极低频振动流量计.pdf

1、10申请公布号CN102016521A43申请公布日20110413CN102016521ACN102016521A21申请号200980115681322申请日2009042961/04966420080501USG01F1/8420060171申请人微动公司地址美国科罗拉多州72发明人J魏因施泰因74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人张群峰谭祐祥54发明名称极低频振动流量计57摘要提供了一种极低频振动流量计100。极低频振动流量计100包括包含有一根或多根流量管103A，103B的流量计组件10。流量计组件10被设置成产生极低频响应，极低频响应低于与异物尺寸或异物成分无关

2、的用于流动流体的预定最低分离频率。极低频振动流量计100进一步包括计量电子设备20，被连接至流量计组件10并且被设置成接收极低频振动响应以及由此生成一个或多个流量测量值。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010110186PCT申请的申请数据PCT/US2009/0420182009042987PCT申请的公布数据WO2009/134829EN2009110551INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书16页附图7页CN102016531A1/3页21一种极低频振动流量计100，包括包含一根或多根流量管103A，103B的流量计组件10，其中流量

3、计组件10被设置成产生极低频振动响应，极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率；和计量电子设备20，被连接至流量计组件10并且被设置成接收极低频振动响应以及由此生成一个或多个流量测量值。2如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的预定最小SOS/可压缩性的阈值。3如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中计量电子设备20被设置为使得在极低频下用于夹带固体或夹带气体的分离比AP/AF大约为11。4如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中计量电子设备20被设置为使得在极低频下相对于流动流体的颗粒运动来说粘度

4、实际上为无穷大。5如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中极低频振动响应是大约5赫兹HZ以下。6如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中极低频振动响应是大约50赫兹HZ以下。7如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中极低频振动响应对应大约35以上的反斯托克斯数。8如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中所述一根或多根流量管103A，103B被设置为以极高的振动响应振幅振动。9如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中所述一根或多根流量管103A，103B被设置为以大约一毫米MM以上的振动响应振幅振动。10如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中所述一根或多根流

5、量管103A，103B被设置为以大约五毫米MM以上的振动响应振幅振动。11如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中所述一根或多根流量管103A，103B被设置为通过配置流量管硬度、流量管长度、流量管纵横比、流量管材料、流量管厚度、流量管形状、流量管几何构造或者一个或多个振动节点位置中的一项或多项来实现极低频振动响应。12如权利要求1所述的极低频振动流量计100，其中极低频振动流量计100以预定的低频被偏共振激励并获得偏共振质量流量测量值，其中偏共振质量流量测量值基本上不受分离和SOS效应的影响。13如权利要求12所述的极低频振动流量计100，其中预定的低频被选择为与大于被选择成基本消除多

6、相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。14如权利要求12所述的极低频振动流量计100，其中将偏共振质量流量测量值与共振频率下获得的共振质量流量测量值相比较，并且如果偏共振质量流量测量值和共振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。15如权利要求12所述的极低频振动流量计100，其中极低频振动流量计100以多个预定的偏共振频率被偏共振激励并获得多个对应的偏共振质量流量测量值，其中比较多个偏共振质量流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。权利要求书CN102016521ACN102016531A2/3页316一种操作极低频振动流量计的方法，所述方法包括以极低频振动极

7、低频振动流量计中的一根或多根流量管，极低频低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率；接收极低频振动响应；和根据极低频振动响应生成一个或多个流量测量值。17如权利要求16所述的方法，其中极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的预定最小SOS/可压缩性的阈值。18如权利要求16所述的方法，其中极低频流量计被设置为使得在极低频下用于夹带固体或夹带气体的分离比AP/AF大约为11。19如权利要求16所述的方法，其中极低频振动流量计被设置为使得在极低频下相对于流动流体的颗粒运动来说粘度实际上为无穷大。20如权利要求16所述的方法，其中极低频振动响应是大约5赫兹HZ以下。21如权利

8、要求16所述的方法，其中极低频振动响应是大约50赫兹HZ以下。22如权利要求16所述的方法，其中极低频振动响应对应大约35以上的反斯托克斯数。23如权利要求16所述的方法，其中所述一根或多根流量管被设置为以极高的振动响应振幅振动。24如权利要求16所述的方法，其中所述一根或多根流量管被设置为以大约一毫米MM以上的振动响应振幅振动。25如权利要求16所述的方法，其中所述一根或多根流量管被设置为以大约五毫米MM以上的振动响应振幅振动。26如权利要求16所述的方法，其中所述一根或多根流量管被设置为通过配置流量管硬度、流量管长度、流量管纵横比、流量管材料、流量管厚度、流量管形状、流量管几何构造或者一个

