該圖的下部線條表示包括流體頻率分量波瓣和氣體頻率分量波瓣 的流量計頻率響應。上部線條包括沿著截止頻率的低通濾波器響應和高 通濾波器響應。這里，對于低通濾波器和高通濾波器的截止頻率的中心 基本上都位于上述兩個波瓣之間。低通濾波器和高通濾波器可具有共同 的截止頻率，或者可以具有不同的截止頻率，這取決于流體和氣體頻率 分量而定?？梢钥吹?，低通濾波器將輸出流體頻率分量，高通濾波器將 輸出氣體頻率分量。因此，這兩個濾波器可將頻率響應1410分解成氣 體頻率分量1412和流體頻率分量1416。
分解成流體和氣體頻率分量的另一方法包括濾波單個的、已知的頻在流體材料中的氣體為空氣的情況下，那么可配置該濾波操作以濾波相對窄的頻帶，該相對窄的頻帶以一般的空氣頻率響應為中心。隨后，從頻率響應導出的整個密度以及從剩下的流體頻率分量導出的流體密度分量可用于確定空氣密度項。例如，在氣體己知為大氣壓下空氣的情況 下，濾波器(例如陷波濾波器)可用于基本上濾去該頻率響應的空氣頻率分量。因此，整個密度(Pmix) 1420可從頻率響應1410中計算，流 體分量密度(Pfluid) 1422可從流體頻率分量1416中計算。因此，空氣 分量密度(Pgas) 1421包括
Pmix=Pfluid(1-VF) +Pgas (47)
該等式可改寫為P mix=P fluidΦfluid— P gasΦgas (48)
可替換地，可以理解的是，流體頻率分量可去除/濾波掉，并且空隙
度可利用氣體頻率分量確定。如前所述，在該流體擁有己知的特征頻率 響應和密度的情況下，可進行單個頻率去除。因此，單個頻率去除的方 法可去除流體頻率分量或氣體頻率分量。
在一個具體實施例中，可通過一個或多個濾波器去除單個頻率分 量，而其它頻率分量可通過該濾波操作。 一個具體實施例中的一個或多 個濾波器包括陷波濾波器。除了窄帶范圍內(nèi)的頻率(即頻率響應中的槽 口)之外，陷波濾波器通過所有頻率。可替換地， 一個或多個濾波器可 包括任何令人滿意的濾波器或濾波器組合。
圖19是根據(jù)本發(fā)明具體實施例確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體
分量質(zhì)量分數(shù)的方法流程圖1900。步驟1901中，如前所述，接收頻率 響應1410。
步驟1902中，通過陷波濾波器處理該頻率響應。陷波濾波器通過 槽口以下或以上的頻率，例如在該具體實施例中通過該氣體頻率響應以 上或以下的頻率。因此，陷波濾波器基本上濾去氣體頻率分量1412。陷 波濾波器基本通過流體頻率分量1416。
圖20是陷波濾波器頻率響應圖。在示出的示例中，該槽口以氣體 頻率為中心。該陷波濾波器基本通過該槽口以上和以下的所有頻率，并
且該陷波濾波器基本上僅僅濾去氣體頻率。
再次參考圖19，步驟1903中，如前所述，確定整個密度(Pmix)。
步驟1904中，如前所述，確定氣體密度(P gas)。
步驟1905中，如前所述，確定氣體的空隙度1418。
步驟1906中，如前所述，確定質(zhì)量分數(shù)1419。
如果需要，那么根據(jù)本發(fā)明的電子計量器和方法可依照任何實施例 來實施，以獲得幾個優(yōu)點。本發(fā)明可確定兩相流中的質(zhì)量分數(shù)。本發(fā)明 可確定多相流中的質(zhì)量分數(shù)。本發(fā)明可確定氣體質(zhì)量分數(shù)或流體質(zhì)量分 數(shù)。本發(fā)明可確定空氣的質(zhì)量分數(shù)。本發(fā)明可確定單個流體分量的質(zhì)量，
例如氣體流體分量流量和流體流體分量流量。本發(fā)明可提供更好精確度 和可靠性的質(zhì)量分數(shù)確定。本發(fā)明可提供與現(xiàn)有技術相比更快的質(zhì)量分數(shù)確定，同時消耗更少的處理時間,
權利要求
1、電子計量器(20)，用于確定流經(jīng)流量計(5)的流體材料中流體分量的質(zhì)量分數(shù)，該電子計量器(20)包括接口(201)，用于接收流體材料的頻率響應；和處理系統(tǒng)(203)，所述處理系統(tǒng)與所述接口(201)通信并被配置成接收來自該接口(201)的頻率響應，將該頻率響應至少分解成氣體頻率分量和流體頻率分量，從該頻率響應確定整個密度，從所述氣體頻率分量確定氣體密度，從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣體的空隙度，并且將所述氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比來確定該質(zhì)量分數(shù)。
2、 如權利要求1的電子計量器(20)，其中氣體密度包括氣體頻率平方的倒數(shù)，并且整個密度包括頻率平方的倒數(shù)。
3、 如權利要求1的電子計量器(20)，其中處理系統(tǒng)(203)還被 配置成從該頻率響應確定流體材料的質(zhì)量流量，并利用該質(zhì)量分數(shù)和質(zhì) 量流量來確定第一流體分量質(zhì)量和第二流體分量質(zhì)量中至少一個。
4、 如權利要求3的電子計量器(20)，其中該頻率響應包括第一傳 感器信號和第二傳感器信號，并且處理系統(tǒng)(203)被配置成確定實質(zhì) 瞬時頻率和確定實質(zhì)瞬時相差，其中利用該頻率和相差確定質(zhì)量流量。
5、 如權利要求3的電子計量器(20)，其中該頻率響應包括第一傳 感器信號和第二傳感器信號，并且處理系統(tǒng)(203)還被配置成確定實 質(zhì)瞬時頻率，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該 時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
6、 如權利要求3的電子計量器(20)，其中頻率響應包括第一傳感 器信號和第二傳感器信號，并且處理系統(tǒng)(203)還被配置成從第一傳 感器信號產(chǎn)生第一 90度相移，利用第一 90度相移和第一傳感器信號計 算該頻率，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該時 延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
