用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳感器信號的流量計電子器件和方法

專利名稱：用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳感器信號的流量計電子器件和方法
技術領域：
本發明涉及用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳感器信號的流量計 電子^l件和方法。
技術背景已知利用科里奧利質量流量計測量流過管道的材料的質量流量，密度和體積流量以及其它信息，如于1985年1月1日頒發給J.E.Smith等人的U.S.專利 No.4,491，025和于1982年2月11日頒發給J.E.Smith的Re.31,450中所公開的。 這些流量計具有不同結構的一個或多個流管。每一個管道結構可以被視為具有 一組固有振動模式，該模式包括例如簡單的彎曲，扭轉，徑向和耦合模式。在 典型的科里奧利質量流量測量應用中，當材料流過管道時，以一個或多個振動 模式 管道結構，并且在沿著管道相距間隔的點處測量管道的運動。通過流管和流管中材料的組合質量可部分地確定材料填充系統的振動模 式。材料從流量計的入口側上的相連管道流進流量計。該材料然后被導引通過 一個流管或多個流管，并且離開流量計至在出口側上相連的魏。驅動器向流管施加壓力。該壓力引起流管振動。當沒有材料流過流量計時， 沿著流管的全部點以相同的相位振動。當材料開始流過流管時，科里奧利加速 度弓胞沿著流管的每一個點具有關于沿著流管的其它點不同的相位。流管的入 口側上的相位滯后于驅動器，而出口側上的相位領先于驅動器。在流管上的不 同點處布置傳感器，以便產生表示不同點處流管的運動的正弦信號。兩個傳感 器信號之間的相差成比例于流過一個流管或多個流管的材料的質量流量。在現 有技術的方法中，離散傅立葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)用于確定 傳感器信號之間的相差。該相差和流管裝置的振蕩頻率響應用于獲得質量流量。在J見有技術的方法中，獨立的參考信號用于確定拾取信號頻率，比如it31 禾傭被發送至振動驅動器系統的頻率。在另一方法中，鎖相環(PLL)用于鎖定 拾取或參考信號的頻率至驅動頻率。在另一現有技術方法中，iiil集中于陷波濾波器中的頻率可以確定拾取傳感器產生的振動響應頻率，其中現有技術流量 計試圖在拾取傳感器頻率處保持陷波濾波器的陷波。在流量計中的流動材料是 均勻的并且得到的拾取信號頻率相對穩定的場合下，這些現有技術在靜止條件 下相當好地工作。然而，當流動材料不均勻時，比如在流動材料包括液體和固 體或者在液體流動材料中存在氣泡這樣的兩相流中，5見有技術的相位測量受損壞。在這種情況中，現有技術確定的頻率可以快速i也波動。在快速和大的頻率過渡的條件過程中，對于拾取信號，可能在濾波器帶寬之外移動，獲得不精確 的相位和頻率測量。在空-滿-空配料中這也是問題，在這種情況中，在交替空和 滿的條件下重復操作流量計。此外，如果傳感器的頻率快速移動，解調過程將 不能夠跟上實際或測量頻率，弓胞不正確頻率處的解調。可以理解，如果確定 的頻率是不正確或不精確的，然后基本上得到的密度l直，體積流量值等也將是 不正確或不精確的。此外，在隨后的流動特性確定中誤差被混合。在現有技術中，拾取信號可被數字化和數字處理，從而執行陷波濾波。該 陷波濾波器僅接收窄帶頻率。因此，當目標頻率改變時，在一個時間段內，陷 波濾波器不鼬多卿宗目標信號。典型地，數字陷波濾波執行花費l-2秒對波動目 標信號跟蹤。由于用于確定頻率現有技術需要的時間，該結果是不僅頻率和 相位確定包含誤差，而且誤差測量包括艦在其過程中實際出現誤差和/或兩相 流的時間間隔的時間間隔。這是由于陷波濾波執行的相對緩'慢的響應。結果是在流量計中的流動材料處于兩相流過程中，現有技術流量計不能精確、快速或令人滿意i艦艮蹤或確定拾取傳感器頻率。因此，當現有技術利用確定的拾取頻率驅動相差時，相位確定同樣緩慢和容易產生誤差。因此，在相位 確定中混合頻率確定中的誤差。結果是頻率確定中和相位確定中增大的誤差， 導致質量流量的確定中誤差增大。此外，由于確定的頻率值用于確定密度f直(密 度近似等于一除以平方頻率)，在密度確定中重復或混合頻率確定中的誤差。當 體積流量等于質量流量除以密度時，對于體積流量的確定這也是真實的。在典型的油井中，井輸出通常不僅包括油，而且包括井輸出流中變化量的 水和天然氣。該油井輸出因此典型地包括多相流體流。結果，井流常常被供給 進入分離器裝置。該分離器裝置從井流析取一個或多個成分。該分離器裝置可 以包括兩相分離器，或者可以包括三相分離器。兩相分離器典型地從多相流析 取攜帶氣體。兩相分離器的輸出可以包括氣體輸出和沒有攜帶氣體的兩相液體。例如，在井流包括油，水和天然氣的情況中，然后兩相分離器液體輸出可以包 括兩相油和7jC流。三相分離器可以分出攜帶氣體，并且也可以分離7jC和油。然而，分離器不完全分離流成分。例如，析取氣體可以包括小量的剩余液體。這通常被稱作汽中帶水(canyover)或汽中帶水液體(liquid canyover)，當典型地高于液體出口地物理定位分離器的氣體出口時。此外，三相分離器的油 輸出(或者兩相分離器的油和水輸出)可以仍包括小量的攜帶氣體。這被稱作 水中帶汽(canyunder)或水中帶汽氣體(gascanyunder)，當典型地低于氣體出 口地物理定位分離器的液傲水出口時。依據現有技術的分離器輸出的測量包括利用某一類型的流量計觀糧每一個 分離器輸出流。該測量假定在分離器的氣體輸出中存在可以忽略的汽中帶水液 體，并且假定在油冰輸出中存在可以忽略的水中帶汽氣體。進行該假定，因為 在現有技術中，攜帶氣體和/或液體不能被基本上瞬時確定，并因此不能被精確 確定。然而，汽中帶水和水中帶汽是典型存在的，導致現有技術井產品測量中 顯著的不精確度。艦組合氣體和液體現有技術測量混合該不精確度。發明內容通過用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳感器信號的電子器件和方 法的提供解決了上面和其它問題，并且實現了現有技術的進步。依據本發明的實施例提供用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳感器 信號的電子器件。該流量計電子器件包括用于接收用于多相流動材料的第一傳 感器信號和第二傳^l信號的接口，以及與接口通信的處理系統。該處理系統 被布置成從接口接收第一傳感器信號和第二傳感ll信號，從第一傳感器i言號產 生第一90度相移，并且從第二傳 信號產生第二90度相移，禾,第一90度 相移麟二 90度相移的一個來計算頻率，禾傭第一 90度相移和第二 90度相移 的一個或多個計算相差，并且計算用于多相流動材料的質量流量，密度或體積 流量的一個或多個。依據本發明的實施例提供用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳自 信號的方法。該方法包括接收用于多相流動材料的第一傳感器信號和第二傳感 器信號，并從第一傳感器信號產生第一90度相移，并且從第二傳麟信號產生 第二 90度相移。該方法進一步包括利用第一 90度相移和第二 90度相移的一個 來計算頻率。該方法進一步包括利用第一 90度相移和第二 90度相移的一個或多個計算相差。該方法進一步包括計算用于多相流動材料的質量流量，密度或 體積流量的一個或多個。依據本發明的實施例提供用于處理用于流量計中的多相流動材料的傳自 信號的方法。該方法包括接收用于多相流動材料的第一傳感器信號和第二傳感器信號，并從第一傳 信號產生第一90度相移，并且從第二傳繊信號產生 第二 90度相移。該方法進一步包括利用第一 90度相移和第二 90度相移的一個 來計算頻率。該方法進一步包括利用第一 90度相移和第二 90度相移的一個或 多個計算相差。該方法進一步包括計算用于多相流動材料的質量流量，密度或 體積流量的一個或多個，并且計算多相流動材料中汽中帶水液體或水中帶汽氣 體的一個或多個。發明的各個方面在流量計電子器件的一個方面中，接口包括數字轉換器，該數字轉換^IM 布置成數字化傳^^言號。在流量計電子器件的另一方面中，處理系統被進一步布置成確定多相流動 材料中水中帶汽氣體或汽中帶水液體的一個或多個。在流量計電子器件的又一另一方面中，產生包括利用希耳伯特變換產生第 一 90度相移和第二 90度相移。在流量計電子器件的又一另一方面中，計算頻率包括從第一 90度相移和第 二90度相移計算頻率。在流量計電子器件的又一另一方面中，計算相差包括從第一傳 信號， 第一 90度相移和第二傳感器信號計算相差。在流量計電子器件的又一另一方面中，計算相差包括從第一傳mi信號， 第一 90度相移，第二傳感ll信號和第二 90度相移計算相差。在流量計電子器件的又一另一方面中，處理系統被進一步布置成分離 (breakout)頻率成至少氣體頻率分量和液體頻率分量，從頻率響應和氣體頻率 分量和液體頻率分量的一個或多個確定氣體的空隙度或液體分數的一個或多 個，禾,氣體的空隙度確定多相流動材料的液體流成分的液相密度或氣體流成 分的氣相密度的一個或多個，并且利用氣體的空隙度或液體分數的一個或多個 確定多相流動材料的水中帶汽氣體或汽中帶7jC液體的一個或多個。在流量計電子器件的又一另一方面中，分離包括禾,一個或多個濾波器處理頻率響應，該一個或多個濾波器基本上拒絕氣體頻率分量和液體頻率分量的 一個。在流量計電子器件的又一另一方面中，分離包括禾擁第一濾波器濾波頻率響應，該第一濾波器基本上拒絕氣體頻率分量，并且基本上ffiil液體頻率分量， 并且利用第二濾波器濾波頻率響應，該第二濾波器基本上拒絕液體頻率分量， 并且基本上通過氣體頻率分量，其中第一濾波器輸出液體頻率分量，并且第二 濾波器輸出氣體頻率分量。在流量計電子器件的又一另一方面中，確定氣體的空隙度或液體分數的一 個或多個包括從頻率響應計算總密度，從液體頻率分量計算液體成分密度，從 氣體頻率分量計算氣體成分密度，以及計算氣體的空隙度為液體成分密度 咸去 總密度除以液體成分密度減去氣體成分密度的比。在流量計電子器件的又一另一方面中，處理系統被進一步布置成分離頻率 響應成至少氣體頻率分量和液體頻率分量，從頻率響應確定總密度，從氣體頻 率分量確定氣體密度，從頻率響應和氣體頻率分量和液體頻率分量的一個或多 個確定氣體的空隙度，并且從與氣體密度除以總密度的比相乘的氣體的空隙度 確定質量分數。在流量計電子器件的又一另一方面中，處理系統被進一步布置成從頻率響 應確定流動材料的質量流量，并且利用質量分數和質量流量確定第一流成分質 量和第二流成分質量的至少一個。在流量計電子器件的又一另一方面中，處理系統被進一步布置成平方頻率 響應，以便產生平方的頻率響應，倒置平方的頻率響應，以便產生基本上瞬時 的流路(flow stream)密度，比較基本上瞬時的流路密度與表示氣1^荒動材料的 氣體流量分數的預定氣體密度和表示液流部分的預定液體密度的至少一個，并 從該比較確定液流部分或氣體流量分數的一個或多個。