9、或多个振动节点位置中的一项或多项来实现极低频振动响应。27如权利要求16所述的方法，其中极低频振动流量计以预定的低频被偏共振激励并获得偏共振质量流量测量值，其中偏共振质量流量测量值基本上不受分离和SOS效应的影响。28如权利要求27所述的方法，其中预定的低频被选择为与大于被选择成基本消除多相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。29如权利要求27所述的方法，其中将偏共振质量流量测量值与共振频率下获得的共振质量流量测量值相比较，并且如果偏共振质量流量测量值和共振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。30如权利要求27所述的方法，其中极低频振动流量计以多个预定的偏共振频率被偏共

10、振激励并获得多个对应的偏共振质量流量测量值，其中比较多个偏共振质量流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。31一种成形极低频振动流量计的方法，所述方法包括至少根据预期的流动流体来确定用于极低频振动流量计的预定极低工作频率，其中极低工作频率低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率；根据预定的极低工作频率来选择一种或多种流量管设计特征，其中一种或多种流量权利要求书CN102016521ACN102016531A3/3页4管设计特征被选择成基本上实现预定的极低工作频率；和使用选择的一种或多种流量管设计特征来构建极低频振动流量计。32如权利要求31所述的方法，其中极低频

11、振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率。33如权利要求31所述的方法，其中流量计被设置为使得在极低频下用于夹带固体或夹带气体的分离比AP/AF大约为11。34如权利要求31所述的方法，其中流量计被设置为使得在极低频下相对于流动流体的颗粒运动来说粘度实际上为无穷大。35如权利要求31所述的方法，其中极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的预定最小SOS/可压缩性的阈值。36如权利要求31所述的方法，其中极低频振动响应是大约5赫兹HZ以下。37如权利要求31所述的方法，其中极低频振动响应是大约50赫兹HZ以下。38如权利要求31所述的方法，其中极低频振动响应对应大

12、约35以上的反斯托克斯数。39如权利要求31所述的方法，其中一根或多根流量管被设置为以极高的振动响应振幅振动。40如权利要求31所述的方法，其中一根或多根流量管被设置为以大约一毫米MM以上的振动响应振幅振动。41如权利要求31所述的方法，其中一根或多根流量管被设置为以大约五毫米MM以上的振动响应振幅振动。42如权利要求31所述的方法，其中一根或多根流量管被设置为通过配置流量管硬度、流量管长度、流量管纵横比、流量管材料、流量管厚度、流量管形状、流量管几何构造或者一个或多个振动节点位置中的一项或多项来实现极低频振动响应。43如权利要求31所述的方法，其中极低频振动流量计以预定的低频被偏共振激励并获

13、得偏共振质量流量测量值，其中偏共振质量流量测量值基本上不受分离和SOS效应的影响。44如权利要求43所述的方法，其中预定的低频被选择为与大于被选择成基本消除多相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。45如权利要求43所述的方法，其中将偏共振质量流量测量值与共振频率下获得的共振质量流量测量值相比较，并且如果偏共振质量流量测量值和共振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。46如权利要求43所述的方法，其中极低频振动流量计以多个预定的偏共振频率被偏共振激励并获得多个对应的偏共振质量流量测量值，其中比较多个偏共振质量流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。权利要求书CN

14、102016521ACN102016531A1/16页5极低频振动流量计技术领域0001本发明涉及一种振动流量计，并且更具体地涉及一种极低频振动流量计。背景技术0002振动流量计例如科里奥利质量流量计和振动密度计通常通过检测含有流动或不流动流体的振动导管的动作来进行工作。与导管内的材料有关的性质例如质量流量、密度等可以通过处理接收自与导管相连的运动变送器的测量信号来确定。振动材料填充系统的振动模式通常要受到所包含导管以及其中包含材料的总质量、硬度和阻尼特性的影响。0003典型的振动流量计包括在管路或其他传输系统中内联连接并在系统中输送材料例如流体、悬浊液等的一条或多条导管。导管可以被视为具有一

