CN102348959B - 监测和/或测量分布的颗粒和/或液滴流的涡流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测和/或测量在管线内流动的至少有时两相介质的涡流测量装置(2)，该介质包括具有第一密度的第一相，尤其是气态第一相，以及具有不同于第一密度的第二密度的第二相，尤其是颗粒或液滴的有形状的第二相，其中涡流测量装置(2)包括可插入管线内的至少一个测量管(4)、阻流体(8)以及响应于压力波动的涡流传感器(24)。涡流测量装置(2)还包括声换能器(20)，该声换能器(20)一体地形成在伸入测量管(4)的流路径内的部件(8)内，尤其是阻流体(8)内，或声联接到所述部件(8)使得通过第二相的颗粒和/或液滴在部件(8)上的撞击而产生的声信号可由声换能器(20)转换成电信号。

Description

监测和/或测量分布的颗粒和/或液滴流的涡流测量装置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分中限定的涡流测量装置以及监测和/或测量在管线内流动且至少有时具有至少两相的介质的方法，至少两相中的第一相，尤其是气态第一相，具有第一密度，而第二相，尤其是颗粒或液滴形式的相，具有与第一密度不同的第二密度。该方法通过伸进流动介质内的阻流体和尤其放置在阻流体下游或阻流体内的涡流传感器来实施。 

背景技术

涡流测量装置常常应用于测量管线内流体、尤其是高温范围内的气流或蒸气流的流量。在这种涡流测量装置的情况下，阻流物设置在流路径内，使得流体可在阻流物两侧上流过。在该情况下，在阻流物两侧上形成漩涡。在宽的雷诺数范围内，在这种情况下，漩涡交替地形成在阻流物的任一侧上，从而产生漩涡的交错布置。漩涡的交错布置称为卡门涡街。在这种涡流测量装置中，利用的原理是在宽雷诺数范围内，形成这些漩涡的漩涡脱落频率与各流体的流速成比例。因而，可从记录的漩涡的涡流脱落频率(在下文中称为涡流频率)和用于各类型涡流测量装置的特征校准因子确定流速。 

通常，涡流测量装置在该情况下具有测量管，在其流路径中布置有阻流体作为阻流物。在该情况下，阻流体优选地完全沿直径方向延伸或在测量管的内部横截面的相当大部分上延伸，使得特定流体可流过阻流体的两侧。在该情况下，通常阻流体在两侧上具有至少两个脱落边缘，该至少两个脱落边缘在给定情况下也可以被倒圆。脱落边缘支持漩涡的脱落。可操作地，测量管应用在将测量其流体流量的管线内，从而流体流过测量管并至少部分地对抗阻流体。 

此外，涡流测量装置通常包括至少一个涡流传感器，该涡流传感器响应于由漩涡产生的压力波动。涡流传感器布置在两个脱落边缘的下游。在该情况下，涡流传感器可尤其是作为单独的部件布置在阻流体内或阻流体下游。由涡流传感器记录的压力波动被转换成电测量信号，其频率与流体的流速成正比。此外，如果流体的密度是确定或已知的，则可从速度和密度来计算流体的质量流量。 

所述类型的涡流测量装置首先应用于测量单相介质，尤其是流体(液体、气体)，例如蒸汽流或液体流。但是，在特殊应用中，可能发生的是，在流体流中有第二或又一其它相。为了简化目的，在下文中讨论在管线内流动的两相或多相介质的第一相和第二相，其中第一相和第二相代表具有最大质量流量分量的两个主要的相。其它相可尤其包含在一个或两个相内，尤其作为固体颗粒。在这种情况下流动的两相或多相介质的第一相和第二相可以是相同材料的不同聚集状态，通常情况是例如在蒸汽中的水细流，或也可以是两种不同材料，诸如液体中夹带的沙等。优选的是，在每种情况下，第一相和第二相都是流体(液体、气体)。在该情况下，液滴/颗粒流又可包括多于仅一种物质，尤其是两种不同材料。以下描述的其它改进中的每个改进，即使没有每次清楚地指出(通过“至少第二相”的陈述指出)，也属于该变型。本发明尤其适用于两相混合物，其中两相之间的密度差高，并且两相不混合或仅轻微混合，使得第二相以颗粒或液滴形式由第一相流夹带。 

已知，在涡流测量装置中，出现两相或多相导致从涡流频率确定的流速的误差。 

基本上，存在至少第二相可被携带在诸如气流的第一相流内的不同方式。至少第二相可尤其作为相对均匀分布在第一相内的颗粒和/或液滴被携带在第一相流中。此外，第二相也可作为沿相关管线的管壁的壁流、尤其是细流流动。第二相以及还有第三相的这些类型的流能够取决于应用而平行(至少三相)或仅单独(至少两相)地发生。 

发生两种不同相的实例是在气体管线内发生液体聚集。该情况尤其在其中水能够形成为第二相的蒸气管线(蒸汽线路)的情况中相关。如上所述，在这种情况下的液体聚集可作为分布液滴流被携带在第一相(这里：气体)内，但是，液体聚集也可交替地或补充地作为沿相关管线的管壁的壁流流动。除了前述流动形式，诸如沙或更大颗粒的固体可例如也在气体管线内的液体流或气体流内运输。在该情况下，尤其是当固体是细粒时夹带的固体(在给定情况下与第一相的一部分混合)作为沿各管线的管壁的壁流流动。替代地或补充地，夹带的固体可作为相对均匀地分布在管的横截面上的颗粒流而至少部分地在第一相流内携带。 

在该情况下，对于多种应用理想的是，可靠地并且基本上没有增加成本地检测第一相流内的第二相的发生，且在给定情况下，还确定第二相的分量，尤其是其质量流量。在长距离输送蒸汽的应用中尤其如此。在管线内供应热蒸汽用在尤其用于提供能量的工业设备中，其中为此需要对应于低分量液体水的高蒸汽质量。尤其在该情况下，通常要求蒸汽质量大于95％。在该情况下，蒸汽质量被给出为蒸汽分量的质量流量与由蒸汽和冷凝水组成的总质量流量的比率。在管线内传输的热蒸汽也适用于石油生产领域。 

本发明主要涉及提供可靠且近时地监测和测量在管线内流动的尤其是气态第一相的第一相流内的至少第二相的颗粒和/或液滴流的问题。 

US4,674,337描述了一种用于确定携带在预定流率的流体流内的颗粒的数量和质量的设备。在该情况下，该设备包括大致上平坦的撞击区域，该撞击区域布置在流体流中，使得预定分量的颗粒在各种情况下以大致相同的角度撞击该撞击区域，从而防止颗粒积聚在该撞击区域上。颗粒在撞击时产生声信号，该声信号与颗粒的动能成比例。 此外，该设备包括将声信号引出流之外的装置以及然后将声信号转换成电信号的装置。然后通过电子器件评估电信号，从而从其获得各个颗粒的总数量和质量的估计。在该情况下，用US4,674,337中描述的设备检测颗粒要求提供单独的设备，该设备必须插入或安装在相应管线内。这导致增加的成本和人工。 