在本方法的一個方面中，該方法包括確定多相流動材料中水中帶汽氣體或 汽中帶水液體的一個或多個。在本方法的另一方面中，產生包括利用希耳伯特變換產生第一 90度相移和 第二90度相移。在本方法的又一另一方面中，計算頻率包括從第一 90度相移和第二 90度 相移計算頻率。在本方法的又一另一方面中，計算相差包括從第一傳感器信號，第一 90 度相移和第二傳SI信號計算相差。在本方法的又一另一方面中，計算相差包括從第一傳感器信號，第一 90度相移，第二傳 信號和第二 90度相移計算相差(220)。在本方法的又一另一方面中，該方法進一步包括分離頻率成至少氣體頻率 分量和液體頻率分量，從頻率響應和氣體頻率分量和液體頻率分量的一個或多 個確定氣體的空隙度或液體分數的一個或多個，利用氣體的空隙度確定多相流 動材料的液體流成分的液相密度或氣體流成分的氣相密度的一個或多個，以及 利用氣體的空隙度或液體分數的一個或多個確定多相流動材料的水中帶汽氣體 或汽中帶水液體的一個或多個。在本方法的又一另一方面中，分離包括利用一個或多個濾波器處理頻率響 應，該一個或多個濾波器基本上拒絕氣體頻率分量和液體頻率分量的一個。在本方法的又一另一方面中，分離包括利用第一濾:波器濾波頻率響應，該 第一濾波器基本上拒絕氣體頻率分量，并且基本上通過液體頻率分量，以及利 用第二濾波器濾波頻率響應，該第二濾波器基本上拒絕液體頻率分量，并且基 本上通過氣體頻率分量，其中第一濾波器輸出液體頻率分量，并且第二濾波器 輸出氣體頻率分量。在本方法的又一另一方面中，確定氣體的空隙度或液體分數的一個或多個 包括從頻率響應計算總密度，從液體頻率分量計算液體成分密度，從氣體頻率 分量計算氣體成分密度，以及計算氣體的空隙度為液體成分密度減去總密度除 以液體成分密度減去氣體成分密度的比。在本方法的又一另一方面中，該方法進一步包括分離頻率響應成至少氣體 頻率分量和液體頻率分量，從頻率響應確定總密度，從氣體頻率分量確定氣體 密度，從頻率響應和氣體頻率分量和液體頻率分量的一個或多個確定氣體的空 隙度，以及從與氣體密度除以總密度的比相乘的氣體的空隙度確定質量分數。在本方法的又一另一方面中，該方法進一步包括從頻率響應確定流動材料 的質量流量，以及禾,質量分數和質量流量確定第一流成分質量和第二流成分 質量的至少一個。在本方法的又一另一方面中，該方法進一步包括平方頻率響應，以便產生 平方的頻率響應，倒置平方的頻率響應，以便產生基本上瞬時的流路密度，比較基本上瞬時的流路密度與表示氣體流動材料的氣體流量分數的預定氣體密度 和表示液體流量分數的預定液體密度的至少一個，以及從該比較確定液體流量 分數或氣體流流量分數的一個或多個。


在所有附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。 圖1描述了本發明的例子中的科里奧利流量計； 圖2示出了依據本發明的實施例的流量計電子器件；圖3是依據本發明的實施例處理流量計中的傳，信號的方法的流程圖； 圖4示出了依據本發明的實施例的流量計電子器件；圖5是依據本發明的實施例處理流量計中的第一和第二傳感器信號的方法 的流程圖；圖6是依據本發明的實施例的處理系統的一部分的方塊圖；圖7示出了依據本發明的實施例的希耳伯特變換塊的細節；圖8和9是依據本發明的實施例的分析塊的兩個獨立分支的方塊圖；圖10是正常劍牛下流量計的拾取傳感器信號的功率譜密度曲線圖；圖11示出了依據單獨的相移實施例的希耳伯特變換i央；圖12示出了用于單獨的相移實施例的分析塊；圖13示出了如相比較于現有技術的本發明的傳感器處理，其中比較每一個 的時間差(At)值；圖14示出了依據本發明的另一實施例的流量計電子器件；圖15是對于空氣，對于液體，以及對于組合空，液體混合物(也就^t 于包括攜帶氣體的液體)的流量計頻率響應的曲線圖；圖16是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中氣體的空隙度的方法的流程圖；圖17是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中氣體的空 隙度的方法的流程圖；圖18是依據本發明的實施例示出可以用于分離液體頻率分量和氣體頻率 分量的低通和高通濾波器響應的頻率曲線圖；圖19是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中氣體的空 隙度的方法的流程圖；圖20是陷波濾波器頻率響應的曲線圖；圖21是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動禾才料中氣體的空 隙度的方法的流程圖；圖22是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中流成分的 質量分數的方法的流程圖；圖23是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中流成分的 質量分數的方法的流程圖；圖24是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的氣體流動材料中的液 流部分的方法的流程圖；圖25是天然氣密度相對于乙二醇百分比(也就是液體流量分數)的圖表；圖26是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的氣體流動材料中的液 體流量分數的方法的流程亂圖27是依據本發明的實施例處理流量計中的傳感器信號的方法的流程圖。
具體實施方式
圖1-27和下面的說明描述了具體的例子，以便教導本領域技術人員如何獲 得和利用本發明的最佳模式。為了教導發明原理，已經簡化或省略了一些傳統 方面。本領域技術人員可以理解落A^發明的范圍的這些例子的變形。本領域 技術人員可以理解可以以各種方式組合在下面所述的特征，以便形成本發明的 多個變形。因此，本發明不局限于下面所述的具體例子，而是僅通過權利要求 和它們的等價物來限定。圖1示出了包括流量計裝置10和流量計電子器件20的科里奧利流量計5。 流量計裝置10響應于加工材料的質量流量和密度。經由引線IOO，流量計電子 器件20被連接至流量計裝置10，以便在路徑26之上提供密度、質量流量和溫 度信息，以及與本發明無關的其它信息。描述了一種科里奧利流量計結構，對 本領域技術人員來說顯而易見，本發明可以實現為振動管密度計，而不具有科 里奧利質量流量計所提供的附加測量能力。流量計裝置10包括一對歧管150和150'、具有凸緣頸部110和110'的凸緣 103和103'、 一對平行的流管130和130'、驅動機構180、溫度傳感器190、以 及一對速度傳感器170L和170R。流管130和130'具有兩個基本上直的入口管 腿131和131'和出口管腿134和134'， M流管裝配塊120和120'處朝向彼ltbi也收斂。流管130和130'在沿著它們的長度的兩個對稱位置處彎曲，并且貫穿它 們的長度基本上平行。撐桿140和140'用于確定軸W和W，每一個流管關于該 軸振動。流管130和130怖側管腿131， 131鄰134， 134'固定連接至流管裝配塊120 和120'，并且這些±央進而固定連接至歧管150和150'。這提供了fflil科里奧利流 量計裝置10的連續的封閉材料路徑。當具有孔102， 102怖凸緣103和103'經由入口端104和出口端104'連接到 加工線(未示出)時，該加工線運載被測量的加工材料，材料ffiil凸緣103中 的孔101 SA流量計的末端104，通過歧管150被引導至具有表面121的流管裝 配塊120。在歧管150內部，材料被分開并且路由通過流管130和130'。在流出 流管130和130'后，加工材料在歧管150'中重新組合為單一流，并且其后路由從 出口端104'流出，該出口端104'通過具有螺栓孔102'的凸緣103'連接至加工線(未 示出)。流管130和130'被選擇和合適地裝配至流管裝配塊120和120'，從而分別具 有基本相同的質量分布、關于彎曲軸W-W和W-W加慣性矩和楊氏模量。這些 彎曲軸通過撐桿140和140'。由于流管的楊氏模量隨著溫度改變，并且該改變 影響流量和密度的計算，電阻式纟鵬檢測器(RTD) 190被裝配至流管130'，以 便連續地觀懂流管的溫度。流管的溫度以及對于M31其中的給定電流由此橫越 RTD顯現的電壓受到ffl31流管的材料的溫度控制。橫越RTD顯現的取決于溫度 的電壓以熟知的方法由流量計電子器件20使用，以便補償由于流管溫度的任何 變化而產生的流管130和130'的彈性模量的變化。通過引線195，該RTD被連 接至流量計電子器件20。在關于它們各個彎曲軸W-W和W-W的相對方向上，由驅動器180驅動兩 個流管130和130'，并且被稱為流量計的第一異相彎曲模式。該驅動機構180 可以包括多個熟知布置的任何一個，比如裝配至流管130'的磁體，以及裝配至 流管130的相對線圈，并且為了使兩個流管振動，交流電fflil所述線圈。經由 引線185，由流量計電子器件20施加適當的驅動信號至驅動機構180。流量計電子器件20在弓戰195上接收RTD 、鵬信號，并且左和右鵬信 號分別在引線165L和165R上顯現。流量計電子器件20產生顯現在引線185 上的驅動信號，以便驅動元件180和振動管130和130'。流量計電子器件20處理左和右速度信號和RTD信號，以便計算ffiii流量計裝置10的質量流量和密 度。通過路徑26，這一信息與其它信息一起由流量計電子器件20應用于應用裝 置29。圖2示出了依據本發明的實施例的流量計電子器件20。流量計電子器件20 可以包括接口 201和處理系統203。流量計電子器件20從流量計裝置10接收第 一和第二傳感器信號210和211，比如拾聰 傳 信號。流量計電子器件 20可以作為質量流量計工作，或可以作為密度計工作，包括作為科里奧利流量 計工作。流量計電子器件20處理第一和第二傳^l信號210和211，從而獲得 流過流量計裝置10的流動材料的流動特性。例如，流量計電子器件20可以確 定例如傳自信號的相差、頻率、時間差(At)、密度、質量流量和體積流量中 的一個或者多個。此外，依據本發明可以確定其它流動特性。下面將討論該確 定操作。相差確定和頻率確定比現有技術中的這種確定快速和精確和可靠的多。在 一個實施例中，從僅一個傳感器i言號的相移直接獲得該相差確定和頻率確定， 而不需要任何頻率參考信號。這有利地減小了需要的處理時間，以便計算流動 特性。在又一實施例中，從兩個傳感器信號的相移獲得相差，同時，僅從一個 相移信號獲得頻率。這增大了兩個流動特性的精確度，并且可以比現有技術更 快速地確定頻率和相差。現有技術頻率確定方法典型地花費l-2秒鐘用以執行。