15、组固有振动模式，例如包括简单的弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的测量应用中，随着材料流过导管，导管被以一种或多种振动模式激励，并在沿导管间隔开的位置测量导管的动作。激励通常由致动器提供，例如机电设备譬如以周期性方式摄动导管的音圈型驱动器。流体密度可以通过确定流动流体的共振频率获得。质量流量可以通过测量变送器位置处的动作之间的延时或相位差而确定。通常使用两个这样的变送器或敏感元件传感器，目的是为了测量一条或多条流量管的振动响应，并且通常都将其设置在致动器上游和下游的位置。两个敏感元件传感器被通过线缆例如两对独立的导线连接至电子设备。设备从两个敏感元件传感器接收信号并处理信号，目的是为了得出质量

16、流量的测量值。0004流量计被用于对多种流体流动进行质量流量和/或密度测量并对单相流提供高精度。使用振动流量计的一个领域是测量油井和气井的输出。这种井的产品可能是由多相流构成，包括液体而且也包括能够在流动的流体中夹带的气体和/或固体。因此油田中流动的流体可以包括例如油、水、空气或其他气体、和/或砂粒或其他土壤颗粒。但是，在振动流量计被用于测量包含有夹带的气体和/或固体的流动流体时，流量计的精度可能会大大下降。即使是对于这样的多相流，也非常希望得到的测量结果尽可能准确。0005多相流流体可以包括夹带的气体，特别是多泡气流。多相流可以包括夹带的固体或夹带的固体颗粒、混合物例如混凝土等。而且，多相流

17、可以包括例如不同密度的液体，譬如水和石油组分。各相可以具有不同的密度、粘度或其他性质。0006在多相流中，流量管的振动不一定会使夹带的气体/固体完全与流动流体同相移动。这种振动异常被称作分离或滑流。例如气泡可以变得从流动流体中分离，影响振动响应以及所有相应得出的流动特性。小气泡通常会在流量计振动时随着流动的流体一起移动。但是，较大的气泡在流量管振动期间则不会随着流动的流体一起移动。相反，这些气泡可以从流动的流体中分离并且能够独立移动，其中夹带的气泡在每一次振动动作期间都比流动的流体移动得更远和更快。这会给流量计的振动响应带来不利影响。对于流动流体内夹带的固体颗粒来说同样如此，其中随着颗粒尺寸或

18、振动频率的增加，固说明书CN102016521ACN102016531A2/16页6体颗粒从流动流体的动作中分离出来的可能性也会越来越大。甚至在多相流包括不同密度和/或粘度的液体时也会发生分离。已经发现分离作用会受到各种因素的影响，例如流动流体的粘度以及例如流动流体和异物之间的密度差异。0007除了由气泡和颗粒的相对运动造成的问题以外，科里奥利流量计还可能会遇到由于声速SOS或可压缩性的影响在测量流体中声速较低或流量计振动频率较高时导致的精度降低。液体与气体相比具有较高的声速，但是最低速度则来自两者的混合物。即使是液体中夹带少量气体也会导致混合物中的声速明显降低，低于在其中任何一相中的声速。0

19、008流量管的振动产生以流量计的驱动频率沿横向振动的声波。在流体中的声速较高时，例如在单相流中，用于穿过圆形导管的横向声波的第一声模处于远远高于驱动频率的频率之下。但是，在声速由于液体中加入了气体而下降时，声模的频率也会下降。在声模和驱动模式的频率接近时，就会由于驱动模式对声模的偏共振激励而导致计量误差。0009对于低频流量计和典型的过程压力来说，声速的影响在多相流中是存在的，但是通常相对于流量计的具体精度来说是可以忽略的。但是，对于在低压下用多泡流体工作的高频科里奥利流量计来说，由于驱动模式和流体振动模式之间的相互作用，声速可能就会低到足以造成明显的测量误差。0010气泡的尺寸可以改变，这取

20、决于存在的气体量、流动流体的压力、温度和气体混入流动流体中的混合度。性能降低的程度不仅与总共存在多少气体有关，而且与流动中个体气泡的尺寸有关。气泡的尺寸会影响测量的精度。较大的气泡会占据更多的体积并且更大程度地分离，导致流动流体的密度和测量密度的波动。由于气体的可压缩性，气泡可能会改变气体总量和质量，但是不一定会改变尺寸。相反，如果压力改变，气泡尺寸可能会相应地改变，随着压力下降而膨胀或者随着压力升高而收缩。这也可能导致流量计固有频率或共振频率的变化。0011现有技术中的振动流量计通常被设计用于大约100到300赫兹HZ的工作频率。某些现有技术中的流量计被设计用于在更高的频率下工作。现有技术中

