极低频振动流量计 【技术领域】
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 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。
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流量的测量值。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 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。 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。
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。
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 1.3 的高度 - 长度纵横比。
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
在本发明的一种应用中，一种极低频振动流量计，包括 ：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
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。
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。
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 1 ∶ 1。
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。
优选地，极低频振动响应是大约 5 赫兹 (Hz) 以下。
优选地，极低频振动响应是大约 50 赫兹 (Hz) 以下。
优选地，极低频振动响应对应大约 3.5 以上的反斯托克斯数 (δ)。
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。
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 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。
振动。 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。
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。
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 (δ) 相对应。
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。
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。
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 ：
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 ；
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。
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。
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 1 ∶ 1。
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。
优选地，极低频振动响应是大约 5 赫兹 (Hz) 以下。
优选地，极低频振动响应是大约 50 赫兹 (Hz) 以下。
优选地，极低频振动响应对应大约 3.5 以上的反斯托克斯数 (δ)。
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。
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。
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。
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。 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。
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 (δ) 相对应。
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。
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。
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 ：
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。
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。
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 1 ∶ 1。
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。
优选地，极低频振动响应是大约 5 赫兹 (Hz) 以下。 优选地，极低频振动响应是大约 50 赫兹 (Hz) 以下。 优选地，极低频振动响应对应大约 3.5 以上的反斯托克斯数 (δ)。 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。 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 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。
振动。 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。
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。
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 (δ) 相对应。
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。
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
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。
图 1 示出了根据本发明的极低频振动流量计。
图 2 示出了根据本发明实施例的极低频振动流量计。
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。
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。
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。
图 6 示出了根据本发明的极低频振动流量计的一部分。
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
图 1-7 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。
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。
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。
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。 在某些实施例中，多相流可以包括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。
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。
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。
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。
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。 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。
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
别围绕弯曲轴 W-W 和 W′ -W′具有基本相同的质量分布、转动惯量和弹性模量。 流量 管 103A 和 103B 以基本平行的方式从歧管 102 和 102′向外伸出。
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。
计量电子设备 20 分别在引线 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。 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。
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 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 (δ) 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。
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，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。
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。
在某些实施例中，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。
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
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。
而且，可以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。 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。
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频率。 如下所述，可以用多种 方式来改变流量管的硬度。
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。 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。
