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CN114599941A - 利用振动传感器的增强的超临界流体测量 - Google Patents

利用振动传感器的增强的超临界流体测量 Download PDF

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CN114599941A CN201980101839.5A CN201980101839A CN114599941A CN 114599941 A CN114599941 A CN 114599941A CN 201980101839 A CN201980101839 A CN 201980101839A CN 114599941 A CN114599941 A CN 114599941A
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CN
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flowing fluid
pressure
sensor
density
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CN201980101839.5A
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安德鲁·蒂莫西·帕滕
安托尼·威廉·潘克拉茨
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Micro Motion Inc
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Micro Motion Inc
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Abstract

公开了用于推导流动流体的推导声速的方法。该方法由具有处理器(210)和存储器(220)的计算机系统(200)执行，处理器(210)被配置成执行来自存储器(220)的指令并且将数据存储在存储器(220)中，存储器(220)具有SoS推导模块(202)。该方法包括由SoS推导模块(202)基于流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系来推导流动流体的推导声速。

Description

利用振动传感器的增强的超临界流体测量
技术领域
下面描述的实施方式涉及质量流量传感器，更具体地，涉及校正质量流量传感器。
背景技术
一些物质最优地以临界和/或超临界相条件(在下文中，称为“超临界”)在高温和/或高压力下转移。示例性物质是乙烯。例如，当乙烯用作塑料制造过程的原料时，乙烯经常以临界相条件在高压力下泵送。超临界相乙烯的密度高于气态乙烯，因此其泵送成本通常相对低。乙烯的流量测量确定通常是质量流率确定。
超临界相乙烯特别地是非理想的，意味着其密度和声速特性会随着温度和/或压力的微小变化而显著变化。这使得对于所有技术(包括科里奥利流量传感器)而言流量测量都非常困难。超临界相乙烯通常在50巴或更高的压力下转移。温度通常约为环境温度，可能约为20℃，但是由于管线通常位于地下，温度可能根据地质条件而变化。
在超临界范围内，乙烯(以及其他物质)的密度随压力和/或温度的变化而显著变化。例如，1磅力/平方英寸(在下文中，称为“psi”)的压力变化会导致2千克/立方米(在下文中，称为“kg/m3”)的密度变化。理想气体呈现显著较不明显的变化，例如，对于1psi的压力变化的小于0.1kg/m3的密度变化。出于这个原因，科里奥利流量传感器通常是优选的。压力和/或温度的小的变化导致大的密度变化，这使得使用密度传感器和体积流量传感器的组合来确定质量流率具有挑战性。
除了密度的变化，乙烯(以及其他物质)的声速(在下文中，称为“SoS”)也随压力和/或温度的变化而显著变化。例如，1psi的压力变化可能导致5米/秒(在下文中，称为“m/s”)的SoS变化，其中理想气体的SoS不随压力而变化。一些科里奥利流量传感器例如较大的科里奥利流量传感器易受SoS效应的影响。一些较大的科里奥利流量传感器的误差非常高，以至于在流体处于临界状态的应用中使用它们是没有意义的。在具有较大流量管内径的传感器和在更高频率下进行操作的传感器中，来自声速效应的误差传播更为明显。当流动流体的声速较低时，质量流率确定中的声速误差较高。例如，可能导致5m/s的SoS变化的1psi变化也可能导致科里奥利流量传感器测量结果发生0.03％的变化。典型管线中的压力可能变化100psi，这可能导致由科里奥利传感器提供的流量测量结果出现3％的误差。测量结果的典型要求是存在小于0.5％的误差。许多规范规定误差应当小于0.35％。