21、振动流量计工作频率的选择通常是为了有助于流量计的设计、生产和工作。例如，现有技术中的振动流量计被设置为物理上紧凑并且尺寸基本一致。例如，现有技术中流量计的高度通常小于长度，给出较低的高度长度的纵横比H/L和对应的高驱动频率。流量计用户倾向于较小的总体尺寸以使安装得以简化。而且，流量计的设计通常都假定均匀、单相的流体流动并且被设计为用这样均匀流动的流体进行工作最优。0012在现有技术中，流量计通常具有较低的高度长度纵横比H/L。直管式流量计具有的高度长度的纵横比为零，这通常会产生高驱动频率。弓形的流量管经常被用于避免使长度成为决定性的尺寸并且可以提高高度长度的纵横比H/L。但是，现有技术中的流量

22、计没有被设计为具有高纵横比。现有技术中弯曲或弓形导管的流量计可以具有例如约13的高度长度纵横比。0013本领域中对于能够准确和可靠地测量多相流流体的振动流量计仍然存在需求。发明内容0014在本发明的一种应用中，一种极低频振动流量计，包括说明书CN102016521ACN102016531A3/16页70015包含一根或多根流量管的流量计组件，其中流量计组件被设置成产生极低频振动响应，极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率；和0016计量电子设备，被连接至流量计组件并且被设置成接收极低频振动响应以及由此生成一个或多个流量测量值。0017优选地，极低频振动响应低

23、于与异物尺寸或异物成分无关的预定最小SOS/可压缩性的阈值。0018优选地，计量电子设备被设置为使得在极低频下用于夹带固体或夹带气体的分离比AP/AF大约为11。0019优选地，计量电子设备被设置为使得在极低频下相对于流动流体的颗粒运动来说粘度实际上为无穷大。0020优选地，极低频振动响应是大约5赫兹HZ以下。0021优选地，极低频振动响应是大约50赫兹HZ以下。0022优选地，极低频振动响应对应大约35以上的反斯托克斯数。0023优选地，一根或多根流量管被设置为以极高的振动响应振幅振动。0024优选地，一根或多根流量管被设置为以大约一毫米MM以上的振动响应振幅振动。0025优选地，一根或多根

24、流量管被设置为以大约五毫米MM以上的振动响应振幅振动。0026优选地，一根或多根流量管被设置为通过配置流量管硬度、流量管长度、流量管纵横比、流量管材料、流量管厚度、流量管形状、流量管几何构造或者一个或多个振动节点位置中的一项或多项来实现极低频振动响应。0027优选地，极低频振动流量计以预定的低频被偏共振激励并获得偏共振质量流量测量值，其中偏共振质量流量测量值基本上不受分离和SOS效应的影响。0028优选地，预定的低频被选择为与大于被选择成基本消除多相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。0029优选地，将偏共振质量流量测量值与共振频率下获得的共振质量流量测量值相比较，并且如果偏共振质量流量测量值和共

25、振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。0030优选地，极低频振动流量计以多个预定的偏共振频率被偏共振激励并获得多个对应的偏共振质量流量测量值，其中比较多个偏共振质量流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。0031在本发明的一种应用中，一种操作极低频振动流量计的方法包括0032以极低频振动极低频振动流量计中的一根或多根流量管，其中极低频低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率；0033接收极低频振动响应；和0034根据极低频振动响应生成一个或多个流量测量值。0035优选地，极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的预定最小SOS/可压

26、缩性的阈值。说明书CN102016521ACN102016531A4/16页80036优选地，极低频流量计被设置为使得在极低频下用于夹带固体或夹带气体的分离比AP/AF大约为11。0037优选地，极低频振动流量计被设置为使得在极低频下相对于流动流体的颗粒运动来说粘度实际上为无穷大。0038优选地，极低频振动响应是大约5赫兹HZ以下。0039优选地，极低频振动响应是大约50赫兹HZ以下。0040优选地，极低频振动响应对应大约35以上的反斯托克斯数。0041优选地，一根或多根流量管被设置为以极高的振动响应振幅振动。0042优选地，一根或多根流量管被设置为以大约一毫米MM以上的振动响应振幅振动。00