相反，依據本發明的 頻率確定可以在僅僅50毫秒(ms)中執行。甚至可以預期更快速的頻率確定， 取決于處理系統的類型和配置、振動響應的采樣率、濾波器尺寸、抽取率等。 在50 ms頻率確定比率處，依據本發明的流量計電子器件20可以比現有技術快 大約40倍。經由圖1的引線100，接口 201從速度傳感器170L和170R中的一個接收 傳 信號。接口 201可以執行任何需要的或期望的信號劍牛，比如任何方式 的格式化、放大、緩沖等。可替代地，在處理系統203中可以執行其中的一些 或全部j言號調整。此外，接口201可以允許流量計電子器件20和外部裝置之間的通信。接口 201育巨夠進行任何方式的電、光i線通信。一個實施例中的接口 201與數字轉換器202耦合，其中傳感器信號由模擬傳感器信號構成。數字轉換器202對模擬傳感器信號進行采樣和數字化，并產 生數割專SI信號。數字轉換器202也可以執行任何需要的抽取，其中抽取數 字傳 信號以便減小需要的信號處理量并減小處理時間。下面將更詳細地討 論抽取操作。處理系統203管理流量計電子器件20的操作，并且處理來自流量計裝置10 的流測量。處理系統203執行一個或多個處理，舒，，并因此處理流測量，從而 產生一個或多個流動特性。處理系統203可以包括通用計算機，微處理系統，邏輯電路或一些其它通 用或定制處理裝置。可以在多個處理裝置中分布處理系統203。處理系統203 可以包括任何方式的整體式或獨立的電子存儲介質，比如存儲系統204。處理系統203處理傳感器信號210，從而從傳感器信號210確定一個或多個 流動特性。例如對于流動材料， 一個或多個流動特性可以包括相差、頻率、時 間差(At)、質量流量和/或密度。在示出的實施例中，處理系統203根據兩個傳SI信號210和211和單一 傳感器信號的相移213確定流動特性。處理系統203根據兩個傳^l信號210 和211和單一的相移213可以至少確定相差和頻率。結果，fflit依據本發明的 處理系統203可以處理任一第一或第二相移傳Sfl信號(比如上游或下游拾取 信號)，從而確定用于流動材料的相差、頻率、時間差(At)禾口/頗量流量。存儲系統204可以存儲流量計參數和數據，軟件程序，常量和變量。在一 個實施例中，存儲系統204包括處理系統203所執行的程序。在一個實施例中， 存儲系統204存儲相移程序212，相差程序215，頻率程序216，時間差(At) 程序217和流動特性程序218。在一個實施例中，存儲系統204存儲用于操作流量計比如科里奧利流量計5 的體。 一個實施例中的存儲系統204存儲體，比如第一傳麟信號210和 第二傳感器信號211，其從速獻拾取傳感器170L和170R接收。此外，存儲系 統204可以存儲為了確定流動特性而產生的90度相移213。在一個實施例中，存儲系統204存儲從流動測量獲得的一個或多個流動特 性。在一個實施例中的存儲系統204存儲流動特性，比如相差220，頻率221， 時間差(At) 222，質量流量223，密度224和體積流量225 ，全部從傳自信 號210確定。相移，i^212對輸入信號執行90度的相移，也就是對傳感器信號210。 一 個實施例中的相移程序212執4豫耳伯特變換(下面討論)。利用制蟲的90度相移2B，相差程序215確定相差。也可以使用附加信息， 從而計算相差。從第一傳 信號210、第二傳 信號211和90度相移213 計算一個實施例中的相差。確定的相差可被存儲于存儲系統204的相差220中。 當從90度相移213確定時，可以比現有技術更快速地計算和獲得相差。這可以 在具有高流量或者其中出現多相流的流量計應用中提供臨界差。此外，可以與 任一傳感器信號210或211的頻率無關地確定相差。此外，由于與頻率無關地 確定相差，相差中的誤差分量不包括頻率確定的誤差分量，也就是說在相差測 量中不存在混合誤差。因此，相比現有技術的相差，減小了相差誤差。頻率程序216從90度相移213確定頻率(比如由第一傳感器信號210 二傳感器信號211顯示出的)。確定的頻率可被存儲于存儲系統204的頻率221 中。當從單個的90度相移213確定時，可以比現有技術更快速地計算和獲得頻 率。這可以在具有高流量或者其中出現多相流的流量計應用中提供臨界差。時間差(At)程序217確定第一傳S^信號210和第二傳感器信號211之 間的時間差(At)。時間差(At)可被存儲于存儲系統204的時間差(At) 222 中。該時間差(At)基本上包括被確定的頻率除的確定相位，并因此用于確定 質量流量。流動特性禾將218可以確定一個或多個流動特性。流動特性禾聘218例如 可以利用確定的相差220和確定的頻率221，從而實現這些附加的流動特性。可 以理解，對于這些確定可以需要附加的信息，比如質量流量或密度。流動特性 程序218可以根據時間差(At) 222并因此根據相差220和頻率221確定質量 流量。在Titlow等人的U.S.專利No.5,027,662中給出用于確定質量流量的公式， 并且于此被參考結合。質量流量涉及流量計裝置10中流動材料的質量流。同樣 地，流動特性程序218也可以確定密度224禾n/或體積流量225。確定的質量流 量、密度和體積流量可被分別存儲于存儲系統204的質量流量223、密度224 和體積225中。此外，ffiil流量計電子器件20可以傳送流動特性至外部裝置。圖3是在依據本發明的實施例處理流量計中的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 信號。在步驟302中，可以調節傳感器信號。在一個實施例中，調節可以包括用 以移除噪聲和不想要的信號的濾波。在一個實施例中，濾波可以包括在流量計 的預期基頻周圍處于中央的帶通濾波器。此外，可以執行其他調節操作，比如 放大，緩沖等。如果傳感器信號包括模擬信號，該步驟可以進步包括可被執行 的任何方式的釆樣、數字化和抽取，從而生成數^# 1信號。在步驟303中，產生單個的90度相移。該90度相移包括傳感器信號的90 度相移。M任何方式的相移機構或操作可以執行該90度相移。在一個實施例 中，利用希耳伯特變換執行該90度相移，操作數字傳 信號。在步驟304中，禾擁單個的90度相移計算相差。也可以利用附加信息，從 而計算相差。在一個實施例中，從第一傳感器信號，第二傳感器信號和單個的 90度相移確定相差。該相差包括響應信號中的相差，也就是拾取傳 中的相 差，由于振動流量計裝置10中的科里奧利效應，其可被看到。確定得到的相差，而在計算中不需要任何頻率值。可以比利用頻率計算的 相差快得多地獲得所得到的相差。得到的相差比利用頻率計算的相差具有更大 的精確度。在步驟305中，計算頻率。從90度相移有利地計算依據本發明的頻率。一 個實施例中的頻率禾,90度相移和對應的傳感器信號，從該傳自信號獲得90 度相移。該頻率是第一傳感器信號和第二傳感器信號中的一個的振動響應頻率 (在操作中兩個傳感器信號的頻率基本上相等)。該頻率包括流管對fflil驅動器 180產生的振動的振蕩頻率響應。獲得因此導出的頻率，而不需要任何無關的頻率參考信號。在操作中從單 獨的90度相移獲得該頻率，這比現有技術要快得多。得到的頻率比現有技術中 計算的頻率具有更大的精確度。在步驟306中，計算流動材料的質量流量。從在步驟304和305中計算的得到的相差和得到的頻率計算質量流量。此外，質量流量計算從相差和頻率可 以計算時間差(At)，時間差(At)最終用于計算質量流量。在步驟307中，可以任意確定密度。該密度可被確定為流動特性的一個， 并且例如可從頻率被確定。在步驟308中，可以任意確定體積流量，該體積流量可被確定為流動特性 的一個，并且例如可從質量流量和密度被確定。圖4示出了依據本發明的實施例的流量計電子器件20。和圖2相同的元件 共有相同的參考數字。該實施例中的流量計電子器件20包括第一傳感器信號210和第二傳感^l信 號211。處理系統203處理第一和第二 (數字)傳自信號210和211，從而從 該信號確定一個或多個流動特性。如先前討論的， 一個或多個流動特性可以包 括用于流動材料的相差，頻率，時間差(At)，質量流量，密度和/或體積流量。在示出的實施例中，處理系統203僅從兩個傳SI信號210和211確定流 動特性，而不需要任何外部頻率測量，并且不需要外部頻率參考信號。處理系 統203從兩個傳^l信號210和211可以至少確定相差和頻率。如先前討論的，存儲系存儲相移程序212，相差程序215，頻率程序216， 時間差(At)程序217和流動特性程序218。存儲系統204存儲第一傳mi信 號210和第二傳liH信號211。存儲系統204也存儲從傳,信號產生的第一 90度相移213和第二90度相移，從而確定流動特性。如先前討論的，存儲系統 204存儲相差220、頻率221、時間差(At) 222、質量流量223、密度224和體 積流量225。相移程序212對輸入信號執行90度相移，包括對第一傳感tl信號210和第 二傳感器信號211。 一個實施例中的相移程序212實施希耳伯特變換(下面討論)。相差程序215利用第一 90度相移213和第二 90度相移214來確定相差。 還可以利用附加信息，從而計算相差。在一個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計算相差。確定 的相差可被存儲于存儲系統204的相差220中，如先前討論的。當利用第一和 第二90度相移確定時，可以比現有技術快得多地計算和獲得相差。這可以在具 有高流量或者其中出現多相流的流量計應用中提供臨界差。此外，可以與任一 傳 信號210或211的頻率無關地確定相差。此外，由于與頻率無關地確定 相差，相差中的誤差分量不受頻率確定的誤差分量的影響，也就是說在相差測 量中不存在混合誤差。因此，相比現有技術的相差，減小了相差誤差。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(比如 S51第一 90度相移210或第二 90度相移211顯示的)。確定的頻率可被存儲于 存儲系統204的頻率221中，如先前討論的。當利用第一和第二90度相移確定時，可以比現有技術快得多地計算和獲得頻率。這可以在具有高流量或者其中 出現多相流的流量計應用中提供臨界差。時間差(At)程序217確定第一傳SI信號210和第二傳感器信號211之 間的時間差(At)。時間差(At)可被存儲于存儲系統204的時間差(At) 222 中，如先前討論的。該時間差(At)基本上包括被確定的頻率相除的確定相位， 并因此用于確定質量流量。如先前討論的，流動特性程序218可以確定質量流量，密度和/或體積流量 的一個或多個。圖5是在依據本發明的實施例處理流量計中的第一和第二傳 信號的方 法的流程圖500。在步驟501中，接收第一傳#11信號。在一個實施例中，第一 傳自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/i^信號。