将声速考虑在内的质量流率方程和关系可以针对声速效应校正质量流率。现有技术中存在许多方程和关系来使用流动流体的声速来校正质量流率。一个示例可以在美国专利第6,412,355B1号中找到。该专利的质量流率校正方法由本说明书设想并且通过引用并入本文，但是应当理解，这些仅仅是示例性的，并且存在将声速考虑在内的质量流率校正算法的其他实施方式并且可以与本公开内容的特征一起使用。这些方程和关系可以使较大的科里奥利流量传感器在声速效应显著的更多应用中有用。
因此，需要用于对科里奥利流量传感器中的声速效应进行校正的方法。
发明内容
公开了用于推导流动流体的推导声速的方法的实施方式。该方法由具有处理器(210)和存储器(220)的计算机系统(200)执行，处理器(210)被配置成执行来自存储器(220)的指令并且将数据存储在存储器(220)中，存储器(220)具有SoS推导模块(202)。该方法包括由SoS推导模块(202)基于流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系来推导流动流体的推导声速。
公开了用于推导流动流体的推导声速的设备的实施方式。该设备具有计算机系统(200)，该计算机系统(200)具有处理器(210)和存储器(220)，处理器(210)被配置成执行来自存储器(220)的指令并且将数据存储在存储器(220)中，存储器(220)具有SoS推导模块(202)。SoS推导模块(202)被配置成由SoS推导模块(202)基于流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系来推导流动流体的推导声速。
方面
根据一方面，公开了一种用于推导流动流体的推导声速的方法。该方法由具有处理器(210)和存储器(220)的计算机系统(200)执行，处理器(210)被配置成执行来自存储器(220)的指令并且将数据存储在存储器(220)中，存储器(220)具有SoS推导模块(202)。该方法包括由SoS推导模块(202)基于流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系来推导流动流体的推导声速。
优选地，流动流体的推导声速与流动流体的密度之间的推导关系是流动流体的推导声速与流动流体的测量密度的平方根之间的反比关系。
优选地，流动流体的推导声速与流动流体的密度之间的推导关系还将流动流体的压力考虑在内，其中，流动流体的压力是由压力传感器(20)测量的测量压力和根据密度传感器(10)刚度确定而推导的压力中的一个或更多个。
优选地，推导关系还基于流动流体的推导声速与流动流体的热容比之间的关系，其中，推导关系基于流动流体的推导声速与平方根项之间的关系，该平方根项将热容比和压力的乘积的平方根除以测量密度的平方根。
优选地，热容比关联于流动流体和将流动流体作为组成部分的一组流动流体中的一个或更多个，并且其中，热容比是温度相关和压力相关中的一个或更多个，使得基于热容比与测量的温度和压力中的一个或更多个之间的对应预定关系来确定热容比。
优选地，计算机系统(200)是密度传感器(10)的密度传感器仪表电子装置(120)，该方法还包括：通过密度传感器(10)测量出测量密度；以及通过密度传感器(10)将流体的推导声速传输至振动传感器(5)。
优选地，该方法还包括：如果流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系将流动流体压力考虑在内，则通过密度传感器仪表电子装置(120)基于密度传感器(10)的元件的由密度传感器(10)确定的测量刚度来推导推导流动流体压力。
优选地，计算机系统(200)是振动流量传感器(5)的振动流量传感器仪表电子装置(110)，该方法还包括：通过计算机系统(200)接收来自密度传感器(10)的测量密度；通过计算机系统(200)接收流动流体的压力；以及通过计算机系统(200)基于流动流体的推导声速来确定校正质量流率。
优选地，振动传感器(5)具有以下特性中的一个或更多个：使振动传感器(5)振动元件以大于或等于300赫兹的频率振动；以及具有大于或等于两英寸的内径，并且密度传感器(10)具有以下特性中的一个或更多个：使密度传感器(10)振动元件以小于300赫兹的频率振动；以及具有小于两英寸的内径。
优选地，流动流体处于超临界状态并且包括乙烯、乙烷、二氧化碳和氩中的一种或更多种。
根据一方面，公开了一种用于推导流动流体的推导声速的设备。该设备具有计算机系统(200)，该计算机系统(200)具有处理器(210)和存储器(220)，处理器(210)被配置成执行来自存储器(220)的指令并且将数据存储在存储器(220)中，存储器(220)具有SoS推导模块(202)。计算机系统(200)被配置成由SoS推导模块(202)基于流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系来推导流动流体的推导声速。