27、43优选地，一根或多根流量管被设置为以大约五毫米MM以上的振动响应振幅振动。0044优选地，一根或多根流量管被设置为通过配置流量管硬度、流量管长度、流量管纵横比、流量管材料、流量管厚度、流量管形状、流量管几何构造或者一个或多个振动节点位置中的一项或多项来实现极低频振动响应。0045优选地，极低频振动流量计以预定的低频被偏共振激励并获得偏共振质量流量测量值，其中偏共振质量流量测量值基本上不受分离和SOS效应的影响。0046优选地，预定的低频被选择为与大于被选择成基本消除多相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。0047优选地，将偏共振质量流量测量值与共振频率下获得的共振质量流量测量值相比较，并且如果偏

28、共振质量流量测量值和共振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。0048优选地，极低频振动流量计以多个预定的偏共振频率被偏共振激励并获得多个对应的偏共振质量流量测量值，其中比较多个偏共振质量流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。0049在本发明的一种应用中，一种成形极低频振动流量计的方法包括0050至少根据预期的流动流体来确定用于极低频振动流量计的预定极低工作频率，其中极低工作频率低于与异物尺寸或异物成分无关的用于流动流体的预定最低分离频率；0051根据预定的极低工作频率来选择一种或多种流量管设计特征，其中一种或多种流量管设计特征被选择成基本上实现预定的极

29、低工作频率；和0052使用选择的一种或多种流量管设计特征或者通过在所需低频下直接驱动偏共振来构建极低频振动流量计。0053优选地，极低频振动响应低于与异物尺寸或异物成分无关的预定最小SOS/可压缩性的阈值。0054优选地，流量计被设置为使得在极低频下用于夹带固体或夹带气体的分离比AP/AF大约为11。0055优选地，流量计被设置为使得在极低频下相对于流动流体的颗粒运动来说粘度实际上为无穷大。说明书CN102016521ACN102016531A5/16页90056优选地，极低频振动响应是大约5赫兹HZ以下。0057优选地，极低频振动响应是大约50赫兹HZ以下。0058优选地，极低频振动响应对应

30、大约35以上的反斯托克斯数。0059优选地，一根或多根流量管被设置为以极高的振动响应振幅振动。0060优选地，一根或多根流量管被设置为以大约一毫米MM以上的振动响应振幅振动。0061优选地，一根或多根流量管被设置为以大约五毫米MM以上的振动响应振幅振动。0062优选地，一根或多根流量管被设置为通过配置流量管硬度、流量管长度、流量管纵横比、流量管材料、流量管厚度、流量管形状、流量管几何构造或者一个或多个振动节点位置中的一项或多项来实现极低频振动响应。0063优选地，极低频振动流量计以预定的低频被偏共振激励并获得偏共振质量流量测量值，其中偏共振质量流量测量值基本上不受分离和SOS效应的影响。006

31、4优选地，预定的低频被选择为与大于被选择成基本消除多相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。0065优选地，将偏共振质量流量测量值与共振频率下获得的共振质量流量测量值相比较，并且如果偏共振质量流量测量值和共振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。0066优选地，极低频振动流量计以多个预定的偏共振频率被偏共振激励并获得多个对应的偏共振质量流量测量值，其中比较多个偏共振质量流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。附图说明0067在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。应该理解附图不一定是按比例的。0068图1示出了根据本发明的极低频振动流量计。0069图2示出了

32、根据本发明实施例的极低频振动流量计。0070图3是分离效应和用于极低工作频率的频率的曲线图，在曲线图示出的示例中频率最高为100HZ。0071图4是分离相角和用于极低工作频率的频率的对应曲线图，在曲线图示出的示例中频率最高为100HZ。0072图5是根据本发明用于极低频振动流量计的分离比和密度比的曲线图。0073图6示出了根据本发明的极低频振动流量计的一部分。0074图7是根据本发明操作极低频振动流量计的方法的流程图。具体实施方式0075图17和以下的说明内容介绍了具体示例用于教导本领域技术人员如何实现并使用本发明的最佳模式。为了教导本发明的原理，一些常规的内容已被简化或省略。本领域技术人员可

33、以从这些示例中领会出落入本发明保护范围内的各种变形。本领域技术说明书CN102016521ACN102016531A6/16页10人员应该理解以下介绍的特征可以用各种方式加以组合以形成本发明的多种变形。因此，本发明并不局限于以下介绍的具体示例，而只能由权利要求及其等价形式确定。0076图1示出了根据本发明的极低频振动流量计5。在一个实施例中，极低频振动流量计5由科里奥利流量计构成。在另一个实施例中，极低频振动流量计5由振动密度计构成。0077极低频振动流量计5被设计用于测量流动流体的流体特征，包括测量流动或稳流的流体。极低频振动流量计5被进一步设计用于在流动流体包括多相时准确且可靠地测量流动流