发明内容

本发明的目的是提供一种涡流测量装置以及可靠地且没有显著成本地监测在管线内流动的至少有时两相介质的方法；该介质具有尤其是气态第一相并具有第一密度的第一相，以及尤其是液态第二相并具有与第一密度不同的第二密度的第二相；其中第二相主要以颗粒/液滴流形式流动，优选地均匀分布在管的横截面上。 

该目的通过如权利要求1所限定的涡流测量装置以及权利要求15限定的方法来实现。本发明的其它有益改进由从属权利要求阐述。 

根据本发明，提供一种涡流测量装置，用于至少有时监测和/或测量在管线内流动的两相或多相介质；其中该介质具有尤其为气态第一相且具有第一密度的第一相和尤其为液态第二相的作为颗粒和/或液滴分布在第一相内并具有第二密度的第二相。涡流测量装置包括可插入管线内的至少一个测量管、阻流体和响应于压力波动的涡流传感器；其中阻流体横向于流动方向延伸到测量管内，从而在阻流体两侧上形成流路径；且至少两个脱落边缘形成在阻流体(8)的两侧上，使得在使用期间卡门漩涡在两个脱落边缘上脱落。关于安装位置，涡流传感器布置在脱落边缘下游。根据本发明，涡流测量装置还包括声换能器，该声换能器一体形成在涡流测量装置的部件内，尤其是形成在阻流体内，该阻流体伸入测量管内的流路径内，或者声换能器声耦合到该部件，使得由第二相的颗粒和/或液滴撞击在该部件上产生的声信号由声换能器转换成电信号。 

基于这些考虑，本发明提供一种涡流测量装置，该涡流测量装置在使用时通过可使用由涡流传感器记录的卡门漩涡的涡流频率确定可流动的两相或多相介质中第一相的流速，同时还几乎实时(即在线)检测分布颗粒和/或液滴流形式的至少第二相的发生。在该情况下，不需要其它装置来检测呈分布颗粒和/或液滴流形式的第二相。因而，部件的数量和相关成本可保持较少。 

当伸入测量管内的流路径内的涡流测量装置的(现有)部件同时用作第一相内颗粒和/或液滴流的一部分的撞击区域时，实现了分布颗粒和/或液滴流的检测。因而，不要求用于提供适当撞击区域的单独的部件，从而可保持成本和结构较小。然后由第二相的颗粒和/或液滴撞击在部件上产生的声信号可由声换能器转换成电信号，使得这些信号通过涡流测量装置(尤其是通过涡流测量装置的相应形成的电子器件)可被电处理和利用。在这种情况下，可通过例如涡流测量装置的电子器件进行检测，使得当超出电信号的预定值限值或从其推导出的被测变量时，电子器件检测到第二相的颗粒和/或液滴流。在该情况下，本发明的涡流测量装置还使得声换能器能够整合到涡流传感器的传感器布置内，且相关电子器件整合到涡流测量装置的电子器件(已经存在)内，从而可进一步节省成本。此外，可设置成在由涡流测量装置检测到至少第二相的颗粒和/或液滴流和/或增加的颗粒和/或液滴流的情况下输出警告或错误报告。 

在该情况下，第一相和(至少)第二相可为相同材料的不同聚集状态，例如蒸汽内的水滴或它们也可以是两种不同材料，诸如液体或气体中夹带的固体颗粒(例如沙)。本发明的实施例涉及下述组合，其中第一相是气体，而第二相是液体，第二相至少部分地作为分布在流动气体中的液滴而被携带。本发明尤其涉及下述组合，其中第二相是水(至少部分分布为水滴而被携带)且第一相是蒸汽。在该情况下，颗粒和/或液滴可由一种以上介质形成，尤其是由至少两种不同材料的颗粒形成。以下描述的其它改进中的每个改进，即使没有每次清楚地 指出(通过“至少第二介质或第二相”的陈述指出)，也属于该变型。在该情况下“分布的颗粒和/或液滴流”通常是指这样的流，其中至少第二介质或第二相(至少部分)作为颗粒和/或液滴分布在第一相中并由第一相携带。 

除了本文明确提到的具体特征之外，涡流测量装置可基本上如本领域公知的那样以不同方式构成。特别地，涡流测量装置的基本构造可对应于引言中所解释的涡流测量装置。关于涡流传感器的布置和构造，不同的变型都是可能的，例如阻流体的一体部分或单独部分作为叶片布置在阻流体的下游。 

术语“声换能器”是指换能器或传感器，其记录进来的声信号并将信号转换成与相应声信号对应的电信号。作为变型，例如声换能器可实施为在第二相的颗粒和/或液滴撞击部件的位置直接整合在部件内，且声换能器可直接记录产生的声信号。此外，声换能器可替代地形成在远离撞击位置的位置，或者整合在该部件内或与该部件分开。在后一种情况下，必须声联接至该部件，使得在颗粒或液滴撞击部件的位置处的各声信号(声波)可传播到声换能器。尤其是，声换能器也可布置在测量管的外部。 

在另一有利改进中，涡流测量装置的部件，尤其是阻流体包括大致垂直于流动方向定向的撞击区域。该撞击区域面向在涡流测量装置的安装位置内的流。这样，颗粒和/或液滴流直接流入撞击区域内，且可简单确定撞击区域的大小与测量管的内部横截面的总面积的比率。此外，颗粒和/或液滴基本上以统一的角度撞击撞击区域。这些性质不仅对于颗粒和/或液滴流形式的第二相的可靠检测是有利的。而且还便于计算以定量估算测量管的总内部横截面上的颗粒和/或液滴流。 

优选地，在声记录颗粒和/或液滴流的撞击的情况下，该部件由涡流测量装置的阻流体形成。但是，替代地，为此目的可应用另一部件， 另一部件例如形成为与阻流体分开的涡流传感器的叶片。阻流体具有这样的优点：通常，阻流体是三角形(或△形)横截面，且阻流体的面积垂直于流动方向取向并面向流。在该情况下，该面向面积形成用于来流颗粒和/或液滴的具有限定尺寸的撞击区域。因而，可简单地确定其与测量管的内部横截面的比率，从而定量确定颗粒和/或液滴流。两个另外的表面沿流方向彼此接合，使得阻流体的宽度沿流动方向呈锥形。形成到撞击区域的两侧上的各侧表面的过渡的两个脱落边缘也可以是倒圆的。除了已经提到的具有三角形横截面的阻流体形状，也存在替代形式的阻流体，其同样非常适于用作声记录颗粒和/或液滴流的撞击的部件。应用阻流体的另一优点是在阻流体前方的区域通过在阻流体处交替的涡流脱落影响来流。这导致不精确垂直地撞击阻流体的撞击区域。相反地，以交替侧(对应于涡流脱落的频率)上的轻微倾斜进行撞击。这样，有效地防止颗粒和/或液滴沉积在阻流体的撞击区域上。 

基本上，可以不同方式通过声换能器将声信号转换成电信号。在有利的另一改进中，声换能器形成为压电或电容换能器。 

在有利的另一改进中，声换能器布置在测量管外部，并声联接到涡流测量装置的部件，尤其是阻流体。这样，声换能器与过程温度和过程压力大大去耦合，从而其运行不受到这些变量或仅很少地受到这些变量的影响。 