在一個實施例中，第二傳S^信號 包括上游或下游拾取傳/i^信號(與第一傳^^言號相反)。在步驟503中，可以調節傳感器信號。在一個實施例中，調節可以包括用 以移除噪聲和不想要的信號的濾波。在一個實施例中，濾波可以包括帶通濾波， 如先前討論的。此外，可以執行其他調節操作，比如放大，緩沖等。如果傳感 器信號包括模擬信號，該步驟可以進步包括可被執行的任何方式的采樣、數字 化和抽取，從而生成數字傳感^l信號。在步驟504中，產生第一90度相移。i亥第一 90度相移包括第一傳 信 號的90度相移。3!31任何方式的機構或操作可以執行該90度相移。在一個實 施例中，利用希耳伯特變換執行該90度相移，操作數字傳li^信號。在步驟505中，產生第二90度相移。該第二 90度相移包括第二傳SI信 號的90度相移。如在第一 90度相移中的，通過任何方式的機構或操作可以執 行該90度相移。在步驟506中，利用第一 90度相移和第二 90度相移，在第一傳感器信號 和第二傳感器信號之間計算相差。也可以利用附加信息，從而計算相差。在一 個實施例中，根據第一傳感器信號，第二傳SI信號，第一90度相移和第二90 度相移確定相差。該相差包括響應信號中的相差，也就是在兩個拾取傳感器中， 由于振動流量計裝置10中的科里奧利效應，其可被看到。確定得到的相差而在計算中不需要任何頻率值。和利用頻率計算的相差相比，可以更快速地獲得得到的相差。得到的相差比例用頻率計算的相差具有更 大的精確度。在步驟507中，計算頻率。從第一 90度相移和第二 90度相移有利地計算 依據本發明的頻率。 一個實施例中的頻率利用90度相移和對應的傳感器信號， 從該傳感器信號獲得90度相移。該頻率是第一傳感器信號和第二傳 信號中 的一個的振動響應頻率(在操作中兩個傳感器信號的頻率基本上相等)。該頻率 包括對流管對于Mil驅動器180產生的振動的振蕩頻率響應。獲得因此導出的頻率，而不需要任何無關的頻率參考信號。在操作中從90 度相移獲得該頻率，這比現有技術要快得多。得到的頻率比現有技術中計算的 頻率具有更大的精確度。在步驟508中，計算流動材料的質量流量。根據在步驟506和507中計算的得到的相差和得到的頻率來計算質量流量。此外，質量流量計算根據相差和 頻率可以計算時間差(At)，時間差(At)最終用于計算質量流量。 在步驟509中，可以可選地確定密度，如先前討論的。 在步驟510中，可以可選地確定體積流量，如先前討論的。 圖6是依據本發明的實施例的處理系統203的一部分的方塊圖600。在該圖 中，方±央表示處理電路或處理動作/程序。方塊圖600包括1階濾波器塊601， 2 階濾波器塊602，希耳伯特變換塊603和分析塊604。 LPO和RPO輸入包括左 拾取信號輸入和右拾取信號輸入。LPO或RPO可以包括第一傳感器信號。在一個實施例中，1階濾波器±央601和2階濾波器±央602包括數字有P艮脈沖 響應(F1R)多相抽取濾波器，在處理系統203中被實施。這些濾波鵬供用于濾波和抽取一個或兩個傳感器信號的最佳方法，在相同的時序時間處和以相同 的抽取率執行濾波和抽取。作為替代的，l階濾波器i央601和2階濾波器塊602可以包括無限脈沖響應(mo濾波器或其它合適的數字濾波器或濾波處理。然 而，可以理解，可以預期其它濾波處理和/或濾波實施例，并且在說明書和權利 要求書的范圍內。圖7示出了依據本發明的實施例的希耳伯特變換±央603。在示出的實施例 中，希耳伯特變換塊603包括LPO分支700和RPO分支710。該LPO分支700 包括與LPO濾波器±央702并聯的LPO延遲塊701 。同樣地，RPO分支包括與 RPO濾波器塊712并聯的RPO延遲塊711 。LPO延遲±央701和RPO延遲±央711弓l入采樣^m。 LPO延iE塊701和RPO延iSt央711因jJ:隨擇LPO和RPO數字 信號采樣，該LPO和RPO數字信號采樣比fflil LPO濾波器塊702和RPO濾波 器±央712濾波的LPO和RPO數字信號采樣在時序時間上要晚。該LPO濾波器 塊702和RPO濾波器塊712對輸入的數字信號采樣執行90度相移。希耳伯特變換塊603是第一步驟，用以提供相位測量。該希耳伯特變換塊 603接收濾波的、抽取的LPO和RPO信號，并且執， 耳伯特變換。該希耳伯 特變換產生LPO和RPO信號的90度相移版本，也就是它產生原始、同相信號 (I)分量的正交分量(Q)。希耳伯特變換塊603的輸出因此提供新的正交(Q) 分量LPOQ和RPOQ，連同原始、同相信號(I)分量LPOI和RPOI—起。 至希耳伯特變換塊603的輸入可以被表示為 洲=4。 cos(O (2)利用希耳伯特變換，輸出變成ii>CW =4p。sin(0 (4)i^O,'歸-、。sin(欲+州 (5) 組合原始項與希耳伯特變換的輸出獲得 丄尸O =人。[cos(w/) +; sin(紐)]=4p。^(加) (6)- ^。[cos(欲+ -) +〖sin(加+州=、。e,一 (7)圖8和9是依據本發明的實施例的分析塊604的兩個獨立分支的方塊圖。 分析塊604是頻率、差分相位和德耳塔T (At)測量的最后階段。圖8是包括 第一分支的相位部分604a，該第一分支從同相(I)和正交(Q)分量確定相差。 圖9是從單個的傳 信號的同相(I)和正交(Q)分量確定頻率的頻率部分 604b。單個的傳感器信號可以包括LPO信號，如示出的，或者可以可替代地包 括RPO信號。在圖8的實施例中，分析塊604的相位部分604a包括結合塊801a和801b， 共軛塊802，復數乘法塊803，濾波器塊804和相角塊805。該結合塊801a和801b接收傳感器信號的同相(I)和正交(Q)分量，并 且傳送它們。共軛塊802對傳感器信號(在這里是LPO信號)執行復共軛，并形成假象信號的負值。復數乘法±央803使RPO信號和LPO信號相乘，下面執 行方程(8)。濾波器塊804執行數字濾波，比如上面討論的FIR濾波。濾波器 塊804可以包括多相抽取濾波器，該多相抽取濾波器用于從傳感器信號的同相(I) 和正交(Q)分量移除諧波內容，以及抽取信號。濾波系數可被選擇為提 供輸入信號的抽取，比如以例如因數10抽取。相角塊805根據LPO信號和RPO 信號的同相(I)和正交(Q)分量確定相角。相角塊805執行下面示出的方程(II) 。圖8中示出的相位部分604a執行下面的方程 <formula>formula see original document page 26</formula> (8)其中L尸O是丄尸O的復共軛，假定<formula>formula see original document page 26</formula>(9)然后<formula>formula see original document page 26</formula> (10)得到的差分相角是:<formula>formula see original document page 26</formula>(11)圖9是依據本發明的分析塊604的頻率部分604b的方塊圖。頻率部分604b 可以對左或右拾取信號(LPO或RPO)作用。示出的實施例中的頻率部分604b 包括結合塊901，復共軛塊902，采樣塊903，復數乘法塊904，濾波器塊905， 相角塊906，常量塊907和除法塊908。如上所述，結合塊901接收傳感器信號的同相(I)和正交(Q)分量，并 且傳送它們。共軛i央902對傳lg^信號執行復共軛，在這里為LPO信號，并形 成假象信號的負值。延遲塊903引入采樣延;i^aA頻率部分604b，并因lt隨擇 在時間上時序陳舊的數字信號采樣。該陳舊的數對言號采樣在復數乘法塊904 中與當前數字信號相乘。復數乘法塊904使RPO信號和LPO共軛信號相乘， 執行下面的方程(12)。濾波器±央905執行數字濾波，比如上面討論的FIR濾波。 濾波器±央905可以包括多相抽取濾波器，該多相抽取濾波器用于從傳感器信號的同相(I)和正交(Q)分量移除諧波含量，以及抽取信號。濾波系數可被選擇為提供所輸入信號的抽取，比如以例如因數10抽取。相角塊906根據LPO 信號的同相(I)和正交(Q)分量確定相角。相角塊906執行下面的方程(13) 的一部分。常量塊907提供因數，該因數包括被兩個兀相除的采樣率Fs，如方 程(14)中示出的。除法塊908執行方程(14)的除法操作。 頻率部分604b執行下面的方程兩個連續采樣之間的角度因此是Lcos(o 卜(》 其是左拾取的弧度頻率。轉換成HZ:(12)(13)4 ^ 、,其中"Fs"是希耳伯特變換塊603的速率。在先前討論的例子中，Fs是大 約2kHz。圖10是正常條件下流量計的拾取傳 信號的功率譜密度曲線圖。流量計 的蟇頻是曲線的最高尖峰信號，并且位于大約135Hz處。該圖也示出頻率譜中 幾個其它大的尖峰信號(第一非基諧模式是基諧模式的頻率大約1.5倍的頻率處 的扭曲模式)。這些尖峰信號包括流量計附皆波頻率，并且也包括其它、不期望 的傳 模式(也就是扭曲模式，第二彎曲模式等)。圖11示出了依據單個相移的實施例的可替代的希耳伯特變換塊603'。該實 施例中的希耳伯特變換塊603'包括LPO分支1100和RPO分支1110。 LPO分支 1100包括與濾波器塊702并聯的延遲i央701 。該實施例中的RPO分支1110僅 包括延遲塊701。如之前的，延遲塊701引入采樣延遲。如之前的，濾波器土央 702對輸入數字信號采樣執行90度相移。可以理解，可替代地，希耳伯特變換 塊603'可以只相移RPO信號。該處理實施例利用僅一個傳感器信號的希耳伯特變^/相移，從而獲得頻率 和相差(見圖2-3)。這顯著地減小了需要用于執行相位測量的計算的數量，并 且顯著地減小了需要用于獲得質量流量的計算的數量。在該實施例中，希耳伯特變換土央603'的輸出)l娥供左或右傳li^信號的正 交(Q)分量，而不是此兩者。在下面的實施例中，LPO信號被相移。LPO = Aipo cos(ωt) (26)RPO = Arpo cos(ωt) (27)利用希耳伯特變換，輸出變成LPOhllberi = Aip sin (ωt) 28)RPO = Arpo cost(ωt + Φ)(29)LPO = Aipo[cos(ωt) + isin(ωt)] = Aipoe(ωt) (30)同時，RPO保持相同<formula>formula see original document page 28</formula> (31)圖12示出了用于單個相移的實施例的分析塊604a'。該實施例中的分析±央 604a'包括結合塊801，復數乘法塊803，低通濾波器塊1201和相角塊805。該 實施例中的分析塊604a'執行下面的方程<formula>formula see original document page 28</formula> (32)低通濾波器i央1201包括移除通過復數乘法塊803產生的高頻分量的低通濾 波器。該低通濾波器塊1201可以執行任何方式的低通濾波操作。