34、体。多相流的流体在某些实施例中可以包括夹带的气体，其中夹带的气体可以由气泡流构成。夹带的气体可以包括空气气泡或各种尺寸的气泡。夹带的气体在现有技术中的振动流量计内是会带来问题的。夹带的气体，特别是中等尺寸到大尺寸的气泡，可以独立于流动流体而移动并且造成测量误差或者不确定性。另外，由于气体的可压缩性会随着流动流体的工作压力而变化，因此夹带的气体可能会造成测量值不断变化的效果。0078多相流的流体在某些实施例中可以包括夹带的固体，其中夹带的固体可以由悬浊液构成。一个示例包括石油流体中的砂粒或土粒。夹带的固体可以独立于流动流体而移动并造成测量误差和/或不确定性。0079在某些实施例中，多相流可以包括

35、不同的液体例如不能被混合在一起的不相溶液体。例如，流动流体可以包括水和油。由于流体的流动组分具有不同的密度，因此流体的流动组分在流量计振动期间可能会经历一定的分离。夹带的液体可能不如主要的流体部分稠密。夹带的液体也可能比主要的流体部分更加稠密。0080极低频振动流量计5包括流量计组件10和计量电子设备20。计量电子设备20被通过引线100连接至流量计组件10并且被设置成在通信路径26上提供密度、质量流量、体积流量、总质量流量、温度以及其他信息中的一种或多种的测量值。对于本领域技术人员来说应该显而易见的是本发明可以与驱动器、敏感元件传感器、流量管的数量或振动工作模式无关地被用于任意类型的振动流量

36、计中。应该意识到流量计5可以包括振动密度计和/或科里奥利质量流量计。0081流量计组件10包括一对法兰101和101、歧管102和102、驱动器104、敏感元件传感器105和105以及流量管103A和103B。驱动器104以及敏感元件传感器105和105被连接至流量管103A和103B。0082在一个实施例中，流量管103A和103B如图所示由基本为U形的流量管构成。可选地，在其他实施例中，流量管可以基本上由直管的流量管构成。但是，也可以使用其他的形状，并且也落在说明书和权利要求的范围以内。0083法兰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的相对两端

37、。套管106保持歧管102和102之间的间距，目的是为了阻止流量管103A和103B中不必要的振动。在流量计组件10被插入装有待测量流动流体的导管系统未示出内时，流动流体通过法兰101进入流量计组件10，流动经过入口歧管102，在此引导全部的流动流体量进入流量管103A和103B，流动通过流量管103A和103B并返回到出口歧管102内，在此通过法兰101离开流量计组件10。0084流量管103A和103B被选择和适当地安装至入口歧管102和出口歧管102以分说明书CN102016521ACN102016531A7/16页11别围绕弯曲轴WW和WW具有基本相同的质量分布、转动惯量和弹性模量。流

38、量管103A和103B以基本平行的方式从歧管102和102向外伸出。0085流量管103A和103B由驱动器104沿相反方向围绕各自的弯曲轴W和W并且以所谓的流量计5的第一异相弯曲模式驱动。但是，如果需要的话，流量管103A和103B也可以可选地以第二或更高的异相弯曲模式振动。这可以被用于进行标定或测试动作、流体粘度测试或者用于获得不同工作频率下的测量值。驱动器104可以包括多种公知装置中的一种，例如安装至流量管103A的磁铁和相对的安装至流量管103B的线圈。交流电流过相对的线圈以促使两根导管都振动。由计量电子设备20通过引线110将合适的驱动信号加至驱动器104。0086计量电子设备20分

39、别在引线111和111上接收传感器信号。计量电子设备20在引线110上生成促使驱动器104振动流量管103A和103B的驱动信号。计量电子设备20处理来自敏感元件传感器105和105的左侧和右侧速度信号，目的是为了算出质量流量。通信路径26提供允许计量电子设备20与操作人员或其他电子系统交互的输入和输出。图1中提供的说明仅仅是作为振动流量计的工作示例而不是为了限制本发明的教导。0087在工作时，极低频振动流量计5以极低频振动。极低频可以包括第一弯曲模式的振动。但是，也可以采用其他的振动模式，并且也落在说明书和权利要求的范围以内。0088例如，在某些实施例中可以用预定的低频偏共振地驱动流量计组件