在有利的另一改进中，涡流测量装置的电子器件形成为由声换能器提供的电信号通过电子器件基于预定标准来进行评估。当通过电信号的特征性质(例如在超过预定信号电平的情况下)检测颗粒和/或液滴流时，可尤其用预定标准来确定。在该情况下，电子器件可整合在已经设置用于评估涡流传感器的测量信号的涡流测量装置的电子器件(已经存在)中。“电子器件”这里指处理信号，尤其是电信号的模拟电子电路，以及数字处理电信号的数字电路或处理器。这两种形式也尤 其可组合地使用。 

在有利的另一改进中，涡流测量装置的电子器件形成为由声换能器提供的电信号通过电子器件滤波至待评估的带宽。这样，可防止由于频率在相关频率范围之外的扰动信号导致的误差。同时，可进行其它信号处理，例如滤波之前或之后的电信号的放大。 

在有利的另一改进中，涡流测量装置的电子器件形成为电子器件通过谱信号处理和/或从由声换能器提供的电信号的统计评估来确定被测变量。然后使用预定标准来评估被测变量。例如，对于这种被测变量，可以将限值确定为在超过该限值的情况下，将关于存在颗粒和/或液滴流的警告报告和/或相应报告(通过例如显示器)输出给用户。此外，基于这种被测变量，如下文参照另一些改进所解释的，可进行其它计算，从而能够产生关于颗粒和/或液滴流形式的第二相的定量信息。 

在有利的另一改进中，涡流测量装置的电子器件形成为电子器件从由声换能器提供的在给定情况下被滤波的随时间记录的电信号的值产生RMS值(RMS：均方根；二次平均值)，并评估这些值作为被测变量。 

已经实验地发现RMS值非常适于用作进一步评估的被测变量。例如，如果考虑在N个不同时间ti(i＝1至N)记录的电信号S(ti)(这里被滤波)的N个值来计算RMS值 

则可使用以下等式获得RMS值： 

$\left(1\right)\stackrel{\‾}{S}=\frac{1}{N}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\Σ}}}S{\left(t_i\right)}^2}$

在有利的另一改进中，形成涡流测量装置的电子器件，使得电子器件根据借助于由校准确定的传递因子的被测变量以及颗粒和/或液滴流的速度从被测变量获得各个颗粒和/或液滴的数量和质量或颗粒和/或液滴流的质量流量，通过传递因子把被测变量与各个颗粒和/或液滴 的动能或颗粒和/或液滴流的动功率相互关联。这样，能够定量确定颗粒和/或液滴流形式的第二相。 

根据应用，根据第一变型的传递因子可通过校准来选择和确定，使得被测变量 

例如上述RMS值 

用传递因子C₁与各个来流颗粒或液滴的动能E_KIN相互关联。在以下等式(2)中给出该关系，其中m_P是各个颗粒或液滴的质量，而v是其速度。 

$\left(2\right)---E_{\mathrm{KIN}}=\frac{1}{2}{m}_P{v}^2=C_1\stackrel{\‾}{M}$

如等式(2)中显而易见的，各个颗粒或液滴的质量m_P可因而从被测变量 

传递因子C₁以及速度v来确定。 

如下文参照另一改进解释的颗粒的速度也可通过涡流测量装置从涡流频率来确定。当各个颗粒和/或液滴流中颗粒和/或液滴的密度足够低，使得可单独地声学检测各个颗粒在涡流测量装置的相关部件上的不同撞击时，第一变型是尤其有利的。颗粒和/或液滴的数量可通过对各撞击进行计数来确定。 

根据应用，根据第二变型，传递因子也可通过校准来选择和确定，使得被测变量 

例如上述RMS值 用传递因子C₂与颗粒和/或液滴的动功率P_KIN相互关联。在以下等式(3)中给出该关系，其中m/t是颗粒和/或液滴流的质量流量(其中其仅考虑颗粒和/或液滴的质量，而不考虑第一相的质量)，并且v是其速度： 

$\left(3\right)---P_{\mathrm{KIN}}=\frac{1}{2}\frac{m}{t}{v}^2=C_2\stackrel{\‾}{M}$

如等式(3)中显而易见的，颗粒和/或液滴流的质量流量m/t可因而从被测变量 

传递因子C₂以及速度v来确定。如下面结合进一步变型所解释的，颗粒的速度v可通过涡流测量装置根据涡流频率来确定。当各个颗粒和/或液滴流中颗粒和/或液滴的密度足够高，使得不再能单独地声学检测各个颗粒在涡流测量装置的相关部件上的不同撞击时，第二变型是尤其有利的。 

在第一变型的情况以及第二变型的情况下，传递因子C₁或C₂可选择成恒量，使得校准和计算简单。或者，传递因子C₁或C₂也可定义为附加变量，例如温度或压力的函数。这样，能够考虑其它影响定量确定的影响。 

在有利的另一改进中，涡流传感器形成为在使用期间记录压力波动并通过涡流传感器将其转换成电测量信号，其中涡流测量装置的电子器件形成为电子器件从记录的压力波动确定涡流频率，并从涡流频率确定第一相的流速(以及从而确定颗粒和/或液滴流的流速)。如上所述，涡流频率在宽的雷诺数范围内与各测量的流体的速度成比例。这种相关性是众所周知的，且以已知方式用于确定涡流测量装置中测量流体的速度。通过该相关性，在从涡流频率通过该进一步改进提供的第一相的流速的确定同时地确定颗粒和/或液滴流的速度v(假设颗粒和/或液滴流以与第一流体相同的速度流动)。因而，通过涡流测量装置确定的颗粒和/或液滴流的速度v可应用于等式(2)和/或(3)，并然后从其可确定各颗粒和/或液滴流的质量m_P，或颗粒和/或液滴流的质量流量m/t。 

在有利的另一改进中，涡流测量装置包括至少一个隔膜，尤其是筛形、穿孔或网格形隔膜，该隔膜相对于流方向布置在涡流测量装置的部件的前方，声换能器一体形成在该部件内或声换能器声联接至该部件以使第二相的颗粒和/或液滴流均匀化。颗粒和/或液滴流在测量管的内部横截面上均匀分布可通过这种隔膜来实现。可以简单方式(线性地)从各个颗粒和/或液滴的数量和质量(参见第一变型)或从基于部件上的撞击确定的颗粒和/或液滴流的质量流量(参见第二变型)推导各颗粒和/或液滴的总数量和质量，或测量管内颗粒和/或液滴流的总质量流量。在该情况下，可在涡流测量装置的部件前方布置一个或多个隔膜。特别地，该布置可优化成颗粒和/或液滴流在测量管的内部横截面上尽可能均匀地分布。 

此外，至少一个隔膜也可布置成其向上延伸到测量管的管壁。因此沿测量管的管壁流动的壁流形式的第二或第三相也可被迫作为颗粒和/或液滴流在涡流测量装置的区域内流动，且尤其在进行声学记录的部件的区域内流动。这样，也可检测作为沿测量管的管壁的壁流流动的第二或第三相的分量，且在给定情况下，由本发明的涡流测量装置定量地记录。但是，并不是在所有应用中都能够设置隔膜以将壁流转换成颗粒和/或液滴流。 