乘法操作的結 果產生兩個項。(-ωt+ωt+Φ)項組合和簡化成僅相位項Φ(DC結果)，這是因 為(-ωt)和(ωt)項彼此抵消。(wt+ωt+Φ)簡化成(2ωt+Φ)項，在兩倍 頻率處。由于結果是兩個項的和，可以移除高頻(2ωt+Φ)項。在這里僅感興 趣的信號是DC項。利用低通濾波器，高頻(2ωt+Φ)項可以從結果中被濾除 掉。低通濾波器的截止可以被定位在零和2ω之間的任何位置處。在濾波之后，結果是i^OxiJPO-feyw =Y[cos(-) + "inW)] (33)因此，差分相角是ilil對一個拾取信號而不是兩個進行希耳伯特變換，有利地減小了需要用于在科里奧利質量流量計中執行相位和頻率評估的計算負載。利用兩個傳感器信號可以因此確定相位和頻率，但是僅利用一個90度相移。圖13示出了如相比較于現有技術的本發明的傳 處理，其中比較每一個 的時間差(At)值。該圖示出了包括氣體流(也就是例如氣泡)的流動材料。 在該條件下，由于相位和頻率計算的比率，在新的算法中基本上減小了流動噪 聲。從圖中可以看出，艦本發明獲得的結果不顯示在現有技術(At)觀糧中 反映的大的峰和谷。圖14示出了依據本發明的另一實施例的流量計電子器件20。該實施例的 流量計電子器件20可以包括接口 201 ，數字轉換器202，處理系統203和存儲 系統204，如先前討論的。和其它實施例相同的元件和/或程序共用公共參考數 字。可以理解，該圖的流量計電子器件20可以包括各種其它元件和/或程序，比 如先前討論的那些。在操作中，流量計電子器件20接收和處理來自流量計裝置10的第一傳感 器信號210和第二傳感器信號211 ，從而確定流過流量計5的流動材料中流動成 分的質量分數。質量分數是兩相流動流中第一流成分和第二流成分之間質量流 的比率。質量分數可以用于確定各種流成分的質量。例如，該流可以包括液體 成分和氣體成分。流動材料的總質量流量與質量分數相乘從而獲得液體成分 的質量流量和氣體成分的質量流量的一個或多個。該液體可以包括任何方式的 液體，并且氣體可以包括任何方式的氣體。該氣體可以包括例如空氣。下面的 討論集中于流體中的空氣，但是可以理解，本發明應用于任何氣體。流量計電子器件20接收和處理第一傳感器信號210禾嘴二傳麟信號211。 一個處理動作是根據傳感器信號的一個或兩個產生頻率響應14010，如先前討論 的。頻率響應1410包括對供給的驅動振動響應的流量計裝置10的頻率。流量 計電子器件20分離頻率響應1410成氣體頻率分量1412和液體頻率分量1416。流量計電子器件20從頻率響應1410確定總密度(P麗)1420。同樣地，從氣 體頻率分量1412確定氣體成分密度(P gas) 1421 。流量計電子器件20利用頻率 響應1410以及氣體頻率分量1412和液體頻率分量1416的一個或多個，以便確 定氣體的空隙度1418。流量計電子器件20進一步利用空隙度1418，總密度1420 和氣體密度1421，以便確定質量分數1419。質量分數(mf)被定義成<formula>formula see original document page 30</formula>在一個實施例中，質量分數包括氣體的質量分數(mfga5)。氣體的質量分數包括<formula>formula see original document page 30</formula>然而，可以理解，可替代地，本發明可以確定流動材料中液體的質量分數(mfMd)，或者其他任何質量分數。液體的質量分數(mfMd)包括氣體的質量 分數的分量。<formula>formula see original document page 30</formula>(37)然而，為了簡化，該討論將集中于氣體的質量流(mfgas)。 處理系統203可以進一步被布置成利用第一傳感器信號210和第二傳, 信號211而確定氣體流動材料的總密度1420，比較總密度1420與表示氣體流動 材料的氣體流量分數的氣體密度1421 ，示液術克量分數的液體密度1422的 至少一個，并且根據總密度1420和氣體密度1421和液體密度1422的至少一個 確定液體分數1427。在一些實施例中，總密度1420與氣體密度1421和液體密 度1422相比較。此外，處理系統203可被布置成利用頻率響應1410確定氣體 流動材料的總密度1420，并且根據總密度1420確定液體分數1427和/或氣體分 數1428。氣體流動材料可以包括任何氣體或氣體混合物。 一種類型的氣體流動材料 包括從油井獲得的氣體。例如，氣體流動材料可以包括天然氣。然而，可以預 期其它氣體或氣體混合物都是在說明書和權利要求書的范圍中。液體流量分數可以包括在氣體流動材料中導致攜帶的任何液體。液體流量 分數可以包括液流，液態蒸汽或液滴。例如，液體可以包括天然氣流中的水。可替代地，液體可以包括天然氣流中的乙二醇，比如來自干燥工藝的乙二醇攜 帶。在另一可替代的實施例中，液體可以包括氣體流動材料中的油，比如通過泵，調節器或其它流處理機構被引iaA氣體流動材料的油。然而，可以預期其它液體或液體組合都是在說明書和權禾腰求書的范圍中。當液術荒量分數Mil流Mi十裝置10時，流量計裝置10的頻率將改變。該頻率將隨著液體流量分數的增加而減小，與純氣流相反。這是由于當存在液體 流量分數時增大的密度所致。因此，流動流密度可以用于確定液體流量分數。第一傳感器信號210和第二傳感器信號211包括通過流量計電子器件20基 本上連續接收和處理的隨時間變化的電信號，比如來自拾取傳感器170L和170R 的信號。利用先前討論的處理塊(見圖6-7和9)可以確定頻率響應1410。有利 地，當利用先前討論的高速頻率確定時，本發明可以快速、精確和可靠地確定 氣體的空隙度1418。該實施例中的處理系統203可以包括空隙度程序1401，陷波濾波器程序 1402，質量分數禾聘1405，水中帶汽氣體禾辨1406，汽中帶水液體程序1407， 密度程序1408和液術荒量分數程序1409。處理系統203可以進一步包括一個或 多個濾波器或濾波器程序，比如低通濾波器程序1403和高通濾波器程序1404。 可替代地，該一個或多個濾波器或濾波器程序可以包括陷波濾波器配置或拒絕 窄帶頻率的其它濾波器配置。處理系統203可以進一步包括頻率響應1410，空隙度1418和可以分別存儲頻率響應測量、空隙度確定和質量分數確定的質量分 數1419。處理系統203可以進一步包括為了空隙度和質量分數確定而存儲工作 頻率值的液體頻率分量1416和氣體頻率分量1412。處理系統203可以進一步包 括為了空隙度和質量分數確定而存儲工作密度值的總密度1420、氣體成分密度 1421和液體成分密度1422。處理系統203可以進一步包括可以存儲相應汽中帶 7K/水中帶汽的量水中帶汽氣體1425和汽中帶水液體1426。處理系統203可以 進一步包括存儲液體成分數量的液體分數1427和存儲氣體成分數量的氣體分數 1428。頻率響應14]0包括混頻(f皿)，其中頻率響應1410可以包括氣體頻率分 量(fgas) 1412和液體頻率分量(ftod) 1416。在這些頻率分量從混頻(f，)中 分開和被確定之后可以確定空隙度和質量分數。在任何時候，頻率響應1410可 以包括任何數量的氣體頻率分量(f^) 1412，也就是由于攜帶氣體的頻率分量。圖15是對于空氣，對于液體，以及對于組合空^/、液體混合物(也就^t 于包括攜帶氣體的液體)的流量計頻率響應的曲線圖。氣體的密度可不同于流 過流量計的流動材料中液體的密度。由于可以從觀懂的頻率中獲得密度，與空 氣相關的頻率也可不同于液體的頻率。對于其他氣體或氣體混合物，這也是真實的。用于計算頻率的方程是<formula>formula see original document page 32</formula>其中"是科里奧利流量計的角頻率。項表示來自先前或較早采樣周期的角頻率采樣。將角頻率"轉換成以赫茲(Hz)的頻率給出<formula>formula see original document page 32</formula>(38)/師—2;r<formula>formula see original document page 32</formula>(39)該方程假定僅存在一個頻率。如果存在兩個頻率，如在攜帶空氣(空氣的 頻率和流動材料液體的頻率)的情況中，新的方程變成<formula>formula see original document page 32</formula>(40)其中fn^x是M流動材料的頻率響應，包括氣體頻率分量(fgas)和液體頻 率分量(f脇)。再次參照圖14，低通濾波器程序1403執行低通濾波。低通濾波器ffl31基本上低于低通截止頻率的低頻。低通濾波器因此可以用于移除高頻。高通濾波器程序1404執行高通濾波。高通濾波器fflil基本上高于高通截止 頻率的高頻。高通濾波器因此可以用于移除低頻。陷波濾波器程序1402執行陷波濾波。陷波濾波器拒絕集中于陷波濾波器的 頻率響應中的"凹口"的狹窄范圍的頻率。通過。陷波濾波器僅拒絕凹口中的 頻率。因此，陷波濾波器非常有用于從頻率響應1410中移除已知的不期望的頻 率。空隙度程序1401確定流動材料中的空隙度(典型地，為氣體的空隙度)。 從流動成分的密度可以確定空隙度，其中總密度(包括氣體成分密度(P伊s)和液體成分密度(PMd)的和。密度(P )基本上包括:<formula>formula see original document page 33</formula>(41)其中f是流體頻率分量1416的頻率測量(也就是U)。利用液體頻率分量 1416可以計算液體成分密度(P加a) 1422。在一個實施例中，液體頻率分量1416 包括平均混頻。利用氣體頻率分量1412也可以計算氣體成分密度(P gas) 1421 。 因此，氣體的空隙度被計算為被液體成分密度(P fw) 1422減去總密度(P腿) 1420除以液體成分密度(P脇)1422減去氣體成分密度(Pgas) 1421的比值。<formula>formula see original document page 33</formula>(42)得到的氣體的空隙度1418反映了流動材料中的氣體対1夜體的比率。 質量分數程序1405根據頻率響應1410確定質量分數1419。在一個實施例中，質量分數程序1405利用確定的空隙度(W) 1418連同得到的密度值一起，計算質量分數1419。M密度(P )使得質量(m)和fl^只(V)相關聯。因此，密度包括<formula>formula see original document page 33</formula>(43)結果，質量分數(mf)可被簡化成:<formula>formula see original document page 33</formula>(44)附(+附2由于空隙度(VF)包括體積比<formula>formula see original document page 33</formula>(45)然后質量分數(mf)包括:<formula>formula see original document page 33</formula>(46)結果，根據空隙度(W)、氣體成分密度(PgJ 1421和總密度(P鵬) 1422可以確定質量分數。