优选地，流动流体的推导声速与流动流体的密度之间的推导关系是流动流体的推导声速与流动流体的测量密度的平方根之间的反比关系。
优选地，流动流体的推导声速与流动流体的密度之间的推导关系还将流动流体的压力考虑在内，其中，流动流体的压力是由压力传感器(20)测量的测量压力和根据密度传感器(10)刚度确定而推导的压力中的一个或更多个。
优选地，推导关系还基于流动流体的推导声速与流动流体的热容比之间的关系，其中，推导关系基于流动流体的推导声速与平方根项之间的关系，该平方根项将热容比和压力的乘积的平方根除以测量密度的平方根。
优选地，热容比关联于流动流体和将所述流动流体作为组成部分的一组流动流体中的一个或更多个，并且其中，热容比是温度相关和压力相关中的一个或更多个，使得基于热容比与测量的温度和压力中的一个或更多个之间的对应预定关系来确定热容比。
优选地，计算机系统(200)是密度传感器(10)的密度传感器仪表电子装置(120)，密度传感器(10)被配置成：测量出测量密度；以及将流体的推导声速传输至振动传感器(5)。
优选地，如果流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系将流动流体压力考虑在内，则密度传感器仪表电子装置(120)被配置成基于由密度传感器(10)确定的密度传感器(10)的元件的测量刚度来推导出推导流动流体压力。
优选地，该设备是振动流量传感器(5)，计算机系统(200)是振动流量传感器(5)的振动流量传感器仪表电子装置(110)。计算机系统(200)还被配置成：接收来自密度传感器(10)的测量密度；接收流动流体的压力；以及基于流动流体的推导声速来确定校正质量流率。
优选地，振动传感器(5)具有以下特性中的一个或更多个：使振动传感器(5)振动元件以大于或等于300赫兹的频率振动；以及具有大于或等于两英寸的内径，并且密度传感器(10)具有以下特性中的一个或更多个：使密度传感器(10)振动元件以小于300赫兹的频率振动；以及具有小于两英寸的内径。
优选地，流动流体处于超临界状态并且包括乙烯、乙烷、二氧化碳和氩中的一种或更多种。
附图说明
在所有附图中，相同的附图标记表示相同元件的实施方式。应当理解，附图不一定按比例绘制。
图1示出了用于提供校正流量传感器测量的系统100。
图2示出了用于推导和/或应用声速的计算机系统200的实施方式的框图。
图3示出了用于推导流动流体的推导声速的方法300的实施方式的流程图。
图4示出了用于推导流动流体的推导声速的方法400的实施方式的流程图。
图5示出了用于推导密度传感器10中流动流体的推导声速的方法500的实施方式的流程图。
图6示出了用于推导振动流量传感器5中流动流体的推导声速的方法600的实施方式的流程图。
图7示出了用于使用推导声速来校正流量测量结果的方法700的实施方式的流程图。
图8示出了示出乙烯的热容比与压力和温度两者之间的关系的实施方式的图表800。
图9示出了示出由于声速效应引起的质量流率误差百分比与流过CMF400质量流量计的乙烯的压力和温度两者之间的关系的实施方式的图表900。
具体实施方式
图1至图9以及如下描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何制作和使用用于利用振动传感器的增强的超临界流体测量的系统和方法的实施方式的最佳方式。出于教导发明原理的目的，一些常规方面已经被简化或省略。本领域技术人员将理解落入本说明书的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解，下面描述的特征可以以各种方式组合以形成用于利用振动传感器的增强的超临界流体测量的系统和方法的多种变型。因此，下面描述的实施方式不限于下面描述的具体示例。
图1示出了用于提供校正流量传感器测量的系统100。系统100可以使用推导确定来校正可能受SoS效应影响的科里奥利流量计中的流量测量结果。当术语“推导(infer)”或“推导出(inferring)”以动词形式使用时，应当理解这意味着使用推导关联例如使用推导关系来确定。在实施方式中，系统100可以推导流体的SoS。流动流体的SoS可以根据流动流体的压力、密度和/或温度中的一个或更多个的测量结果来推导。SoS推导可以利用流动流体的比热比与温度和压力中的一个或更多个之间的关系(在下文中，“温度和/或压力相关的热容比”)。在本说明书中象征性地表示为“k”的热容比是恒压比热(通常用Cp表示)与恒容比热(通常用Cv表示)之比。
系统100中使用的硬件可以在不同的实施方式中变化。可以使用本领域已知的方法通过科里奥利流量传感器确定校正质量流率。科里奥利流量传感器，尤其是较大的科里奥利流量传感器，可能易受SoS效应的影响。SoS效应可能导致由科里奥利流量传感器确定的质量流率出现误差。如果流动流体的SoS已知，则可以考虑SoS效应。然而，因为科里奥利流量传感器对SoS效应敏感，所以科里奥利流量传感器可能不被信任来产生可以用于推导流动流体的SoS的一个或更多个测量结果。