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。
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。
在振动的导管中，振动导管的加速度促使气泡移动。 导管加速度有振动频率和
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 )。
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。 这同样会导致负的流 量和密度误差。
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。
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 )。
粘度是通过剪应力或拉伸应力而变形的流体中的阻力量度。 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。
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。
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。
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。
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 泡打散为较小的气泡，由此减小分离误差。 表面活性剂可以减小气泡的表面张力并降低 它们结合的趋势。 阀门可以通过增加湍流程度而减小气泡尺寸而管路弯头则能够通过离 心力迫使气泡聚集在一起而增大气泡尺寸。
在某些实施例中，极低频振动流量计 5 的极低频和高振幅能力可以通过适当设 计的参数 ( 或者与其他因素例如工作频率相结合 ) 来实现。 生产极低频振动流量计 5 时的 主要考虑因素是为了降低共振 ( 或固有 ) 频率，必须要降低流量计有效弯曲模式的硬度。这可能会伴随着导管振幅的降低或增加。 可以用任何方式来实现流量计硬度的降低并且 如何实现流量计硬度的降低并不重要。 但是，以下介绍的是几种可行的方式。
流量计硬度的一个因素是流量管长度。 流量计长度基本上与流量计硬度相互关 联，其中增加流量计长度可以转化为流量计硬度和工作频率一定程度的减小。 因此，可 以选择流量计的长度以实现至少一定程度的流量计硬度减小。
流量计硬度的一个因素是流量管的纵横比。 为了进行说明，流量计的纵横比被 定义为流量计高度 (H) 除以流量计长度 (L)，在此纵横比＝ (H/L)( 参见图 2)。 在高度 (H) 小于长度 (L) 时，高度 - 长度的纵横比 (H/L) 将小于一。 在流量计是直管式流量计 时，高度 - 长度的纵横比 (H/L) 实际上为零。 在高度 (H) 大于长度 (L) 时，高度 - 长度 的纵横比 (H/L) 将大于一。 例如，在图 2 的流量计 5 中，高度 - 长度的纵横比 (H/L) 就 远大于一并且能够达到相对较高的数值。 因此，可以增加高度 - 长度的纵横比 (H/L) 以 降低流量计硬度和降低流量计的共振 / 工作频率。
流量计硬度的一个因素是流量管的材料。 可以选择流量管的材料以降低流量计 硬度和降低频率。
流量计硬度的一个因素是流量管的厚度。 可以减小流量管的厚度以降低流量计 硬度。 但是，作为一个实际因素，过多的减小流量管厚度可能会导致承压能力下降以及 耐久性和耐用性不足。
流量计硬度的一个因素是流量管的形状。 流量管的形状可以被修改为任意所需 的样式，包括使用基本为圆形、椭圆形、矩形、不规则形状或其他合适形状的导管。
流量计硬度的一个因素是流量管的几何构造。 流量管的几何构造可以用任意所 需的方式加以影响，例如包括使用适当的直管和弯管部分。 例如 U 形流量管具有比相同 长度和类型的直管式流量计更小的硬度。
流量计硬度的一个因素是流量管的质量。 在所有其他因素均不变时流量计组件 10 的共振频率将会随着流量管质量的增加而下降。 流量管的质量可以用任意所需的方式 增加。 例如，流量管质量可以通过增加配重或其他质量来增加。 在离散的点或位置增加 质量可以降低工作频率而且不会增加流量管的硬度。
流量计硬度的一个因素是流量管的节点限流器和振动节点位置。 流量计组件 10 可以包括一个或多个控制振动节点位置和弯曲轴并由此影响振动响应的节点限流器。 图 示实施例中的常用节点限流器包括与歧管 102 和 102′相组合的套管 106。 可选地，在其 他实施例中节点限流器可以包括在两根流量管之间基本上接近于法兰 101 和 101′的确定 位置 ( 也就是基本上在流量计 5 的两端 ) 刚性延伸的一根或多根撑杆。 图 6 中示出了其他 的节点位置。 一个或多个节点限流器被包括在内是为了固定弯曲的流量管 103A 和 103B 的振动节点，形成所需的弯曲轴。 可以设置 ( 或去除 ) 一个或多个节点限流器以增加经 历振动的流量管的长度并降低频率。 在图 6 中，102 和 102′部分的扭转也会降低弯曲模 式的硬度并由此降低频率。
通过精细的流量计设计，极低频振动流量计 5 可以在极低频下工作。 极低频工 作可以使得气体分离或固体分离被保持在大约为 1 ∶ 1 的分离比，其中多相流中的异物 基本上与流动流体一起移动。 另外，极低频工作可以使得流动特性类似于其中粘度非常 高的流动。 无论异物由气体、液体还是固体组分构成，这一点都成立。 无论异物是与流动流体的密度略有不同还是异物具有明显不同的密度，这一点也都成立。 因此，夹带的 异物不会明显地影响由极低频振动流量计 5 进行的测量并且极低频振动流量计 5 可以得到 令人满意的准确而又可靠的测量值。 而且，极低频振动流量计 5 可以基本上不受含气率 (GVF) 和 / 或固体比率变化的影响，即使多相流流体的组分有所变化，也能够令人满意 地测量流动流体。而且，通过以极低频来操作极低频振动流量计 5，因为横向声模在高得 多的频率下才会出现，所以也不会遇到可压缩性的影响。