分別根據氣體頻率分量1412和頻率響應1410可以確 定氣體成分密度(Pgas) 1421和總密度(P腿)1422。可以理解，如果已知氣體或液體，那么需要僅氣體頻率分量1412和液體頻率分量1416中的一個即可。例如，如果氣體包括空氣，然后可以假定標準的空 氣頻率響應(以及密度)。結果，可以濾除已知的氣體或液體頻率，并且僅需要 一個濾波步驟。水中帶汽氣體程序1406確定多相流動材料中的水中帶汽氣體數量。3M:確定氣體的空隙度(VF)， 一個實施例中的水中帶汽氣體程序1406確定水中帶汽 氣體數量。VF值包括總流動材料體積的體積百分比。W可以因此包括水中帶 汽氣體數量，或者可以被進一步操作以便確定多相流動材料中的氣體質量流量 m^As。計算氣體成分的質量流量。確定的水中帶汽氣體數量可被存儲于水中帶 汽氣體1425中。汽中帶水液體程序1407確定多相流動材料中的汽中帶7jC液體量。ffiil確定 液體分數，該汽中帶水液體程序1407確定汽中帶水液體量，并且利用液體分數 確定多相流動材料中液體成分密度、液體質量流量等的一個或多個。確定的汽 中帶水液體量可被存儲于汽中帶水液體1426中。密度程序1408根據第一傳感器信號210和第二傳感器信號211確定總密度 1420。在一個實施例中，密度禾聘1408利用流路密度確定中的頻率響應1410。 總密度1420涉及氣#^荒動材料的密度，并且依據氣體流動材料中的液體流量分 數而改變。液體流量分數程序1409利用總密度1420來獲得液體分數1427。該液體分 數1427和氣體流動材料中液體的量(或百分比)有關。下面結合圖15對于該 確定過程予以討論。此外，液體流量分數程序1409也可以產生氣體分數1428， 其中氣體分數1428和氣體流動材料中氣體的量(或百分比)有關。流量計電子器件20可以附加確定其它流動特性，比如總質量流量，成分質 量流量，成分體積等。流量計電子器件20可以與流量計裝置10通信，在這種 情況中，流量計裝置10可以包括產生品率響應的任何方式的流量計。在一個實 施例中，流量計裝置10可以包括科里奧利流量計。在另一個實施例中，流量計 裝置10包括振動密度計。圖16是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中氣體的空 隙度的方法的流程圖1600。在步驟1601中，接收頻率響應。例如，該頻率響應 可在流量計電子器件20中被接收。頻率響應包括對包括流動材料的振動流量計 裝置10的頻率響應。流動材料可以包括攜帶氣體。在一個實施例中，頻率響應可以包括第一傳 信號和第二傳1^1信號。 例如，從流量計裝置10的拾取傳感器170L和170R可以接收第一傳繊信號和第二傳感器信號。從任一傳感器信號可以產生90度相移。該90度相移和第一 和第二傳感器信號可以用于計算頻率響應，其中依據流動材料的質量流量和依 據攜帶氣體的存在和數量，頻率響應隨時間變化。在步驟1602中，頻率響應被分離成氣體頻率分量1412和液體頻率分量 1416。這是可行的，因為頻率響應1410包括與流動材料中的氣體流量有關的氣 體頻率分量和與液體流量有關的液體頻率分量。液體包括任意形式的液體。如先前討論的，通過第一濾波器和第二濾波器可以執行該分離。此外，如先前討 論的，通過低通濾波器和高通濾波器可以執行該分離。在步驟1603中，如先前討論的，利用頻率響應1410、氣體頻率分量1412 和液體頻率分量1416確定空隙度1418。如先前討論的，該確定可以包括根據頻、 率響應1410、氣體頻率分量1412和液體頻率分量1416確定密度值。得到的氣 體的空隙度1418可被表示為比率、百分比或其它量度。圖17是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中氣體的空 隙度的方法的流程圖1700。如上所述，在步驟1701中，接收頻率響應。在步驟1702中，禾,第一濾波器處理頻率響應。第一濾波器基本上拒絕氣 體頻率分量，并且基本J:ffi過液體頻率分量(見圖18)。在一個實施例中，第一 濾波器包括低通濾波器，其中低通濾波器的低通截止頻率基本上高于液體頻率 分量。結果，低通濾波器基本上通過液體頻率分量，并且基本上拒絕氣體頻率在步驟1703中，利用第二濾波器處理頻率響應。第二濾波器基本上拒絕液 體頻率分量，并且基本上通過氣體頻率分量。在一個實施例中，第二濾波器包 括高通濾波器，其中高通濾波器的高通截止頻率基本上低于氣體頻率分量(但 高于液體頻率分量)。結果，高通濾波器基本± 氣體頻率分量，并且基本上 拒絕液體頻率分量。在步驟1704中，如先前討論的，利用頻率響應1410，氣體頻率分量1412 和液體頻率分量1416確定空隙度1418。圖18是示出了依據本發明的實施例可以用于分離液體頻率分量和氣體頻 率分量的低通和高通濾波器響應的頻率曲線圖。曲線的較低線表示包括液體頻率分量波瓣和氣體頻率分量波瓣的流量計頻率響應。在頻率上，該液體頻率分 量波瓣低于氣體頻率分量波瓣。上線包括與截止頻率一起的低通濾波器響應和 高通濾波器響應。在這里，用于低通和高通濾波器的截值頻率基本上在兩個波 瓣之間中央。低通和高通濾波器可以具有公共的截止頻率，或者可以具有不同 的截止頻率，取決于液體和氣體頻率分量。可以看出，低通濾波器將輸出液體 頻率分量，并且高通濾波器將輸出氣體頻率分量。因此兩個濾波器可以分離頻率響應1410成氣體頻率分量1412和液體頻率分量1416。分離液體和氣體頻率分量的另一方法包括濾除單個已知的頻率分量，以及 利用iM濾波操作fflil的頻率分量，從而確定液體和氣體成分密度。例如，在 流動材料中的氣體是空氣的情況中，然后濾波操作可以被布置成濾除集中于典 型的空氣頻率響應的相對狹窄的頻帶。基本上，從頻率響應獲得的總密度和從 剩余的液體頻率分量獲得的液體密度分量可以用于確定空氣密度項。例如，該 氣體已知為大氣，濾波器(比如陷波濾波器)可以用于基本上拒絕頻率響應的 空氣頻率分量。結果，從頻率響應1410可以計算總密度(P腿)1420，并從液 體頻率分量1416可以計算液體成分密度(Pflu!d) 1422。因此，空氣成分密度 (Pgas) 1421包括昨/V (47)該方程可被重新寫成可替代地，可以移除/濾除液體頻率分量，并且利用氣體頻率分量可以確定 空隙度。如之前的，可以執行該單一頻率移除，在這種情況中，液體處理已知 的特征頻率響應和密度。因此，該單獨的頻率移除方法可以移除液體頻率分量 或氣體頻率分量。在一個實施例中，ilil一個或多個濾波器可以移除單一頻率分量，同時通 過濾波操作通過其它頻率分量。 一個實施例中的一個或多個濾波器包括陷波濾 波器。陷波濾波器ffl51全部頻率，除了窄帶中的頻率(也就是頻率響應中的凹 口)。可替代地， 一個或多個濾波器可以包括任何令人滿意的濾波器或濾波器的組合。圖19是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中氣體的空隙度的方法的流程圖1900。如先前討論的，在步驟1901中，接收頻率響應1410。在步驟1902中，利用陷波濾波器處理頻率響應。該陷波濾波器ffiil高于和 低于凹口的頻率，比如在該實施例中高于和低于氣體頻率響應。因此，陷波濾、 波器基本上拒絕頻率分量1412。陷波濾波器基本上ffiil液體頻率分量1416。圖20是陷波濾波器頻率響應的曲線圖。在示出的例子中，凹口集中于氣體 頻率。陷波濾波器基本上通過高于和低于凹口的全部頻率，并且通過陷波濾波 器基本上僅拒絕氣體頻率。再次參照圖19，在步驟1903中，如先前討論的，利用頻率響應、氣體頻 率分量1412和液體頻率分量1416確定氣體的空隙度1418。圖21是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動t才料中氣體的空 隙度的方法的流程圖2100。如先前討論的，在步驟2101中，接收頻率響應。在步驟2102中，如先前討論的，頻率響應被分離成氣體頻率分量1412和 液體頻率分量1416。在步驟2103中，根據頻率響應確定總密度(P^x)。總密度(Pnux)反映組合液體和氣體流成分的密度。如先前討論的，總密度(P,)基本上包括一 除以頻率響應的平方(也就是倒數的頻率響應)。在步驟2104中，根據氣體頻率分量(fgas)確定氣體成分密度(Pgas)。氣 體成分密度(P gas)僅反映氣體流成分的密度。在步驟2105中，如先前討論的，利用頻率響應1410、氣體頻率分量1412 和液體頻率分量1416確定氣體的空隙度(VF) 1418。得到的氣體的空隙度1418可被表示為比率、百分比或其它量度。在步驟2106中，根據空隙度(VF) 1418和氣體密度(P gas)對總密度(P 的比率來確定質量分數，如方程46中所示的。圖22是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中流成分的 質量分數的方法的流程圖2200。從頻率響應分離液體和氣體頻率分量的方g 括執行兩個濾波操作。 一個濾波操作包括利用第一濾波器來濾波頻率響應，該 第一濾波器基本上拒絕氣體頻率分量，并且基本上通過液體頻率分量。第二濾 波操作包括利用第二濾波器來濾波頻率響應，該第二濾波器基本上拒絕液體頻 率分量，并且基本上ilil氣體頻率分量。結果，第一濾波器輸出液體頻率分量，同時第二濾波器輸出氣體頻率分量。在步驟2201中，接收頻率響應，如上所述。在步驟2202中，利用第一濾波器來濾波頻率響應，如上所述。 在步驟2203中，利用第二濾波器來濾波頻率響應，如上所述。 在步驟2204中，確定總密度(P，)，如上所述。 在步驟2205中，確定氣體密度(Pgas)，如上所述。 在步驟2206中，如上所述，利用頻率響應1410、氣體頻率分量1412和液 體頻率分量1416確定氣體的空隙度1418。在步驟2207中，確定質量分數1419，如上所述。圖23是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的流動材料中流成分的 質量分數的方法的流程圖2300。在步驟1901中，接收頻率響應1410，如上所述。在步驟2302中，利用陷波濾波器處理頻率響應，如上所述。 在步驟2303中，確定總密度(P鵬)，如上所述。 在步驟2304中，確定氣體密度(PgJ，如上所述。 在步驟2305中，確定氣體的空隙度1418，如上所述。 在步驟2306中，確定氣體的質量分數1419，如上所述。圖24是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的氣體流動桐t斗中的f夜 流部分的方法的流程圖2400。