7、 如權利要求3的電子計量器(20)，其中頻率響應包括第一傳感 器信號和第二傳感器信號，并且處理系統(tǒng)(203)還被配置成從第一傳 感器信號產(chǎn)生第一 90度相移，利用第一 90度相移、第一傳感器信號和 第二傳感器信號計算該相差，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以 獲得時延，將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
8、 如權利要求3的電子計量器(20)，其中頻率響應包括第一傳感 器信號和第二傳感器信號，并且處理系統(tǒng)(203)還被進一步配置成從 第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移，從第二傳感器信號產(chǎn)生第二卯度 相移，利用第一 90度相移、第二 90度相移、第一傳感器信號和第二傳 感器信號計算該相差，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以獲得時 延，將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
9、 如權利要求3的電子計量器(20)，其中頻率響應包括第一傳感 器信號和第二傳感器信號，并且處理系統(tǒng)(203)還被進一步配置成從 第一傳感器信號產(chǎn)生卯度相移，利用該90度相移和第一傳感器信號計 算頻率響應，至少利用該90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信 號計算相差，利用該頻率響應和該相差計算時延，從該時延計算質(zhì)量流 量，確定實質(zhì)瞬時相差，將該相差除以頻率以獲得時延，將該時延乘以 常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
10、 一種確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分量質(zhì)量分數(shù)的方法， 該方法包括接收該流體材料的頻率響應；將該頻率響應至少分解成氣體頻率分量和流體頻率分量； 從該頻率響應確定整個密度；從該氣體頻率分量確定氣體密度；從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣 體的空隙度；和將氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比以確定該質(zhì)量分數(shù)。
11、 如權利要求10的方法，其中氣體密度包括氣體頻率平方的倒 數(shù)，并且整個密度包括頻率平方的倒數(shù)。
12、 如權利要求10的方法，還包括 從該頻率響應確定流體材料的質(zhì)量流量；和利用該質(zhì)量分數(shù)和質(zhì)量流量來確定第一流體分量質(zhì)量和第二流體分 量質(zhì)量中至少一個。
13、 如權利要求12的方法，其中確定質(zhì)量流量包括 確定實質(zhì)瞬時頻率；和確定實質(zhì)瞬時相差，其中利用該頻率和相差來確定質(zhì)量流量。
14、 如權利要求12的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量包括確定實質(zhì)瞬時頻率；和 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
15、 如權利要求12的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移； 利用第一 90度相移和第一傳感器信號計算該頻率； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
16、 如權利要求12的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移；利用第一 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該相差；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
17、 如權利要求12的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移； 從第二傳感器信號產(chǎn)生第二 90度相移；利用第一 90度相移、第二 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感 器信號計算該相差；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
18、 如權利要求12的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移；利用該90度相移和第一傳感器信號計算頻率響應；至少利用該90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算相差；利用該頻率響應和該相差計算時延； 從該時延計算質(zhì)量流量； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
19、 一種確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分量質(zhì)量分數(shù)的方法， 該方法包括接收該流體材料的頻率響應；通過陷波濾波器處理該頻率響應，該陷波濾波器基本濾去氣體頻率 分量和流體頻率分量之一；從該頻率響應確定整個密度；從該氣體頻率分量確定氣體密度；從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣 體的空隙度；和將氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比以確定該質(zhì)量分數(shù)。
20、 如權利要求19的方法，其中氣體密度包括氣體頻率平方的倒數(shù)，整個密度包括頻率平方的倒數(shù)。
21、 如權利要求19的方法，還包括從該頻率響應確定流體材料的質(zhì)量流量；和利用該質(zhì)量分數(shù)和質(zhì)量流量來確定第一流體分量質(zhì)量和第二流體分 量質(zhì)量中至少一個。
22、 如權利要求21的方法，其中確定質(zhì)量流量包括 確定實質(zhì)瞬時頻率；和確定實質(zhì)瞬時相差，其中利用該頻率和相差來確定質(zhì)量流量。
23、 如權利要求21的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量包括確定實質(zhì)瞬時頻率； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