计量电子设备 20 生成驱动信号用于驱动器 104 并且由此能够被设置成以极低频 来驱动 / 振动流量计组件 10。 正如振动流量计中常用的那样，这就要求计量电子设备 20 生成预定频率和振幅的驱动信号，其中可以通过从敏感元件信号中获取的反馈来影响和 修改预定频率和振幅。例如，驱动信号可以根据反馈进行控制以在由敏感元件传感器 105 和 105′测量的振动响应中实现共振 ( 也就是固有 ) 频率。
计量电子设备 20 可以被设置成以各种方式生成极低频。 极高振幅可以是极低频 的结果或者可以得自驱动信号的振幅。 计量电子设备 20 可以在制造期间进行设置，例如 通过对计量电子设备 20 的存储器适当编程进行设置。 可选地，计量电子设备 20 可以例 如在标定过程期间被设置为具有极低频，其中在某些实施例中的极低频程序可以取决于 通过标定过程确定的测量或确定的流量计硬度。 在另一种可选方式中，极低频可以在流 量计启动操作期间得出或确定。 例如，极低频可以基于预先存储或用户输入的数值。 这 可以包括例如基于预先存储或用户输入信息的与多相流流体性质有关的极低频。 图 2 示出了根据本发明实施例的极低频振动流量计 5。 流量管 103A 和 103B 可 以如图所示位于壳体 203 内。 壳体 203 能够保护流量管 103A 和 103B 并且能够进一步 用于在流量管故障或失效的情况下容纳泄漏物。 极低频振动流量计 5 包括高度 H 和长度 L。 从图中能够看出在本实施例中高度 H 明显大于流量计长度 L。 高度 - 长度的纵横比 (H/L) 是这两个流量计特征的比值。 为了降低极低工作频率可以增加高度 - 长度的纵横 比 (H/L)。 高度 - 长度的纵横比 (H/L) 可以被增加为任意所需的数值，例如包括远远大 于一的数值。 高度 - 长度的纵横比 (H/L) 甚至可以更高，例如接近于数值 4 或 5 或更高 的纵横比。
在一个实施例中，流量计总长度 L 基本上是流量计 5 的法兰 101 和 101′之间的 距离，而流量计总高度 H 基本上是入口 / 出口歧管 102 和 102′的中心线和最远中心线 ( 也就是弓形部分的峰顶中心 ) 之间的距离。 纵横比因此就几乎是流量计 5 的整体形状和 尺寸的定量描述。 根据该定义的高纵横比 (H/L) 就意味着流量计具有与其高度 L 相比更 大的高度 H。
图 3 是分离效应和用于工作频率范围的频率的曲线图，在曲线图示出的示例中 频率最高为 100Hz。 曲线图示出了振动振幅范围内的分离效应和频率。 在低于约 5 到 10Hz 下工作的流量计将会由于分离比仍然保持在大约 1 ∶ 1 也就是几乎不会发生分离的 分离比之下而根据需求发挥作用。 对于 5Hz 或更低的极低振动频率，能够看出响应的分 离比 (Ap/Af) 将保持在沿曲线图左侧轴线的最深色区域内，分离比大约为 1 ∶ 1，正如沿 曲线图右侧轴线的比例尺所示。 还可以看出分离效应在高振动振幅时的下降。 因此， 夹带的气泡可以与流动流体一起移动，不会在质量流量或混合物密度测量中造成误差。 声速效应对于这样的低频来说也是可以忽略的，原因在于直到振动频率超过约 200Hz 之
前， SOS/ 可压缩性效应通常都不明显。
图 4 是分离相角和用于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。 从该曲线图中能够看出在振动频率不超过 5Hz 时，分离相角 仍然较低。
无论流体振动振幅、颗粒尺寸、流体密度、颗粒密度和流体粘度如何，颗粒和 流体之间在极低的振动频率下都不存在相对运动。 振幅比 ( 也就是分离比 (Ap/Af)) 接近 于 1 ∶ 1 的比值且分离相角 角 接近于零。 因此，不需要计算分离比 (Ap/Af) 或分离相 。 而且，结果与过程流体和管路设置方式无关。 因为在多相组分之间没有相对运动，所以流量计可以生成准确和可靠的测量值。 对于悬浊液、多泡流体、乳浊液或任意 其他的多密度组合流体来说这一点同样成立。
如上所述的极低频振动流量计还可以无限制地以其第二、第三或第四弯曲模式 被驱动。 由于从极低的 ( 共振 ) 频率启动，因此这都是可行的。 而且，流量计能够以任 意频率被偏共振地驱动。 如上所述，分离会随着频率的增加而恶化。 因此，随着工作频 率的增加，在密度和质量流量测量值中会出现越来越大的负误差。 该事实可以被有效地用于诊断。 流量计可以被设置成确定测量值是否受到了 SOS 或分离效应的影响以及在何频率下这些效应才变得可以忽略。 例如，流量计可以 在 10，20，30，40，50，60，70，80，90 和 100Hz 的频率下被同时驱动进行共振和偏共 振。 对于给定的流动流体，在 10，20 和 30Hz 下的测量值可能都相等，表明 SOS/ 分离 效应并未影响到大约 40Hz 以下的测量值。 如果夹带了更多的气体或者气泡尺寸增加，那 么可能就只有在 10 和 20Hz 的测量值才相等，意味着分离的情况比以上示例中更糟并且需 要更低频率的测量值。 这种诊断能力可以被用于确定多相的存在性或者可以被用于在每 一频率下给用户指示测量值的精度。
极低频振动流量计的主要应用可以是上游 ( 预分离器 ) 的石油和天然气测量。 这 样的多相流量计可以消除对分离器这一非常昂贵的装置的需要。在该困难应用中以 ±5％ 精度工作的振动流量计将是石油和天然气公司非常需要的，他们想要测量每一口油井的 粗略输出。 另一种应用是混合和 / 或测量水泥，其中水泥含有灰岩颗粒和夹带气体，使 其成为三相混合物。 由于在低频下各相之间没有相对运动，因此流量计可以像在只有一 相均质相时那样进行工作并预组分或各相的数量无关地给出准确的混合物质量流量和密 度测量值。