40、10，其中质量流量和/或其他的流动特性被随后测量。预定的低频可以低于共振频率。所得的质量流量测量值基本上不受分离和S0S效应的影响并且可以通过在预定低频下的相位测量来确定。预定的低频可以被选择为与大于被选择成基本消除多相误差的阈值的反斯托克斯数相对应。由于频率是具体选定而不是测量得到的，因此无法得到密度测量值。这种工作类型的问题是由于偏共振的振动，导管的响应振幅较小。但是，可以通过输入更大的驱动功率或者通过相位测量值取平均以帮助克服噪声来克服该问题。0089另外，可以用极高的振幅来振动流量计5。在某些实施例中，流量计5可以同时以极低频和极高的振幅振动。如前所述，流动流体可以是稳流或流动的。由此

41、，极低频振动流量计5即可生成极低频振动响应。为了确定响应频率和响应振幅之一或全部而对极低频振动响应进行处理。响应频率和/或响应振幅可以被用于确定一种或多种流动流体特性，包括质量流量、密度、粘度等。以下进一步介绍流量计5的极低频性质。0090极低频振动流量计5的一个优点在于如果需要，在某些实施例中流量计5可以在更高的频率下工作。这可以在预计没有多相流时进行。例如，如果流量计5被安装在分离装置下游，那么流动流体即可被均匀接收并且不会夹带异物。在这样的情况下，流量计5可以在较高频率下工作，例如第二、第三或第四弯曲模式等，其中更高阶的弯曲模式包括例如多个或谐波的流量计共振频率。0091在某些实施例中，

42、极低频振动流量计100可以在多个振动频率下工作。多个振动频率可以包括以变化的频率或者在不同时刻以不同的频率来振动流量计组件10。可选地，流量计组件10可以同时以多个振动频率振动。0092例如，极低频振动流量计100可以在共振频率下工作并获得共振质量流量和密说明书CN102016521ACN102016531A8/16页12度测量值，还可以偏共振地工作并获得一个或多个偏共振质量流量测量值，随后，可以将一个或多个偏共振质量流量测量值与共振质量流量测量值相比较。如果一个或多个偏共振质量流量测量值和共振质量流量测量值之间的差异大于预定的分离范围，那么就生成多相指示。0093而且，可以比较多个偏共振质量

43、流量测量值以确定是否存在多相流并确定多相误差的大小。因此，如果在10，20和30HZ下的偏共振质量流量测量值基本相同，而在40HZ下的偏共振质量流量测量值明显偏离了先前的测量值，那么就能够确定多相误差发生在高于30HZ振动频率的某个频率。0094驱动频率是以此来振动一根或多根流量管103A，103B的频率，目的是为了测量流动流体的流动特性。驱动频率例如可以被选择为流动流体的共振频率。因此，驱动频率可以不同于振动响应频率并且能够根据流动流体的组成而变化。另外，驱动频率会受到流量计硬度特性的影响。随着硬度特性增加，驱动频率也会增加。因此，降低流量管的硬度即可得到更低的流量管共振频率以及降低的流量计

44、频率。如下所述，可以用多种方式来改变流量管的硬度。0095多相流流体的后果在于在这样的多相流阶段期间会影响和妨碍准确的流体测量。即使是在中等到微量的多相流条件下也会存在多相流效应。多相流流体的性质可以表现为可压缩性/声速SOS效应以及多相流流体各组分之间的分离效应。通过正确选择振动频率和振幅即可控制或消除这两种效应。0096多相流流体可以包括夹带的气体，特别是多泡的气流。多相流可以包括夹带的固体或夹带的固体颗粒、混合物例如混凝土、悬浊液等。而且，多相流可以包括不同密度的液体，例如水和石油组分。各相可以具有不同的质量、密度和/或粘度。0097在多相流中，流量管的振动不一定会使夹带的气体/固体完全