理想的是在给定情况下也直接监测壁流形式的第二或第三相，并定量记录壁流形式的第二或第三相。在有利的另一改进中，因而设置成涡流测量装置的涡流传感器具有响应于压力波动且至少部分地邻接测量管的管壁的敏感部分，从而以该方式检测管线中流动的多相介质中的沿管壁流动的壁流，尤其是细流形式的第二相或第三相。在这种情况下，流动介质的第一相，尤其是气态第一相具有比第二或第三相低的密度。在该情况下，涡流测量装置形成为将由敏感部分记录的压力波动转换成电测量信号。此外，使用期间通过其在涡流测量装置中处理电测量信号的电子器件形成为在记录表征沿测量管的管壁流动的第二或第三相的壁流与涡流传感器的敏感部分的相互作用的测量信号的情况下，推断在测量管内存在第二或第三相的壁流。 

根据这些考虑，该进一步改进使得，利用涡流测量装置可从在使用期间记录的漩涡的涡流频率确定第一相，尤其是气体的流速，还同时近时(即在线)检测沿测量管的管壁发生第二和/或第三相的壁流，尤其是细流。在这种情况下不需要用于检测壁流的补充装置。因而，部件的数量和相关成本可保持较低。在该情况下尤其通过下述布置来实现，即将敏感部分布置为至少部分地邻接测量管的管壁，使得流过敏感部分的壁流可与敏感部分相互作用。除了第一相的漩涡之外，与第二相或第三相的壁流相关的相互作用也可因而通过敏感部分来记录，这导致表征壁流与涡流传感器的敏感部分的相互作用的测量信号。 基于该测量信号，然后能够以简单方式确定是否存在壁流形式的第二相或第三相。优选地，这可在涡流测量装置(尤其是涡流测量装置的电子器件)中自动地进行，并可以显示给用户或以其它方式发出信号。 

在进一步改进中，除了可在给定情况下有时产生的颗粒和/或液滴流形式的另一相之外，可检测壁流形式的至少一相。优选地，各相(壁流以及颗粒和/或液滴流)为液体聚集状态的介质。该进一步改进尤其适用于第一相和至少第二和/或第三相的混合，其中第一相与第二和/或第三相之间的密度差较大，使得它们不混合或仅略微混合，且因而第二或第三相在流过管线时至少部分地作为壁流流动。在这些假设下，第二相和/或第三相通常沿倾斜或水平管线(或测量管)内管线(或测量管)的下管壁部分流动。 

敏感部分在管壁上的“邻接布置”是指敏感部分直接在测量管的管壁上的布置以及下述布置，即敏感部分与测量管的管壁间隔很近，使得对于通常产生的壁流，壁流的厚度大于敏感部分到管壁的距离，且因此会发生壁流与敏感部分的相互作用。此外，敏感部分优选地进一步延伸到测量管的内部空间内，使得还发生与第一相的流动的相互作用。特别地，在该情况下，设置成敏感部分平行于阻流体延伸，并布置为相对于流方向与阻流体对准。 

作为表征两相或多相介质中沿测量管的管壁流动的第二相和/或第三相的壁流与涡流传感器的敏感部分的相互作用的测量信号，测量信号尤其被认为具有与第一相的纯流动的测量信号相比的特征偏差；其中这些特征偏差通过与涡流传感器的敏感部分相互作用的流动的两相或多相介质的第二(或第三)相的壁流产生。在该情况下，由于敏感部分的布置，该相互作用优选地是直接的，这意味着壁流直接流过敏感部分(在给定情况下，与敏感部分接触)并因此引起由敏感部分记录的压力波动。 

在有利的进一步改进中，测量管布置为偏离竖直方向倾斜，尤其被水平地布置，且涡流传感器的敏感部分布置在测量管的下半部，尤其布置在测量管的最下表面元件处。通过测量管的这种水平或倾斜布置，第二或第三相的壁流由于重力而主要收集在测量管的下半部内。因而，可确保第二或第三相的壁流通过敏感部分在测量管下半部内，尤其是在测量管的最下表面元件处的针对性布置而由涡流测量装置检测。优选的是，在该情况下，测量管水平地布置，这意味着垂直于重力方向，或基本上水平，使得重力不影响或不显著影响第二相的流速。 

在有利的进一步改进中，涡流传感器的敏感部分由摆动部分形成，该摆动部分可通过由阻流体处脱落的漩涡引起的压力波动以摆动运动移位。在该情况下，通过记录摆动部分的摆动运动并且将其转换成电测量信号来产生电测量信号。在该情况下，转换优选地以这样的方式进行：作为时间的函数的电测量信号的幅值对应于摆动运动。在该情况下，摆动运动可以各种方式转换成电测量信号，尤其是通过摆动部分的各位置的电容、压阻、光学、超声、热敏或机械记录以及通过由于压力、或应力或量规的摆动部分的各位置的记录。 

摆动部分的各(时间相关)位置的记录可尤其通过DSC传感器(DSC：数字开关电容器)来进行。在该类型的传感器中，摆动部分的摆动运动通过两个电开关电容转换成差分电荷变化并通过适当的测量电子器件来进行评估。 

在这种类型的DSC传感器的情况下，例如摆动部分的摆动运动传输至套管状中间电极。套管状中间电极可尤其直接形成在摆动部分的延伸部上。此外，设置与压力波动去耦合的外部电极；外部电极由两个半壳形成，两个半壳围绕套管状中间电极同心布置。因而，套管状中间电极形成两个电容C₁和C₂，一个电容具有两个半壳中的每个。通常，在该情况下与压力波动去耦合的外部电极布置在与通过外部扰动影响引起的运动隔离的固定位置。对应于摆动部分的摆动运动，电容 C₁和C₂变化，其中这些电容变化通过适当的测量电子器件来评估。 

如上文所解释的，可实施为可摆动壳的涡流传感器的可摆动部分可整合在阻流体内。其可尤其位于阻流体的盲孔内。在该情况下，盲孔通过一个或多个通道与测量管内的流连通，从而可摆动部分可通过这些通道感测这些压力波动。此外，涡流传感器通常包括与压力波动去耦的部分；去耦的部分例如布置在摆动部分内，尤其布置在摆动壳内。通常，在该情况下与压力波动去耦的部分布置在与通过其它外部扰动影响引起的运动分离的固定位置。这样，可记录摆动部分与分离部分之间的距离变化并使用上述方式之一将其转换成电测量信号。在该情况下，在本发明中将通道布置为至少部分邻接测量管的管壁，使得沿测量管的管壁流动的第二相或第三相的壁流与涡流传感器的摆动部分能够相互作用。如果测量管倾斜或水平布置，则通道优选地布置为至少部分在测量管的下半部内。 

此外，涡流传感器的摆动部分可通过摆动叶片形成，该摆动叶片单独形成并布置在阻流体的下游，并还部分或完全穿过腔体引入阻流体内；摆动叶片从测量管的管壁延伸到流路径内。优选地，在该情况下，叶片基本上径向(相对于测量管)并平行于阻流体延伸，并布置为与阻流体沿测量管的延伸方向对准。此外，在该实施例中的涡流传感器通常还包括与压力波动去耦的部分。通常，在该情况下与压力波动去耦的部分布置在与通过其它外部扰动影响引起的运动分开的固定位置。因而，可以上述方式之一记录摆动部分与分离部分之间的距离变化并将其转换成电测量信号。 