24、 如權利要求21的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移；利用第一 90度相移和第一傳感器信號計算該頻率；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
25、 如權利要求21的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移；利用第一 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該相差；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
26、 如權利要求21的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移； 從第二傳感器信號產(chǎn)生第二 90度相移；利用第一 90度相移、第二 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感 器信號計算該相差；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
27、 如權利要求21的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移；利用該90度相移和第一傳感器信號計算頻率響應；至少利用該90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算相差；利用該頻率響應和該相差計算時延； 從該時延計算質(zhì)量流量； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
28、 一種確定流經(jīng)流量計的流體材料中流體分量質(zhì)量分數(shù)的方法， 該方法包括接收該流體材料的頻率響應；通過第一濾波器濾波該頻率響應，該第一濾波器基本濾去氣體頻率 分量并基本通過流體頻率分量，其中第一濾波器輸出流體頻率分量；通過第二濾波器濾波該頻率響應，該第二濾波器基本濾去流體頻率分量并基本通過氣體頻率分量，其中第二濾波器輸出氣體頻率分量； 從該頻率響應確定整個密度；從該氣體頻率分量確定氣體密度；從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣 體的空隙度；和將氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比以確定該質(zhì)量分數(shù)。
29、 如權利要求28的方法，其中氣體密度包括氣體頻率平方的倒數(shù)，整個密度包括頻率平方的倒數(shù)。
30、 如權利要求28的方法，還包括從該頻率響應確定流體材料的質(zhì)量流量；和利用該質(zhì)量分數(shù)和質(zhì)量流量來確定第一流體分量質(zhì)量和第二流體分 量質(zhì)量中至少一個。
31、 如權利要求30的方法，其中確定質(zhì)量流量包括 確定實質(zhì)瞬時頻率；和確定實質(zhì)瞬時相差，其中利用該頻率和相差來確定質(zhì)量流量。
32、 如權利要求30的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，確定該質(zhì)量流量包括確定實質(zhì)瞬時頻率； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
33、 如權利要求30的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移； 利用第一 90度相移和第一傳感器信號計算該頻率； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
34、 如權利要求30的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移；利用第一 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算該相差；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
35、 如權利要求30的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移； 從第二傳感器信號產(chǎn)生第二 90度相移；利用第一 90度相移、第二 90度相移、第一傳感器信號和第二傳感 器信號計算該相差；確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
36、如權利要求30的方法，其中該頻率響應包括第一傳感器信號 和第二傳感器信號，并且確定該質(zhì)量流量還包括 從第一傳感器信號產(chǎn)生第一 90度相移； 利用該90度相移和第一傳感器信號計算頻率響應； 至少利用該90度相移、第一傳感器信號和第二傳感器信號計算相差；利用該頻率響應和該相差計算時延； 從該時延計算質(zhì)量流量； 確定實質(zhì)瞬時相差； 將該相差除以頻率以獲得時延；和 將該時延乘以常數(shù)，以獲得該質(zhì)量流量。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明實施例提供了一種電子計量器(20)，用于確定流動的流體材料中流體分量的質(zhì)量分數(shù)，該電子計量器(20)包括接口(201)，用于接收流體材料的頻率響應；和處理系統(tǒng)(203)。該處理系統(tǒng)(203)接收來自該接口(201)的頻率響應，將該頻率響應至少分解成氣體頻率分量和流體頻率分量。該處理系統(tǒng)(203)從該頻率響應確定整個密度，并從氣體頻率分量確定氣體密度，該處理系統(tǒng)(203)從該頻率響應與一個或多個氣體頻率分量和流體頻率分量中確定氣體的空隙度。該處理系統(tǒng)(203)將氣體的空隙度乘以氣體密度與整個密度之比來確定該質(zhì)量分數(shù)。
文檔編號G01F1/74GK101203732SQ200680017447
公開日2008年6月18日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者C·B·麥卡納利, M·J·貝爾 申請人:微動公司