尽管可以用低频来偏共振地驱动流量计，但是在共振下驱动极低频振动流量计 的可行性在某些应用中可能取决于导管为了达到所需的极低频需要用多长的时间。 作为 示例，对于通常在 70Hz 频率下振动以用于测量水的高准 E200 型科里奥利流量计来说， 流量管延伸大约 18 英寸以经过撑杆。 作为估算，考虑用于固定 - 自由悬臂梁的频率公 式：
其中 E 是弹性模量，I 是截面的转动惯量，m 是单位程度的质量，而 1 是长度。 对于 70Hz 的频率 (f) 和 18 英寸的长度 (L)，能够得到用于 (EI/m) 部分的比例常数。 作
为示例，为了达到 5Hz 的振动频率而无需改变 E、 I 或 m 项，用于高准 E200 型科里奥利 流量计的流量管必须是大约 67 英寸的长度。
另一种方法是结合以上介绍的各种因素。 例如，一种解决方案可以是在一定程 度上延长管路，在一定程度上减小壁厚，在驱动器或敏感元件附近增加一点质量，和 / 或在共振频率以下工作。 另一种有效方法是降低频率从而允许将导管弯曲为预撑杆前方 的管路一致的线路或者甚至是取消撑杆。 这就可以由于增加了扭转组件而明显地减小驱 动模式下的硬度 ( 参见图 5)。
极低频振动流量计 5 可以被设计用于特定应用。 极低频振动流量计 5 因此可以 具有极低的工作频率以实现预定的极低振动频率和极低振动响应频率以及极高的振动响 应振幅。
振动频率可以用多种方式加以确定。 振动频率可以被具体化为频率阈值或限 制。 振动频率可以被具体化为低于预定的分离阈值或限制。 振动频率可以被具体化为低 于预定的 SOS/ 可压缩性阈值或限制。 振动频率可以被具体化为符合预定的反斯托克斯 数阈值或限制 ( 如下所述 )。 例如，预定的反斯托克斯数阈值可以被选择为基本上消除多 相流误差。
科里奥利质量流量计和振动密度计在以其固有频率振动期间要求流动流体与流 量管一起移动。 在引入异物时，由于在两相或多相之间存在相对运动或分离，因此这种 假定不再正确。 已经提出一种模型在具体的流量计工作条件已知时预测用于良好的混合 物密度测量所需的条件。 经过试验验证的流体模型可以预测分离效应。 用于得到分离比 (Ap/Af) 和分离相角
的公式是 ：分离比 (Ap/Af) 由颗粒 ( 也就是异物的 ) 振幅 (Ap) 和流量管振幅 (Af) 的比值构 成。 颗粒可以由任何异物构成，包括气泡、固体颗粒或者甚至是流动流体中夹带的不同 的流体部分。 公式 (3) 中各项的定义如下 ：
Fdrag ＝ 6πμfa(u-v)φ(Re) (4)
流动流体的移动被假定与流量管的移动相匹配。 气泡或颗粒移动的计算如下 ： FluidVelocity ＝ u ＝ Afcos(ωt) (8)以上公式可以被用于以大约为正负 10％以内的精度在振动流量计的振动环境中 确定颗粒动作用于绝大多数情况下的振动振幅和相位差。
求解用于气泡动作的上述公式所需的六项输入是 ：振动响应频率 (f)、振动响应
振幅 (Af)、流体密度 (ρf)、流动流体中夹带的异物颗粒的颗粒密度 (ρp)、动态流量流 体粘度 (μf) 以及流动流体中夹带的异物的颗粒尺寸 (a)。振动响应频率 (f) 和振动响应振 幅 (Af) 可以根据一根或多根流量管 (103A，103B) 的振动响应确定，例如根据由敏感元 件 (105，105′ ) 生成的振动响应信号确定。 流体密度 (ρf) 可以例如在流动流体已知的 情况下由用户指明或者也可以通过测量获得。 颗粒密度 (ρp) 可以由用户指明或者可选地 可以在夹带气体、给定流动流体的测量温度和压力的情况下根据理想气体定律确定。 动 态粘度 (μf) 可以例如在流动流体已知的情况下由用户指明或者也可以通过测量获得。 颗 粒尺寸分布 (a) 可以例如在流动流体已知的情况下由用户指明或者也可以通过测量获得， 包括对流动流体中异物颗粒的声学或辐射测量。
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。 该曲线 图进一步包括用于各种反斯托克斯数 (δ) 的结果。 反斯托克斯数 (δ) 可以被用于更简 洁地描述用于避免与频率相关的分离和 SOS/ 可压缩性效应的条件。
曲线图示出了五种不同的反斯托克斯数 (δ) 和得到的分离比。 从曲线图中能 够看出夹带气体和夹带固体在分离方面的反应相反，其中夹带气体表现出比大量流体更 多的运动而固体颗粒表现出更少的运动。 无论如何，理想情况是流量管内的所有各相都 以完全相同的振幅和相位移动 ( 也就是此时 Ap/Af ＝ 1)。 还可以看出随着气泡尺寸的增 加，分离的数量也在增加。 在固体颗粒尺寸增加时，固体颗粒分离也会远离 1 ∶ 1 运动 的理想情况。
反斯托克斯数 (δ) 包括 ：
反斯托克斯数 (δ) 考虑了流动流体的运动粘度 (η)、振动角速度 (ω) 以及异物 材料的颗粒或气泡半径 (a)。 运动粘度 (η) 由动态粘度 (μ) 除以流体密度 (ρ) 构成， 也就是 η ＝ μ/ρ。 异物材料可以包括如前所述的夹带气体或夹带固体。 因此与仅仅通 过频率说明可以得到的结果相比，反斯托克斯数 (δ) 可以被用于更加完整和准确地确定 振动频率上限。
增加反斯托克斯数 (δ) 可以使分离比 (Ap/Af) 更加接近于一，表明相对运动的 减少。 在密度比增加到超过大约 50 时，分离比就主要取决于反斯托克斯数 (δ)。 因为 所有的气体 / 液体混合物都具有通常高于 100 的高密度比，所以这一点是特别重要的。 由 此，对于绝大多数常见的振动流量计中的多相流状态，测量误差的范围主要取决于反斯 托克斯数 (δ)。 如果反斯托克斯数 (δ) 非常小，那么结果就接近于无粘性情况下 3 ∶ 1 的分离比，而如果该参数较大，那么相对运动就会被限制并且分离比接近于 1 ∶ 1。 反斯 托克斯数 (δ) 表明流体运动粘度、颗粒尺寸以及频率之间的平衡是很重要的，而不是这 些变量中单独的任意一个。 但是，频率是通过流量计设计特性来控制的，而粘度以及颗 粒或气泡尺寸则取决于复杂并且通常不可控的过程条件。