时间相关(电)测量信号y(t)可近似描述为具有叠加噪声分量的频率/幅值调制信号。其包括实际涡流信号，该实际涡流信号可描述为具有时间相关幅值A(t)的正弦振动，以及同样时间相关的相位Θ(t)加不同起源且具有不同特性的附加噪声分量R(t)。因此，由于流动噪声引起来自流中的差别压力波动的该噪声。这些噪声分量也可由于通过与传感 器机械联接的传感器或测量装置的构造给出的振动或谐振信号导致的叠加振动而引起。涡流信号可随后近似通过以下公式(4)来描述： 

y(t)＝A(t)·sin(Θ(t))+R(t) 

A(t)＝A₀+Δa 

$\left(4\right)---\mathrm{\Θ}\left(t\right)={\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mv}}\left(t\right)\·t+\underset{0}{\overset{t}{\∫}}m\left(t\right)\mathrm{dt}$

$2\·\mathrm{\π}\·f_{\mathrm{mv}}\left(t\right)={\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mv}}\left(t\right)=\stackrel{\·}{\mathrm{\Θ}}\left(t\right)$

时间相关幅值A(t)由平均幅值A₀和附加幅值变量Δa组成，附加幅值变量Δa具有假定高斯分布，平均值为0且方差为σ_A ²。可变相位Θ(t)与瞬时涡流频率f_mv(t)的关系由可变相位Θ(t)的一阶导数给出，该可变相位Θ(t)由瞬时涡流角频率ω_mv(t)与附加相位噪声组成，该附加相位噪声被定义为频率调制m(t)对时间的积分。频率调制假设为高斯噪声，平均值为0，且方差为σ_R ²。图2中示出典型的测量信号和其频谱。 

为了监测流动介质中细流或壁流形式的第二相，并还估算该第二相的体积或质量分量，测量信号y(t)优选地首先滤波至相对小的带宽并且涡流频率作为中心频率。下文参照进一步改进来解释。滤波的实信号s(t)或者甚至尤其是滤波的实信号s(t)的幅值A_s(t)包含必要的信息以产生关于存在第二相和其质量分量的信息。现可统计地(优选地通过幅值的标准方差A_s(t)或者甚至通过窄带滤波信号s(t)的峰度)记录和表达优选较窄的带滤波信号的幅值的波动，并提供直接测量，可考虑该直接测量来检测第二相的存在以及测量第二相的质量和体积分量。 

这里提到上述选择性滤波和信号处理的变型的可选实施例。幅值A_s(t)可尤其通过滤波的测量信号s(t)的分析信号来获得。为此，可将滤波的测量信号使用希耳伯特变换转换成滤波的分析信号s_a(t)： 

(5)s_a(t)＝I(t)+j·Q(t)＝|A_s(t)|·e^jΦ(t)

其中s_a(t)由对应于滤波的实信号s(t)的实部I(t)(相信号中)和复部Q(t)(正交信号)组成；j是复算符sqrt(-1)。 

然后使用等式(6)计算时间点t＝t_i的幅值的瞬时大小|A_s(t)|： 

$\left(6\right)---\left|A_s\left(t\right)\right|=\sqrt{I{\left(t\right)}^2+Q{\left(t\right)}^2}$

此外，可通过相位Φ(t)相对于时间求微分从分析信号计算瞬时涡流频率。 

$\left(7\right)---\mathrm{\Φ}\left(t\right)=\arctan \left(\frac{Q\left(t\right)}{I\left(t\right)}\right)$

$f_v=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\·\frac{\mathrm{d\Φ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

由于沿测量管的壁流动的第二相的壁流与第一涡流传感器的敏感部分的相互作用，可测量到随着时间的窄带滤波的分析信号s_a(t)的幅值的波动的增加。因此，该相互作用导致记录的窄带滤波的测量信号的增加的幅值调制。在该情况下，可以不同方式统计地评估这些波动，且将这些波动用作是否发生第二或第三相形式的壁流，且如果发生，第二或第三相形式的壁流的质量/体积流量多少的度量。因而，可通过确定窄带滤波的分析信号s_a(t)的幅值大小|A_s(t)|的值随着时间的波动而以简单的方式检测和测量第二相的壁流。优选地，在该情况下，尤其通过相应实施的电子器件自动评估和监测涡流测量装置内幅值的大小|A_s(t)|的波动。本申请所提到的“电子器件”是以模拟方式处理尤其是电信号的信号的电子电路，以及以数字方式数字地处理电信号的数字电路或处理器。这两种形式也可一起使用。 

应当理解，可使用波动的幅值测量和统计评估的其它改进。因此，例如下游连接的整流器和低通滤波器也可检测平均幅值和其波动。还理解的是，可以其它方式进行幅值波动的估算。 

如前述部分之一中已经提到的，除了其它统计评估选项，尤其可考虑幅值大小|A_s(t)|的标准方差。已发现，幅值大小的估算标准方差越大，以壁流形式产生的第二相的比例越大。 

此外，对应于s(t)的缩写为Re{s_a(t)}的分析信号s_a(t)的优选窄带滤波的实部的峰度也可考虑作为第二相的质量/体积分量的度量。Re{s_a(t)}的峰度越大，与具有峰度值为1.5的纯正弦振荡的偏差就越大。 

在确定分析信号的幅值的值的标准方差时以及在确定优选窄带滤波测量信号s(t)的峰度时，使得能够预先确定标准方差或峰度的限值(对于两相或多相流动介质的第一相和第二相的一定组合)。可建立限值，超过这些限值意味着存在第二相并可因而检测到第二相。此外，可补充或替代地确定其它限值；当超过该其它限值时超过第二相的一定质量流量，且因而输出警告报告。 

可使用以下等式(8)计算幅值A_s(t)的大小的标准方差σ_A。 

$\left(8\right)---{\mathrm{\σ}}_A=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{t_i=t_1}{\overset{t_i=t_N}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\right|A_s\left(t_i\right)|-{\stackrel{\‾}{A}}_s)}^2}$

总之，在该计算中包含N个值。 

是在N个值上测量的幅值的值的算术平均： 

使用四阶力矩μ₄和标准方差σ_s使用以下等式(9)可计算优选窄带滤波测量信号s(t)的峰度β(或归一化的四阶力矩)。在该情况下，使用等式(10)可获得标准方差σ_s，且使用等式(11)可获得四阶中心力矩μ₄。 

$\left(9\right)---\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\μ}}_4}{{{\mathrm{\σ}}_s}^4}$

$\left(10\right)---{\mathrm{\σ}}_s=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{t_i=t_1}{\overset{t_i=t_N}{\mathrm{\Σ}}}{(s\left(t_i\right)-\stackrel{\‾}{s})}^2}$

