[发明专利]用于确定管线中介质的流动特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定管线中基本层流地流动的气体或液体介质的至少一个流动特性的方法。气体介质可以等同于气体或气体混合物。流动特性例如是流速、流动方向、体积流量或质量流量，如流率。在这种情形下待确定流速也可以是零，即介质最多执行热运动。然而，介质至少有时层流地流动。

背景技术

在工业过程的很多情形下，气体、气体混合物或液体通过管线流动。为了能够控制和/或监测该过程，除了别的之外，必需知道介质的流速或质量流量。根据现有技术中已知用于该目的大量不同的测量原理和测量设备。

经常使用热流传感器用于小流速。在第一种变型中，这些包括：加热元件，用于为流经的介质加温，其中该加热元件以恒定加热功率操作；和两个温度传感器；其中，在每一个情形下，将一个温度传感器布置在加热元件的下游并且将一个布置在加热元件的上游，并且记录介质的温度。根据利用两个温度传感器确定的温度差，可以确认流速。已知所谓的热风速计。在这种情形下，将加热元件控制到恒定温度。介质流经加热元件并且在这种情形下去除热量越快，用于将加热元件保持在恒定温度下所需的加热功率越大。

在热流传感器的情形下的缺点是它们对可能在其上形成的增生物敏感，并且当它们的寿命增加时，它们显现出热漂移。这需要频繁地维护和/或重新校准。

基于科里奥利（Coriolis）原理的测量设备是非常可靠的。其基本上由至少一个可振荡管构成，其插进管线作为中间件并且基于科里奥利效应确定介质的流速。这种测量设备以大量实施例和额定直径存在。科里奥利测量设备的缺点是它们需要高初始投资。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于可靠地确定基本层流地流动的介质的至少一个流动特性的方法，而且，其中该方法是以低成本方式可实现的。此外，提供了用于执行该方法的对应的装置。

通过下述特征功能达到该目的，这些特征包括，至少对于介质以非零的速度流动的情形下，引入管线的至少一个调制元件至少有时在该元件附近产生该介质的密度的改变；将引入管线的并且从该调制元件隔开的至少一个机械可振荡单元激发至共振振荡；通过该机械可振荡单元接收机械振荡并且将其转换成电的接收信号，其中该接收信号对密度改变敏感；并且根据该机械可振荡单元的接收信号对该密度改变的反应确定该介质的至少一个流动特性。

根据本发明，介质的密度受调制元件的影响，并且通过评估接收信号检测布置在距调制元件一定距离的机械可振荡单元的反应。调制元件例如经由介质的温度或压力来影响密度。可确定的流动特性是流动的存在和流动方向，并且依赖于实施例，是流速、体积流量和/或质量流量。

机械可振荡单元优选地是振荡叉，其包括布置在膜上的两个桨。然而，它也可以是单棒。已知具有振荡叉的测量设备尤其用于填充水平和密度测量。例如，在WO2007074004A1中描述了用于在气体介质中应用的振荡叉的特定实施例。其中提供了，例如，桨的厚度和密度的乘积尽可能地小，并且使桨的表面积尽可能地大。对于进一步的细节，可以参考指出的文献。为了测量，将振荡叉激发至以其共振频率振荡，并且将机械振荡接收并转换成电接收信号。通常，至少一个压电式换能器用于激发和接收两者。共振频率根据桨周围的介质的密度改变。因此，根据共振频率的改变，介质的密度的改变是可检测的。经由调制元件而有时或持久地改变的密度提供了关于介质是静止还是流动的信息。而且，例如，通过对由调制元件引起的在流动介质中密度波动的传播时间的测量，流速是可确定的。

如果介质的流动方向是预定的或已知的，单一机械可振荡单元足够用于确定流速和例如流率的流量。相反，如果流动方向不是已知的，围绕调制元件对称地布置两个可振荡单元，使得在一方面，可以确定流动方向，并且在另一方面，根据流动方向，可以利用一个可振荡单元或利用另一个来测量流速和/或体积流量或质量流量。当然，事实是在每一个情形下，考虑布置在调制元件下游的可振荡单元用于基于改变的物理变量关于流动特性的估算。此外，能够比较两个可振荡单元的接收信号并且由此确认待确定的流动特性。

在本发明的解决方案的第一实施例中，通过调制元件减小管直径。在这种情况下，调制元件是收缩元件，其放置在管线内壁上并且不降低层流。如果介质静止，则由此介质的特性没有被改变。如果介质在流动，则该调制元件导致了沿着管线纵轴在调制元件前面和后面的压力差。与其相关的是密度差，该密度差由两个可振荡单元确定。为此，将可振荡单元引入管线，在流动方向上一个在收缩元件前面，并且一个在收缩元件后面。该实施例适用于气体介质。