反斯托克斯数 (δ) 在某些实施例中由大约 3.5 以上的数构成。 反斯托克斯数 (δ) 在某些实施例中由大约 1.0 以上的数构成。 反斯托克斯数 (δ) 在某些实施例中由大 约 0.5 以上的数构成。
在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以最高约 5Hz 的振动响应频
率工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以最高约 10Hz 的振动响应 频率工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以最高约 20Hz 的振动响 应频率工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以最高约 30Hz 的振动 响应频率工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以最高约 40Hz 的振 动响应频率工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以最高约 49Hz 的 振动响应频率工作。 所需的弯曲模式频率可以通过流量计设计条件或者可选地通过特定 频率下的偏共振振动实现。
在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以大约 1mm 以上的振动响 应振幅工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以大约 2mm 以上的振 动响应振幅工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以大约 5mm 以上 的振动响应振幅工作。 在某些实施例中，极低频振动流量计 5 可以被设计为以大约 10mm 以上的振动响应振幅工作。
图 6 示出了根据本发明的极低频振动流量计 5 的一部分。 该图根据本发明的某 些实施例示出的流量计 5 使用了较大的高度 - 长度纵横比 (H/L)。 较大的高度 - 长度纵 横比 (H/L) 降低了流量计的硬度以及流量计的工作频率。
另外，该图示出了振动节点位置的改变。 图中的虚线示出了典型的撑杆 120 和 120′。 撑杆通常被用于固定弯曲节点并建立弯曲轴。 撑杆将流量管相对于彼此固定，其 中使用了两根流量管并且口成了振动弯曲节点。 撑杆 120 和 120′建立起弯曲轴 W-W， 其中只有弯曲轴 W-W 上方的流量管部分被允许振动。 弯曲轴 W-W 限制了振动频率并且 通常保持高频。
为了改变工作频率，可以移动弯曲轴的位置。 因此，可以通过合适的弯曲轴定 位例如通过适当地设置振动节点的位置来降低工作频率。 在某些实施例中，这可以通 过移动撑杆例如图中所示的撑杆 122 和 122′来实现。 撑杆 122 和 122′建立起弯曲轴 W″ -W″。 在其他的实施例中，弯曲轴可以由法兰 101 和 101′确定或者可以通过歧管 102 和 102′实现。 应该注意这只是两种用于通过流量管几何构造的改变来降低频率的可 行方法。 也可以想到其他的方法，并且也都落在说明书和权利要求的范围以内。
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 700。 在步骤 701，以 极低频振动流量计。 极低频可以包括低于约 50 赫兹 (Hz) 的振动频率。 在某些实施例 中，极低频可以包括低于约 5 赫兹 (Hz) 的振动频率。 也可以采用其他的极低频率并且也 都落在说明书和权利要求的范围以内。
极低频可以包括对于特定应用或者对于包括具有夹带气体或固体颗粒的应用在 内的绝大多数应用实现了大约为 1 ∶ 1 的分离比 (Ap/Af) 的频率。 极低频可以包括对于 流动流体实现了大约为无穷大的有效粘度的频率。 极低频可以是低于与异物材料尺寸或 异物材料成分无关的预定最低分离频率。 极低频由此避免了分离效应并且使夹带的异物 基本上与流动流体一起移动。 极低频可以低于与异物材料尺寸或异物材料成分无关的预 定最小 SOS/ 可压缩性阈值。 极低频由此避免了直到达到较高频率时才会出现的 S0S/ 可 压缩性效应。
如前所述，极低频振动流量计中的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。 可选地，一根或多 根流量管可以如前所述在低于共振频率的预定低频下被偏共振地驱动。
在步骤 702，接收流量计组件的振动响应。振动响应可以被用于确定最终的频率 和振幅，包括能够构成用于流动流体的共振频率的频率。
在步骤 703，根据极低频振动响应生成一个或多个流量测量值。一个或多个流量 测量值可以包括质量流量。 一个或多个流量测量值可以包括密度。 可以使用关于分离比 和流体粘度的假定值来确定利用极低频获得的密度测量值。 也可以想到其他的流量测量 值并且也落在说明书和权利要求的范围以内。
分离通常是很多输入参数的复杂函数，这使得非常难于对流量计测量值进行补 偿。 但是，已经发现分离效应对于小气泡来说是可以忽略的。 类似地，在流动流体高度 粘稠时，分离可能也不会发生或者可能只有在非常高的振动频率下才会发生。 而且，在 夹带气体的情况下，如果异物与流动流体良好地混合、减小气泡尺寸和 / 或平均地分配 气体，那么分离也可以被减小或者在某些情况下被有效地消除。 而且，流动流体的高粘 度减小或消除了分离并提高了测量的精度。 但是，流动流体的各种特性可能在本质上固 定的并且气泡尺寸和粘度可能必须要按原样接受。
极低频振动流量计可以被设计用于基本上不受多相效应的影响，多相效应包括 了 SOS/ 可压缩性效应和分离效应。 当然，在夹带的异物体积变得足够大时，即使是极 低频振动流量计可能也会受到一定的影响，但是极低频流量计仍然可以表现出比现有技 术中的中频或高频振动流量计好得多的精度和可靠性。