在步驟2401中，如上所述，從流量計裝置10接收第一和第二傳ii^信號。在步驟2402中，傳感器信號可被調節，如上所述。在步驟2403中，確定氣體流動材料的流路密度。利用第一傳^l信號和第 二傳感器信號確定流路密度。其它流動特性、變量和/或常量也可以用于進行確 定，如果需要的話。在步驟2404中，流路密度被與氣體密度和液體密度相比較。氣體密度表 示氣流路的氣體流量分數，并且液體密度表示液術荒量分數。在一個實施例中， 己知并利用兩個密度。在另一實施例中，已知并利用兩個密度中的僅一個。圖25是天然氣密度相對于乙二醇百分比(也就是液術荒量分數)的圖表。 該表格表示用于比較的一組數據。然而，可以禾U用任何類型的娜結構，并且 該數據不必是表格形式。斜的曲線表示對于氣體相對乙二醇的各個分數的氣體流動材料密度。從圖表可以看出，總氣體流動材料密度與液體流量分數。因此， 至少禾U用測量的氣體流動材料(也就是總的)密度和已知的氣體密度，可以確 定液體流量分數。可以理解，數據查找可以包括因素，比如壓力和溫度。可以 理解，盡管圖表用于天然氣和乙二醇，可以利用和確定其它氣體和液體。再次參照圖24，在步驟2405中，確定液體流量分數。液體流量分數包括氣體流動材料中液體的百分比或數量。液體流量分數可以基本上用于執行其它 計算，比如氣體質量流量和/或液體質量流量。根據流路密度對至少已知的氣體 密度的比較可以確定液體流量分數。可替代地，該比較可以包括流路密度對己 知的氣體密度和已知的液體密度的比較。通過比較流路密度與已知的氣體密度和已知的液體密度，形成可以用于液體流量分數確定的比率。該比率包括<formula>formula see original document page 39</formula> (49)其中，Dmeasured是如根據傳感器信號確定的流路密度，Dc是已知的氣體密度， Dl是已知的液體密度，并且X是液體流量分數。因此，液體流量分數X可被確定為<formula>formula see original document page 39</formula> (50)圖26是依據本發明的實施例用于確定流過流量計的氣體流動材料中的液 fl^荒量分數的方法的流程圖2600。在步驟2601中，如上所述，從流量計裝置 10接收第一和第二傳自信號。在步驟2602中，傳感器信號可被調節，如上所述。在步驟2603中，從第一傳感器信號產生90度相移。如上所述，可以產生 該90度相移。盡管作為例子，第一傳自信號是相移的，可以理解，可以使用 任一傳感器信號。在步驟2604中，計算流量計裝置10的頻率響應。利用90度相移和第一傳感器信號可以計算該頻率響應，如上所述。在步驟2605中，禾,頻率響應確定氣體流動材料的流路密度。在一個實施 例中，通過平方頻率響應和倒置平方的頻率響應(由于密度"1/12)確定流路密 度。可以理解，其它流動特性、^S和/或常量也可以用于進行確定，如果需要。在步驟2606中，確定液^^量分數。從流路密自已知的氣體密度的比較 可以確定液體流量分數，如上所述。圖27是依據本發明的實施例處理流量計中的信號的方法的流程圖2700。 在步驟2701中，從流量計接收第一傳li^信號和第二傳感器信號。該第一傳感 器信號和第二傳^l信號用于流進流量計的多相流動材料。在步驟2702中，相移第一傳感器信號和第二傳li^信號中的一個或兩個。 該相移包括基本上M 90度移位傳感器信號。這導致第一 90度相移和第二 90 度相移。在步驟2703中，計算流量計的頻率(或頻率響應)。在一個實施例中，從 第一傳感器信號和第一 90度相移產生頻率，如上所述。在步驟2704中，計算傳感器信號之間的相差。在一個實施例中，根據第一 傳感器信號、第一90度相移、第二傳 信號和第二90度相移來計算相差(見 圖8和所附討論)。在另一實施例中，根據第一傳感器信號、第一90度相移、 和第二傳感器信號來計算相差(見圖12和所附討論)。在步驟2705中，計算質量流量、密度或體積流量中的一個或多個。ilil利 用快速頻率和/或快速相位確定，可精確計算多相流動材料的質量流量、密度和/ 或體積流量，如上所述。在步驟2706中，計算汽中帶水液體或水中帶汽氣體中的一個或兩個。3131 利用快速頻率和/或快速相位確定，可精確計算多相流動材料的汽中帶7jC液體和/ 或水中帶汽氣體，如上所述。通過利用先前討論的空隙度方法可以確定汽中帶 7K液體和/或7jC中帶汽氣體，例如(見圖16， 17和19和所附討論)。可替代地，fflil利用先前討論的質量分數方法可以確定汽中帶水液體和/或水中帶汽氣體， 例如(見圖21-23和所附討論)。在另一可替代的實施例中，ffiil利用先前討論 的液術克量分數方法可以確定汽中帶水液體和/或水中帶汽氣體，例如(見圖24 和26和所附討論)。進一步地，該方法可被用于組合。氣體和液體的百分比(也 就是氣體和液體的空隙度分數)然后可以用于精確和完全地量化多相流動材料 的全部成分。依據任何實施例可以實施依據本發明的流量計電子器件和方法，從而獲得 幾個優點，如果期望。本發明可以對多相流動材料計算質量流量、密度或體積 流量中的一個或多個。本發明可以對多相流動材料快速地計算流動特性。本發 明可以提供具有更大精確度和可靠度的流動特性的計算。本發明可以比現有技 術更快速地提供流動特性的計算，并同時消耗較少的處理時間。
權利要求
1. 一種用于處理用于流量計(5)中的多相流動材料的傳感器信號的流量計電子器件(20)，包括接口(201)，用于接收用于多相流動材料的第一傳感器信號(210)和第二傳感器信號(211)；以及與接口(201)通信的處理系統(203)，其被布置成從接口(201)接收第一傳感器信號(210)和第二傳感器信號(211)，從第一傳感器信號(210)產生第一90度相移(213)，并且從第二傳感器信號(211)產生第二90度相移(214)，利用第一90度相移(213)或第二90度相移(214)中的一個來計算頻率(221)，利用第一90度相移(213)或第二90度相移(214)中的一個或多個來計算相差(220)，并且計算用于多相流動材料的質量流量(223)、密度(224)或體積流量(225)中的一個或多個。
2、 權禾腰求1的流量計電子器件(20)，其中接口包括數字轉換器(202)， 該數字轉換^l皮布置成數字化傳^^信號。
3、 權利要求1的流量計電子器件(20)，其中處理系統(203)被進一步布 置成確定多相流動材料中水中帶汽氣體(1425)或汽中帶水液體(1426)中的 一個或多個。
4、 權利要求1的流量計電子器件(20)，其中該產生包括利用希耳伯特變 換產生第一90度相移(213)和第二90度相移(214)。
5、 權利要求1的流量計電子器件(20)，其中計算頻率(221)包括根據第 一傳感信號(210)和第一90度相移(213)來計算頻率(221)。
6、 權利要求l的流量計電子器件(20)，其中計算相差(220)包括根據第 一傳感器信號(210)、第一90度相移(213)和第二傳感器信號(211)來計算 相差(220)。
7、 權利要求1的流量計電子器件(20)，其中計算相差(220)包括根據第 一傳感器信號(210)、第一 90度相移(213)、第二傳,信號(211)和第二 90度相移(214)來計算相差(220)。
8、 權利要求1的流量計電子器件(20)，其中處理系統(203)被進一步布 置成分離頻率(221)成至少是氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416)，根據頻率響應(1410)、和氣體頻率分量(1412)與液體頻率分量(1416)中的 一個或多個來確定氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427)中的一個或多個， 利用氣體的空隙度(1418)確定多相流動材料的液體流成分的液相密度(1422) 或氣體流成分的氣相密度(1421)中的一個或多個，并且利用氣體的空隙度 (1418)或液體分數(1427)中的一個或多個來確定多相流動材料的水中帶汽 氣體(1425)或汽中帶7jC液體(1426)中的一個或多個。
9、 權利要求8的流量計電子器件(20)，其中分離包括利用一個或多個濾 波器處理頻率響應(1410)，該一個或多個濾波器基本上拒絕氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416)中的一個。
10、 權利要求8的流量計電子器件(20)，其中分離包括利用第一濾波器濾 波頻率響應(1410)，該第一濾波器基本上拒絕氣體頻率分量(1412)并且基本 上通過液體頻率分量(1416)，并且利用第二濾波器濾波頻率響應(1410)，該 第二濾波器基本上拒絕液體頻率分量(1416)并且基本上通過氣體頻率分量(1412)，其中第一濾波器輸出液體頻率分量(1416)，和第二濾波器輸出氣體 頻率分量(1412)。
11、 權利要求8的流量計電子器件(20)，其中確定氣體的空隙度(1418) 或液體分數(1427)中的一個或多個包括根據頻率響應(1410)計算總密度(1420)，根據液體頻率分量(1416)計算液體成分密度(1422)，根據氣體頻 率分量(1412)計算氣體成分密度(1421)，以及計算氣體的空隙度(1418)為 液體成分密度(1422)減去總密度(1420)除以液體成分密度(1422)減去氣 體成分密度(1421)的比值。
12、 權利要求l的流量計電子器件(20)，其中處理系統(203)被進一步 布置成分離頻率響應(1410)成至少是氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416)，根據頻率響應(1410)確定總密度(1420)，根據氣體頻率分量(1412) 確定氣體密度(1421)，根據頻率響應(1410)、和氣體頻率分量(1412)與液 體頻率分量(1416)中的一個或多個確定氣體的空隙度(1418)，并且根據與氣 體密度(1421)除以總密度(1420)的比相乘的氣體的空隙度(1418)來確定 質量分數(1419)。
13、 權利要求12的流量計電子器件(20)，其中處理系統(203)被進一步 布置成根據頻率響應(1410)確定流動材料的質量流量(223)，并且利用質量分數(1419)和質量流量(223)來確定第一流成分質量和第二流成分質量中的 至少一個。
14、 權利要求l的流量計電子器件(20)，其中處理系統(203)被進一步 布置成對頻率響應(1410)求平方以便產生被平方的頻率響應，倒置該平方的 頻率響應以便產生基本上瞬時的流路密度，比較基本上瞬時的流路密度與表示 氣體流動材料的氣體流量分數(1428)的預定氣體密度(1421)和表示液體流 量分數(1427)的預定液體密度(1422)中的至少一個，根據該比較結果確定 液體流量分數(1427)或氣體流量分數(1428)中的一個或多個。