所设想的流动流体可以是通常在超临界流体状态下传输或使用的流体。由本说明书所设想的流动流体的示例是例如乙烯、乙烷、二氧化碳和氩中的一种或更多种。
在实施方式中，使用另外的传感器来提供可以用于针对SoS效应校正由科里奥利流量传感器测量的质量流率的流动流体测量结果。例如，可以使用密度计或粘度计来确定要在流动流体的SoS的推导中使用的测量结果。在实施方式中，可以使用压力传感器来确定测量的压力以用于流动流体的SoS的推导。在替选实施方式中，可以根据其他测量结果来推导压力。例如，密度传感器10可以测量密度传感器10的刚度并且可以根据测量的刚度来推导流动流体的压力。在实施方式中，刚度可以与推导的压力具有线性关系，具有简单的斜率和截距。在实施方式中，推导的压力可以使用由式(13)表示的关系来推导。
在实施方式中，流动流体的SoS可以根据测量密度、测量温度、测量或推导的压力以及温度和/或压力相关的比热比中的一个或更多个来确定。该关系可以从理想气体定律方程导出，该理想气体定律方程被修改以将超压缩性考虑在内。
P×V＝z×R×T (1)
重排：
Figure BDA0003622329910000071
在式(1)和(2)中，P为流动流体的压力，V为流动流体的体积，z为流动流体的压缩系数，R为通用气体常数(作为分子量的函数(在下文中，称为“MW”))，以及T为流动流体的绝对温度。因为气体常数为MW的函数，所以式(2)的密度方程可以改写为式(3)：
Figure BDA0003622329910000072
在式(3)中，ρ为流动流体的密度。
式(3)还可以重排以产生式(4)以被稍后使用：
Figure BDA0003622329910000073
流体的SoS，“a”，为压力变化与密度变化的函数，如式(5)所示：
Figure BDA0003622329910000074
假设SoS在系统中是等熵的，则式(5)可以扩展为式(6)：
Figure BDA0003622329910000081
在式(6)中，k为气体的比热比并且为温度和/或压力的函数。正如对式(1)所做的那样，式(6)可以修改以考虑非理想气体行为的影响，以产生式(7)：
Figure BDA0003622329910000082
将式(4)与(7)结合，产生式(8)：
Figure BDA0003622329910000083
在实施方式中，k为温度和/或压力的函数并且可以表示为k(T,P)(或者，替选地表示为k(P)或k(T))。式(8)可以改写为式(9)以表示这一点。
Figure BDA0003622329910000084
式(5)至(9)表示根据流动流体压力、密度和温度中的一个或更多个的值来推导SoS的关系。推导SoS可能更实用，因为推导关系可以使用通常在用于转移、传输和/或存储超临界流体的现有系统中进行的测量。
可以看出，式(8)和/或(9)中的关系具有将式(8)和/或(9)的推导确定与现有的SoS确定方法区分开的参数间的特定关系。例如，可以基于流动流体的SoS与密度之间的反比关系来推导SoS。此外，可以基于流动流体的SoS与压力之间的正比关系来推导SoS。可以基于流动流体的压力的平方根与SoS之间的正比关系来推导SoS。可以基于流动流体的SoS与密度的平方根之间的反比关系来推导SoS。可以基于流动流体的SoS与热容比(k)和压力的乘积之间的正比关系来推导SoS。可以基于流动流体的SoS与温度和/或压力相关热容比(k(T)、k(P)和/或k(T,P))和压力的乘积之间的正比关系来推导SoS。可以基于流动流体的SoS与压力和密度之比之间的正比关系来推导SoS。可以基于流动流体的SoS与压力和密度之比的平方根之间的正比关系来推导SoS。可以基于流动流体的SoS与热容比(可能是温度和/或压力相关的热容比)和压力与密度之比的乘积的平方根之间的正比关系来推导SoS。
为了基于温度和/或压力来评估热容比，进行推导确定的计算机系统200可以存储预定关系，可能的特定于物质的常数，以确定热容比。在替选实施方式中，计算机系统200具有示出特定温度值和/或压力值下的热容比的特定于物质的表，如果没有为相关温度值和/或压力值存储热容比的精确值，则计算机系统200可能根据表值内插或外推热容比或者取最接近的热容表值。
系统100可以具有振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、管道160和侧流170。在实施方式中，振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20中的一个或更多个可以通信地耦合，可能在它们各自的计算机和/或仪表电子装置处通信地耦合。振动流量传感器5可以用于确定各种流动流体和/或流体流量测量，例如质量流率、密度和粘度中的一种或更多种。