$\left(11\right)---{\mathrm{\μ}}_4=\frac{1}{N}\underset{t_i=t_1}{\overset{t_i=t_N}{\mathrm{\Σ}}}{(s\left(t_i\right)-\stackrel{\‾}{s})}^4$

t_i表示测量的离散时间点。 

总之，在该计算中包含N个值。 

s(t_i)是窄带滤波测量信号在测量时间点t_i的值； 

是窄带滤波测量信号的N个值的算术平均值。 

在该情况下，峰度β或四阶力矩是统计分布的峰的度量。除了四阶力矩，已知还有对应于随机变量的预期值，因此对应于平均值的第一力矩；对应于变化的第二力矩；以及在归一化之后还称为偏度的第三力矩。偏度和峰度通常用作相对于正态分布的偏离的度量。 

尽管方程(9)、(10)和(11)中的每个适用N个离散值，但对于连续记录的各信号也可以使用积分形式的相应表示。通过在涡流测量装置内实施相应的电子器件可确定标准方差和/或峰度，在该情况下，以下述方式进行：各确定的幅值大小|A_s(t)|或在离散时间点t＝t_i(i为连续正整数)测量的值s(t)存储在缓冲器或环形存储器内。在该情况下，可进行存储，其方式为预定数量的值可存储在缓冲存储器内，且在增加新值|A_s(t_i)|或s(t_i)的情况下，从缓冲存储器中删除最早的值，从而使各个值都被“推动”通过缓冲存储器的不同位置。在该情况下，通过N个值，例如100个值的相应选择窗来选择用于计算标准方差或峰度的N个值。然后可例如每次当选择窗内添加一个值(或多个值)(且相应数量的旧的值消失)或者也当选择窗内所有的值被新的值所代替时在预定时间间隔内进行标准方差或峰度的计算。 

在上述部分之一中已经描述的有利的另一改进中，为了判断测量信号是否包含表征沿测量管的管壁的壁流形式的第二相与第一涡流传感器的敏感部分相互作用的特征，将测量信号选择性地滤波到具有相对小带宽的窄带，涡流频率作为中心频率。通过这种选择性滤波，仅考虑涡流频率附近区域内的频率范围，并滤波掉与涡流频率不同的频率的扰动分量。特别地，该频率范围具有优选地小于涡流频率的50％的宽度，涡流频率作为中心频率。 

在有利的另一改进中，涡流测量装置的电子器件形成为表示包含在窄带滤波信号s(t)中的幅值波动的测量的统计变量可由电子器件从 由涡流传感器记录的测量信号确定。 

此外，预定第二相的质量流量可由电子器件从由涡流测量装置从测量信号确定的涡流频率，并从由涡流测量装置从测量信号确定的标准方差或峰度，并通过使用作为校准的一部分的预先找到的相互关系(对于介质的第一相和第二相中的每相)来确定。在作为校准的一部分预先确定相互关系时，1)预定第二相的壁流的已知质量流量、2)由涡流测量装置从测量信号对第一相的不同流速确定的涡流频率、以及3)由涡流测量装置从测量信号确定的相关标准方差或峰度设置成彼此相关。这意味着第二相的不同(已知)质量流量和第一相的不同流速设置为校准的一部分，并在每种情况下用于这些不同的值，相关的涡流频率和标准方差或峰度由涡流测量装置确定。基于该相互关系，然后通过涡流测量装置基于从测量信号以及从涡流频率参照该相互关系确定的标准方差或峰度以简单方式定量确定第二相的壁流的质量流量。在测量管水平布置或如果不能水平布置而稍微倾斜地布置的情况下，第二相的壁流的质量流量的这种定量确定是尤其有利的。在有利的另一改进中，尤其拟合函数形式的相互关系存储在涡流测量装置中。 

在有利的另一改进中，涡流传感器包括摆动叶片，该摆动叶片在(倾斜或水平布置的)测量管的下部内，尤其最下表面元件处穿过形成在阻流体下游的开口延伸到流路径内。因而涡流传感器包括敏感部分(叶片)，其邻接管并(至少部分地)布置在管下半部内。由于传感器叶片与第二相或第三相的壁流的存在发生相互作用，并由此引起记录的测量信号的随着时间的幅值波动的增加，所以使用叶片作为敏感部分是有利的。 

优选地，在叶片周围形成用于容纳作为壁流流过的第二相或第三相的凹陷。通过提供凹陷以及由此相关积聚第二相或第三相，在其作为壁流流过叶片的区域内的情况下，增加了第二相或第三相与叶片之间的相互作用。在该情况下，凹陷优选地形成为当壁流中断时，保留 在凹陷内的第二相或第三相被流过的第一相带走(推走)且凹陷排空。这样，确保在不发生壁流的时候，测量信号不会被留在凹陷内的第二相或第三相的残余部分干扰。 

此外，本发明涉及一种通过涡流测量装置监测和/或测量在管线内流动的至少有时两相或多相介质的方法；其中该介质具有尤其为气态第一相且具有第一密度的第一相和尤其为颗粒、或液滴的有形状形的第二相且具有不同于第一密度的第二密度的第二相。涡流测量装置包括插入管线内的至少一个测量管、阻流体以及涡流传感器，涡流传感器响应于压力波动，其中阻流体横向于流方向延伸到测量管内，使得对于每个特定相在阻流体的两侧上形成流路径。至少两个脱落边缘形成在阻流体的两侧上，使得卡门漩涡通过这些脱落边缘脱落。涡流传感器布置在脱落边缘的下游。在该情况下，该方法包括以下步骤： 

A)通过声换能器记录声信号，该声信号通过第二相的颗粒和/或液滴撞击在涡流测量装置的部件上，尤其是阻流体上而产生，该部件伸入测量管的流路径内；以及 

B)通过声换能器将由声换能器记录的声信号转换成电信号。 

以与本发明的方法对应的方式可实施以上解释的本发明的涡流测量装置的进一步改进和变型。在此不再明确地解释这些进一步改进。尤其是上述涡流测量装置内的电子器件执行的步骤可实施作为本方法的相应方法步骤。 

附图说明

基于参照附图对实施例的示例的以下描述，本发明的其它优点和用途将变得明显，其附图示出以下内容： 

图1：根据本发明实施例的形式的涡流测量装置的示意性立体局部剖视示图；以及 

图2具有由于振动导致的叠加扰动分量的纯单相流(空气)的典型测量信号。 

具体实施方式

图1示意性地且立体地示出根据本发明的实施例的形式的涡流测量装置2。涡流测量装置2包括测量管4，该测量管4在图1中以局部剖视图示出。在使用时，将测量管4插入其中第一流体(这里：气体)流待确定的管线(未示出)内，使得第一流体(对应于“第一相”)沿流方向6流过测量管。 

涡流测量装置2包括阻流体8，该阻流体8沿直径方向跨测量管4的总内部横截面延伸。在该情况下，阻流体8实施为在面向流的一侧上具有撞击区域10；第一流体和颗粒和/或液滴流流到撞击区域上以发生撞击。撞击区域的两侧以侧表面12为边界，其中两个侧表面12在流动方向6上呈锥形，使得阻流体8具有大致△形截面。脱落边缘(倒圆的)14、16设置在撞击区域的两侧中的每侧上，脱落边缘形成到两个侧表面12的过渡。如基于图1明显的，多相介质(第一相以及在给定情况下携带在第一相内的颗粒和/或液滴)中的每相可流过阻流体8的两侧，其中，如上文所解释的，涡旋通过两脱落边缘14、16交替地在两侧脱落。如上文所解释的，每相的流动已在阻流体8的上游区域受到漩涡的交替脱落的影响。这导致各介质交替地在两侧上并轻微倾斜地流入阻流体8的撞击表面10。卡门涡街形成在两个脱落边缘14、16的下游区域内。 