15、 一種用于處理用于流量計(5)中的多相流動材料的傳感^l信號的方法， 該方法包括接收用于多相流動材料的第一傳 信號(210)和第二傳 信號(21 );根據第一傳,信號(210)產生第一90度相移(213)，并且根據第二傳 感器信號(211)產生第二90度相移(214);利用第一 90度相移(213)或第二 90度相移(214)中的一個計算頻率(221);利用第一90度相移(213)或第二90度相移(214)中的一個或多個計算 相差(220);以及計算用于多相流動材料的質量流量(223)、密度(224)或體積流量(225) 中的一個或多個。
16、 權利要求15的方法，確定多相流動材料中的水中帶汽氣體(1425)或 汽中帶水液體(1426)中的一個或多個。
17、 權利要求15的方法，所述產生包括利用希耳伯特變換產生第一 90度 相移(213)和第二90度相移(214)。
18、 權利要求15的方法，所述計算頻率(221 )包括根據第一90度相移(213) 和第二90度相移(214)計算頻率(221)。
19、 權利要求15的方法，所述計算相差(220)包括根據第一傳感器信號 (210)、第一90度相移(213)和第二傳感器信號(211)計算相差(220)。
20、 權利要求15的方法，所述計算相差(220)包括根據第一傳感器信號 (210)、第一90度相移(213)、第二傳感器信號(211)和第二90度相移(214)計算相差(220)。
21、 權利要求15的方法，進一步包括分離頻率(221)成至少是氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416); 根據頻率響應(1410)、和氣體頻率分量(1412)與液體頻率分量(1416) 中的一個或多個來確定氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427)中的一個或利用氣體的空隙度(1418)來確定多相流動材料的液體流成分的液相密度 (1422)或氣體流成分的氣相密度(1421)中的一個或多個；以及利用氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427)中的一個或多個來確定多 相流動材料的水中帶汽氣體(1425)或汽中帶水液體(1426)中的一個或多個。
22、 權利要求21的方法，所述分離包括禾傭一個或多個濾波器處理頻率響 應(1410)，該一個或多個、2t波器基本上拒絕氣體頻率分量(1412)和液體頻率 分量(1416)中的一個。
23、 權利要求21的方法，所述分離包括利用第一濾波器濾波頻率響應(1410)，該第一濾波器基本上拒絕氣體頻率 分量(1412)并且基本上fflil液體頻率分量(1416);以及利用第二濾波器濾波頻率響應(1410)，該第二濾波器基本上拒絕液體頻率 分量(1416)并且基本上M31氣體頻率分量(1412);其中第一濾波器輸出液體頻率分量(1416)，和第二濾波器輸出氣體頻率分 量(1412)。
24、 權利要求21的方法，所述確定氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427) 中的一個或多個包括根據頻率響應(1410)計算總密度(1420); 根據液體頻率分量(1416)計算液體成分密度(1422); 根據氣體頻率分量(1412)計算氣體成分密度(1421);以及 計算氣體的空隙度(1418)成為液體成分密度(1422)減去總密度(1420) 除以液體成分密度(1422)減去氣體成分密度(1421)的比值。
25、 權利要求15的方法，進一步包括分離頻率響應(1410)成至少是氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416);根據頻率響應(1410)確定總密度(1420); 根據氣體頻率分量(1412)確定氣體密度(1421);根據頻率響應(1410)、和氣體頻率分量(1412)與液體頻率分量(1416) 中的一個或多個來確定氣體的空隙度(1418);以及根據與氣體密度(1421)除以總密度(1420)的比值相乘的氣體的空隙度 (1418)來確定質量分數(1419)。
26、 權利要求25的方法，進一步包括根據頻率響應(1410)確定流動材料的質量流量(223);以及 利用質量分數(1419)和質量流量(223)確定第一流成分質量和第二流成 分質量中的至少一個。
27、 權利要求15的方法，進一步包括對頻率響應(1410)平方，以便產生平方的頻率響應；倒置該平方的頻率響應，以便產生基本上瞬時的流路密度；比較基本上瞬時的流路密度與表示氣體流動材料的氣體流量分數(1428)的預定氣體密度(1421)和表示液體流量分數(1427)的預定液體密度(1422) 中的至少一個；以及根據該比較結果來確定液體流量分數(1427)或氣體流量分數(1428)中 的一個或多個。
28、 一種用于處理用于流量計(5)中的多相流動材料的傳感器信號的方法， 該方法包括接收用于多相流動材料的第一傳自信號(210)和第二傳感器信號(211);根據第一傳感器信號(210)產生第一90度相移(213)，并且根據第二傳 感器信號(211)產生第二90度相移(214);利用第一 90度相移(213)或第二 90度相移(214)中的一iH十算頻率(221);利用第一90度相移(213)或第二90度相移(214)中的一個或多個計算 相差(220);以及計算用于多相流動材料的質量流量(223)、密度(224)或體積流量(225) 的一個或多個；以及計算多相流動材料中的汽中帶水液體(1426)或水中帶汽氣體(1425)中 的一個或多個。
29、 權利要求28的方法，所述產生包括利用希耳伯特變換產生第一 90度 相移(213)和第二90度相移(214)。
30、 權利要求28的方法，所述計算頻率(221 )包括根據第一90度相移(213) 和第二90度相移(214)計算頻率(221)。
31、 權利要求28的方法，所述計算相差(220)包括根據第一傳感^|{言號 (210)、第一90度相移(213)和第二傳感器信號(211)計算相差(220)。
32、 權利要求28的方法，所述計算相差(220)包括根據第一傳感器{言號 (210)、第一90度相移(213)、第二傳感器信號(211)和第二90度相移(214)計算相差(220)。
33、 權利要求28的方法，進一步包括分離頻率(221)成至少是氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416);根據頻率響應(1410)、和氣體頻率分量(1412)與液體頻率分量(1416) 中的一個或多個來確定氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427)的一個或多 個.利用氣體的空隙度(1418)確定多相流動材料的液體流成分的液相密度 (1422)或氣體流成分的氣相密度(1421)中的一個或多個；以及利用氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427)中的一個或多個確定多相 流動材料的水中帶汽氣體(1425)或汽中帶7jC液體(1426)中的一個或多個。
34、 權利要求33的方法，所述分離包括利用一個或多個濾波器處理頻率響 應(1410)，該一個或多個濾波器基本上拒絕氣體頻率分量(1412)和液體頻率 分量(1416)中的一個。
35、 權利要求33的方法，所述分離包括利用第一濾波器濾波頻率響應(1410)，該第一濾波器基本上拒絕氣體頻率 分量(1412)并且基本上ffi51液體頻率分量(1416);以及利用第二濾波器濾波頻率響應(1410)，該第二濾波器基本上拒絕液體頻率 分量(1416)并且基本上i!31氣體頻率分量(1412);其中第一濾波器輸出液體頻率分量(1416)，和第二濾波器輸出氣體頻率分 量(1412)。
36、 權利要求33的方法，所述確定氣體的空隙度(1418)或液體分數(1427) 中的一個或多個包括根據頻率響應(1410)計算總密度(1420); 根據液體頻率分量(1416)計算液體成分密度(1422);根據氣體頻率分量(1412)計算氣體成分密度(1421);以及 計算氣體的空隙度(1418)成為液體成分密度(1422)減去總密度(1420) 除以液體成分密度(1422)減去氣體成分密度(1421)的比值。
37、 權利要求28的方法，進一步包括分離頻率響應(1410)成至少是氣體頻率分量(1412)和液體頻率分量(1416);根據頻率響應(1410)確定總密度(1420); 根據氣體頻率分量(1412)確定氣體密度(1421); 根據頻率響應(1410)、和氣體頻率分量(1412)與液體頻率分量(1416) 中的一個或多個來確定氣體的空隙度(1418);以及根據與氣體密度(1421)除以總密度(1420)的比值相乘的氣體的空隙度 (1418)來確定質量分數(1419)。
38、 權利要求37的方法，進一步包括根據頻率響應(1410)確定流動材料的質量流量(223);以及 利用質量分數(1419)和質量流量(223)確定第一流成分質量和第二流成 分質量中的至少一個。
39、 權利要求28的方法，進一步包括對頻率響應(1410)求平方，以便產生平方的頻率響應； 倒置該平方的頻率響應，以便產生基本上瞬時的流路密度； 比較基本上瞬時的流路密度與表示氣體流動材料的氣體流量分數(1428)的預定氣體密度(1421)和表示液體流量分數(1427)的預定液體密度(1422)中的至少一個；以及根據該比較結果來確定液體流量分數(1427)或氣體流量分數(1428)中
全文摘要
本發明的實施例提供一種用于處理用于流量計(5)的多相流動材料的傳感器信號的流量計電子器件(20)。流量計電子器件(20)包括接收用于多相流動材料的第一傳感器信號(210)和第二傳感器信號(211)的接口(201)和處理系統(203)，處理系統(203)從接口(201)接收第一傳感器信號(210)和第二傳感器信號(211)，從第一傳感器信號(210)產生第一90度相移(213)，從第二傳感器信號(211)產生第二90度相移(214)，利用第一90度相移(213)或第二90度相移(214)中的一個計算頻率(221)，利用第一90度相移(213)或第二90度相移(214)中的一個或多個計算相差(220)，計算用于多相流動材料的質量流量(223)、密度(224)或體積流量(225)中的一個或多個。
文檔編號G01F1/84GK101268341SQ200680029964
公開日2008年9月17日 申請日期2006年8月15日 優先權日2005年8月18日
發明者C·B·麥卡納利, M·J·貝爾 申請人:微動公司