45、与流动的流体同相移动。这种振动异常被称作分离或滑流。例如气泡可以变得从流动的流体中分离，影响振动响应以及所有相应得出的流动特性。小气泡通常会在流量计振动时随着流动的流体一起移动。但是，较大的气泡在流量管振动期间则不会随着流动的流体一起移动。相反，这些气泡可以从流动的流体中分离并且能够独立移动，其中夹带的气泡在每一次振动动作期间都比流动的流体移动得更远和更快。这会给流量计的振动响应带来不利影响。对于流动的流体内夹带的固体颗粒来说同样如此，其中随着振动频率的增加，固体颗粒从流动流体的动作中分离出来的可能性也会越来越大。甚至在多相流包括不同密度和/或粘度的液体时也会发生分离。已经发现分离作用会受到各

46、种因素的影响，例如流动流体的粘度以及例如流动流体和异物之间的密度差异。0098气泡的尺寸可以改变，这取决于存在的气体量、流动流体的压力、温度和气体混入流动流体中的混合度以及其他的流动性质。性能降低的程度不仅与总共存在多少气体有关，而且与流动中个体气泡的尺寸有关。气泡的尺寸会影响测量的精度。较大的气泡会占据更多的体积，导致流动流体的密度和测量密度的波动。由于气体的可压缩性，气泡可能会改变质量，但是不一定会改变尺寸。相反，如果压力改变，气泡尺寸可能会相应地改变，随着压力下降而膨胀或者随着压力升高而收缩。这也可能导致流量计的性质或共振频率的变化。0099在振动的导管中，振动导管的加速度促使气泡移动。

47、导管加速度有振动频率和说明书CN102016521ACN102016531A9/16页13振动振幅决定。在夹带气体的情况下，气泡沿着与导管加速度相同的方向加速。气泡比流量管移动得更快且更远。更快的气泡移动以及造成的流体位移促使部分流体移动得比流量管更慢，导致流体混合物重心远离振动管路中心的净迁移。这就是分离问题的基础所在。因此流量和密度特性在存在夹带气体时会被低估负的流量和密度误差。0100悬浊液存在类似的问题。但是，在悬浊液的情况下，固体颗粒经常比液体组分更重。在振动管路加速度的作用下，较重的颗粒比液体移动得更少。但是因为重颗粒移动得较少，所以流体混合物的重心仍然会从导管的中心略向后移。这同

48、样会导致负的流量和密度误差。0101在气液、固液和液液的情况下，夹带相的差动由夹带相和液体组分之间的密度差异驱动。如果忽略气体的可压缩性，那么可以使用相同的公式来描述所有三种情况的行为。0102因为有多种因素来确定气泡相对于流体移动了多少，所以难于对流体分离进行补偿。流体粘度是一个显而易见的因素。在非常粘稠的流体中，气泡或颗粒在流体中被有效地冻结固定并且只会造成很小的流量误差。在极低的振动频率下，流动流体可以当作非常粘稠的流体，也就是说粘度就好像是无穷大的。在极高的振动频率下，流动流体可以当作无粘性流体，也就是说粘度就好像接近于零也就是无粘性的情况。0103粘度是通过剪应力或拉伸应力而变形的流

49、体中的阻力量度。通常，它是液体流动的阻力，流体厚度的量化。粘度可以被认为是流体摩擦的量度。所有的真实流体都对应力具有一定的阻力，但是对于剪应力没有阻力的流体被称为理想流体或无粘性流体。0104气泡活动性的另一个影响因素是气泡尺寸。气泡上的牵引力与表面积成正比，而浮力则与体积成正比。因此，非常小的气泡具有高的牵引力与浮力比并倾向于随流体一起移动。小气泡相应地造成小误差。相反，大气泡倾向于不随着流体一起移动并造成大误差。对于固体颗粒来说同样如此，因为小颗粒会倾向于随流体一起移动而造成小误差。0105由振动造成的另一个问题是声速SOS或可压缩性的影响。这些影响使得对于含气体流体来说，随着振动频率的增加，质量流量和密度测量值都会越来越不准确。0106密度差异是另一个因素。浮力与流体和气体之间的密度差异成正比。高压气体可以具有足够高的密度来影响浮力并减小分离效应。另外，大气泡占据更多体积，导致流动流体密度的明显波动。由于气体的可压缩性，气泡可以改变气体量但是却不一定改变尺寸。相反地，如果压力改变，气泡尺寸可以相应地改变，随着压力下降而膨胀或者随着压力升高而收缩。这也可以导致流量计的性质或共振频率的变化并因此导致实际的两相密度的变化。0107二级因素也可能会影响气泡和颗粒的活动性。高流速流体内的湍流可以将大气泡打散为较小的气