如果在流动的第一相(这里：气体)内存在颗粒和/或液滴流(这里：水的液滴流)，则通常对应于撞击区域10与测量管的内部截面面积的比率(在内部截面上均匀分布颗粒和/或液滴流的情况下)的颗粒和/或液滴的分量撞击在阻流体8的撞击区域10上。通过这种颗粒和/或液滴的撞击产生声信号。布置在阻流体8内的联接部件18在图1中表示为杆，并用于声换能器20与阻流体8(尤其是其撞击区域10)之间的声联接。由颗粒和/或液滴在撞击区域10上的撞击产生的声信号通过该联接部件18从测量管4引出到外部。在实施例的本形式中由压电 元件形成的声换能器20放置在测量管4外部的联接部件18上，使得声信号可由声换能器20记录。在该情况下，压电元件具有在评估的频率之外的谐振频率。声信号通过声换能器20转换成相应的电信号。然后将由声换能器20提供的电信号发送到涡流测量装置的评估电子器件，这在图1中由电缆22示意性地示出。 

联接部件18、声换能器20以及涡流传感器的传感器电子器件(仍待解释)在图1中仅被示意性地示出。此外，为了清楚起见，在图1中未示出设置在测量管4外部以保护联接部件18、声换能器20以及涡流传感器的传感器电子器件免受外部影响的壳体部件。 

如以上在说明书的总述部分中所解释的，然后由声换能器20输出的电信号被放大和滤波到待评估的频率范围。待评估的频率范围包括例如100kHz至1MHz的范围。然后，如以上在说明书的总述部分中所解释的，诸如RMS值的待评估的被测变量由评估电子器件从电信号确定。如果仅进行颗粒和/或液滴流的检测，则例如评估电子器件实施为在超过(或在给定情况下落后，即落到下方)被测变量的预定限值的情况下，推断存在颗粒和/或液滴流。在给定情况下，也可省略待评估的被测变量的确定，并可例如直接确定电信号的信号强度的限值。通常，在这种超过(或在某些情况下落后)限值的情况下，将相应的报告输出给用户。 

如果另外要求进行对于颗粒和/或液滴流的定量评估，则如以上在说明书的总述部分中所解释的，作为校准的一部分，必须预先确定传递因子(C₁或C₂)，通过传递因子(C₁或C₂)将被测变量与各个颗粒和/或液滴的动能相关(传递因子C₁)，或与颗粒和/或液滴的动功率相关(传递因子C₂)。在这种情况下，参考说明书的总述部分以及相关描述中的等式(2)和(3)。使用如随后解释的可通过涡流测量装置2从涡流频率确定的颗粒和/或液滴流的速度v，可确定各个颗粒和/或液滴的质量(传递因子C₁)，或颗粒和/或液滴的质量流量(传递因子C₂) (参考等式(2)和(3))。 

涡流测量装置2另外还包括涡流传感器24，该涡流传感器24布置在阻流体8的下游。在实施例的本示例中，涡流传感器24具有叶片26，该叶片26穿过孔28延伸到流路径内，孔28形成在测量管4的最下表面元件上。在该情况下，叶片26具有平行于阻流体8并与阻流体8对准的停止位置。叶片26可在垂直于流动方向6并垂直于叶片26的延伸方向的方向上摆动。因而，叶片26在使用期间由于压力波动上升，尤其由于漩涡而前后运动。如上文所解释的，叶片的摆动运动通过DSC传感器30(未更详细示出)转换成电测量信号。然后将电测量信号馈送到涡流测量装置2的评估电子器件，这在图1中示意性地由电缆34表示。在涡流测量装置的情况中，评估电子器件以通常已知的方式从上述信号确定涡流频率。相应地，在管线内流动的多相介质中的第一相的流速以及颗粒和/或液滴流的流速v可由评估电子器件使用涡流频率以已知方式确定。然后该流速v可用在等式(2)和/或(3)中以确定各个颗粒和/或液滴的质量，或确定颗粒和/或液滴流的质量流量。 

在图1中所示的涡流测量装置2的插入位置，测量管4基本上水平延伸，而阻流体8基本上竖直延伸，因此平行于重力方向。叶片26从测量管4的下侧延伸，穿过测量管4，进入流路径。在该情况下，叶片26形成响应于压力波动的敏感部分；该敏感部分在测量管4的下半部分内布置为部分地邻接测量管4的管壁。如果在实施例的本示例中形成多相流体介质的第一相的气体中存在诸如水细流的细流(第二或第三相)，则细流由于重力而收集在测量管4的下部区域内并且与叶片26直接邻接地流动。凹陷32另外围绕叶片26形成在孔28内；在发生细流的情况下该凹陷32收集一部分细流。细流与叶片26的相互作用源于流过叶片26的细流以及收集在凹陷32内的细流。由叶片26记录的测量信号受到该相互作用的影响。特别地，测量信号的分析信号的幅值波动增加。这些幅值波动也通过评估电子器件来评估。如以上在说明书的总述部分中所解释的，在该情况下仅通过评估电子器件可进 行这种壁流的检测。此外，然而评估电子器件也可进行壁流的定量确定，如以上说明中所解释的，尤其参照等式(4)-(11)。在此不再明确探究检测或定量确定。 

因而，可通过涡流测量装置2检测和定量确定颗粒和/或液滴流形式的第二相以及壁流形式的第二或第三相，其中颗粒和/或液滴流可具有与壁流相同的材料或不同的材料。 

本发明并不限于参照图1所解释的实施例的形式。特别地，也可考虑RMS值以外的另一被测变量来进行颗粒和/或液滴流的检测和/或定量确定。此外，不绝对要求应用单独的联接部件18来将声信号传导到测量管4外部。在给定情况下，这种声联接可甚至通过诸如阻流体8的部件来形成。此外，涡流传感器24不必绝对具有与阻流体8分开形成的叶片26。特别地，涡流传感器也可替代地形成在阻流体8内。在该第二变型中，应用涡流传感器的盲孔设置在阻流体8内，例如平行于联接部件18。在该情况下，该盲孔平行于阻流体8延伸，并具有至少一个通道开口，该通道开口使得测量管内的特定介质与盲孔内的介质能够流体连通。如果还需要通过涡流传感器来记录壁流，则优选的是设置邻接测量管4的管壁的至少一个通道开口。然后布置在盲孔内的涡流传感器可记录压力波动，该压力波动发生在脱落边缘14、16的下游的测量管4内，且尤其由于漩涡而产生，并通过上述变型之一将记录的压力波动转换成电测量信号。涡流传感器可具有例如上述摆动传感器套管，可记录摆动传感器套管相对于与压力波动去耦合的部分的摆动运动。 

图2示出具有由于振动导致的叠加扰动分量的纯单相流(这里是空气)的典型测量信号。在图2的下图中，示出在图2的上图中部分示出的信号的频谱功率密度。图2示出在特别统计评估测量信号之前，需要通过窄带滤波器从测量信号选择窄带内涡流频率周围的频率范围V，以便于能够提供关于第二相的分量的精确信息。这样，确保扰动信 号(例如扰动信号S)不会干扰第二相的监测，尤其是扰动分量的大小大于所想要的信号的大小时，如小流量的情况下那样。 

Claims (20)

1.一种涡流测量装置，用于监测和/或测量在管线内流动的至少有时两相或多相的介质；其中该介质具有第一密度的第一相，和具有第二密度并作为颗粒和/或液滴分布在第一相内的第二相；

其中所述涡流测量装置至少包括：能够插入管线内的测量管（4）、阻流体（8）、用于响应压力波动的涡流传感器（24）和电子器件；

其中所述阻流体（8）伸入所述测量管（4）内的流路径并且横向于流方向（6）延伸到所述测量管（4）内，使得在所述阻流体（8）的两侧上形成流路径；且至少两个脱落边缘（14、16）形成在所述阻流体（8）的两侧上使得在使用期间卡门漩涡在这些脱落边缘上脱落；并且

其中所述涡流传感器（24）的安装位置在所述脱落边缘（14、16）的下游；

其特征在于，

声换能器（20），所述声换能器（20）声联接到所述阻流体（8）内，使得通过第二相的颗粒和/或液滴在所述阻流体（8）上的撞击而产生的声信号能够由所述声换能器（20）转换成电信号，

所述电子器件被形成以使得使用由所述声换能器（20）提供的电信号的频谱信号处理和/或统计评估来确定被测变量，并基于预定标准评估所述被测变量，

所述电子器件被形成以使得所述电子器件根据使用由校准确定的传递因子的被测变量和颗粒和/或液滴流的速度确定各个颗粒和/或液滴的数量和质量或颗粒和/或液滴流的质量流量，其中所述传递因子使各个颗粒和/或液滴的动能或所述颗粒和/或液滴流的动能与所述被测变量相互关联。

2.如权利要求1所述的涡流测量装置，其特征在于，所述涡流测量装置的所述阻流体（8）具有在所述涡流测量装置的安装位置的基本垂直于所述流方向（6）并面向流的撞击区域（10）。

3.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，所述声换能器（20）由压电换能器形成。

4.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，所述声换能器（20）布置在所述测量管（4）外部。

5.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，形成所述涡流测量装置的电子器件，使得由所述声换能器（20）提供的电信号通过所述电子器件根据预定标准来评估。

6.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，形成所述涡流测量装置的电子器件，使得由所述声换能器（20）提供的电信号通过所述电子器件滤波至待评估的带宽。

7.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，形成所述涡流测量装置的电子器件，使得由所述声换能器（20）提供的电信号通过所述电子器件滤波至待评估的带宽，并且所述电子器件根据对时间记录的滤波电信号的值产生通过均方根定义的RMS值并且评估该RMS值作为被测变量。

8.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，形成所述涡流传感器（24）使得在使用期间记录压力波动并把所述压力波动转换成电测量信号，其中形成所述涡流测量装置的电子器件使得所述电子器件根据所记录的压力波动确定涡流频率并基于所述涡流频率确定所述多相介质的第一相的流速。

9.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，相对于所述流方向（6）在所述涡流测量装置的所述阻流体（8）的前方布置用于使所述第二相的颗粒和/或液滴流均匀化的至少一个隔膜，并且所述声换能器（20）一体地形成在所述阻流体（8）内或声联接到所述阻流体（8）。

10.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，

所述涡流传感器（24）具有敏感部分（26），所述敏感部分（26）响应压力波动并布置为至少部分地与所述测量管（4）的管壁邻接，用于检测在管线内流动的多相介质的沿管壁流动的壁流形式的第二相或第三相，其中流动的所述介质的第一相具有比所述第二相或第三相低的密度；

所述涡流测量装置被形成使得在使用期间由所述敏感部分（26）记录的压力波动被转换成电测量信号；以及

形成在使用期间用来处理电测量信号的涡流测量装置的电子器件，使得在记录表征沿所述测量管（4）的管壁流动的多相介质的第二或第三相的壁流与所述涡流传感器（24）的所述敏感部分（26）相互作用的测量信号时，推断所述测量管（4）内的第二或第三相的壁流的存在。

11.如权利要求10所述的涡流测量装置，其特征在于，形成所述涡流测量装置的所述电子器件，使得其中与所述第一相的纯单相流相比由所述涡流传感器（24）记录的窄带滤波测量信号的幅值随时间的波动增加的测量信号表征了沿所述测量管（4）的管壁流动的第二相或第三相的壁流与所述涡流传感器（24）的所述敏感部分（26）的相互作用。

12.如权利要求10所述的涡流测量装置，其特征在于，形成所述涡流测量装置的所述电子器件，使得所述电子器件根据测量信号可确定作为所述涡流传感器（24）所记录的窄带滤波测量信号的幅值的波动的度量的统计变量；以及

参照其中多相介质的预定第二相或第三相的壁流的已知质量流量、从所述测量信号对于所述多相介质的第一相的不同流速确定的涡流频率、以及所述统计变量的相关确定值在校准情况中设置为彼此相关的相互关系；

所述电子器件根据所述涡流测量装置从所述测量信号确定的涡流频率和从所述测量信号确定的统计变量可确定所述预定第二相或第三相的质量流量。

13.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，所述第一相是气态相。

14.如权利要求1或2所述的涡流测量装置，其特征在于，所述声换能器（20）由电容换能器形成。

15.如权利要求9所述的涡流测量装置，其特征在于，所述隔膜是筛形、穿孔或网格形隔膜。

16.如权利要求10所述的涡流测量装置，其特征在于，所述涡流传感器（24）适于检测在管线内流动的细流形式的多相介质。

17.一种通过涡流测量装置（2）监测和/或测量在管线内流动的至少有时两相或多相的介质的方法，其中该介质具有第一密度的第一相，和具有不同于第一密度的第二密度的第二相，并且所述方法用于确定下述的至少一个：各个颗粒和/或液滴的数量和质量和颗粒和/或液滴流的质量流量；

其中所述涡流测量装置（2）至少包括：可插入管线内的测量管（4）、阻流体（8）以及响应于压力波动的涡流传感器（24）；

其中所述阻流体（8）伸入所述测量管（4）内的流路径并且横向于流方向（6）延伸到所述测量管（4）内，使得在所述阻流体（8）的两侧上形成流路径；且至少两个脱落边缘（14、16）形成在所述阻流体（8）的两侧上使得卡门漩涡在所述脱落边缘（14、16）上脱落；以及

其中所述涡流传感器（24）布置在所述脱落边缘（14、16）的下游，

其特征在于以下步骤：

A)使用声联接到所述阻流体（8）内的声换能器（20）记录声信号，所述声信号通过所述第二相的颗粒和/或液滴撞击在所述涡流测量装置（2）的所述阻流体（8）上而产生；以及

B)使用所述声换能器（20）把所述声换能器（20）记录的声信号转换成电信号。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一相是气态相。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二相是有形状的颗粒。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二相是有形状的液滴。

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