振动流量传感器5是检测流体流动和/或流动流体特性的振动流量传感器。在实施方式中，振动流量传感器5是科里奥利流量传感器。振动传感器例如科里奥利质量流量计和振动密度计和粘度计通常通过检测容纳流动材料的振动管道或浸入流体中的振动元件的运动来操作。与管道中的材料相关联的特性例如质量流量、密度等可以通过处理从与管道相关联的运动转换器接收到的测量信号来确定。填充振动材料的系统的振动模式通常受流体容纳管道及管道中所容纳的材料的质量、刚度和阻尼特性的影响。
典型的科里奥利质量流量计包括一个或更多个管道或流量管，所述一个或更多个管道或流量管在管线(例如管道160或侧流170)或其他传输系统中串联连接并且输送材料例如系统100中的流体、浆液、乳状液等。每个管道可以被视为具有一组固有振动模式，包括例如简单的弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的科里奥利质量流量测量应用中，当材料流过管道时，管道以振动模式被激励，并且在沿管道间隔开的点处测量管道的运动。激励通常由以周期性方式扰动管道的致动器例如诸如磁铁和线圈型驱动器的机电装置提供。可以通过测量转换器位置处的运动之间的时间延迟或相位差来确定质量流率。通常采用两个这样的转换器(或拾取传感器)以测量一个或更多个流管道的振动响应，并且所述两个这样的传感器(或拾取传感器)通常位于致动器上游和下游两者的位置处。拾取传感器可以产生彼此异相的信号，并且信号之间的相位差或时间延迟可以代表影响管道振动的科里奥利力。两个拾取传感器连接至电子仪器。所述仪器接收来自两个拾取传感器的信号并处理这些信号，以便得出质量流率测量结果或密度测量结果等。出于本说明书的目的，所描述的仪器将被指定为振动流量传感器仪表电子装置110。可以设想其他流量计布置，例如，仅使用一个拾取传感器或驱动器也具有拾取传感器模式使得仅单个驱动器用于确定相位差的系统。
使用振动流量传感器仪表电子装置110，由流量计生成的质量流率
Figure BDA0003622329910000103
可以使用式(10)来确定：
Figure BDA0003622329910000101
在式(10)中，FCF为流量校准系数，Δt为时间延迟，并且Δt0为时间延迟零偏移。使用相位差而不是时间延迟的实施方式在本领域中是常见的并且被设想，但是出于简洁起见，没有呈现这些示例。
使用振动流量传感器仪表电子装置，可以针对声速效应校正质量流率。可以用于校正针对声速的质量流率的关系的示例可以在式(11)和(12)中找到：
x误差＝b+c×(a)+d×(a2)+e×(a3)+f×(a4) (11)
Figure BDA0003622329910000102
在式(11)中，x误差是质量流率误差因子，它取决于与声速“a”的关系。在各种实施方式中，该关系可以是声速的多项式。对于声速的每个功率，都存在一个相应的系数(例如b、c、d、e和f)，这些相应的系数与流体相关联(这些相应的系数可能通过仪表电子装置与流体相关联，其中仪表电子装置进行质量流量校正，存储这些系数，并且将这些系数与用于校正该流体的质量流率的特定流体相关联，这些系数可能与流体的相关k值相关联)。在替选实施方式中，可以存在不取决于流体而是取决于所使用的流量传感器的系数，使得对于所有类型的流动流体仅存在一组系数。设想了这些实施方式的组合，例如，在系数与流动流体和流体传感器两者之间进行关联的实施方式。尽管描述为四阶多项式，但是包括不同阶多项式的其他关系也是可以设想的。多项式的其他阶可以是例如一、二、三、五、六、七等。在式12)中，
Figure BDA0003622329910000111
是由流量传感器5测量的未针对声速效应进行校正的质量流率，并且
Figure BDA0003622329910000112
是针对声速效应进行校正的质量流率。应当理解，未校正的质量流率
Figure BDA0003622329910000113
可以使用任何已知关系例如式(10)(其中式(10)的
Figure BDA0003622329910000116
为式(12)的
Figure BDA0003622329910000114
)来确定。在式(12)中，
Figure BDA0003622329910000115
是针对声速效应校正的质量流率。使用式(1)至(9)中的关系来推导声速并使用式(10)至(12)来校正测量的质量流率可以创建用于校正针对声速效应的测量的质量流率的有效系统。在其他实施方式中，替代质量流率误差因子，可以确定质量流率误差的大小，使得校正质量流率可以是未校正质量流率与质量流率误差的大小之和或者未校正质量流率与质量流率误差的大小之间的差。
在较大的振动传感器例如内径为2英寸或更大的传感器中，声速效应可能被认为是显著的。在以较高频率例如300赫兹或高于300赫兹的频率振动的振动传感器中，声速效应也可能被认为是显著的。
在实施方式中，振动流量传感器5可以具有足够大的内径和/或以足够高的频率振动，使得振动流量传感器5易受SoS效应的影响，并且由振动流量传感器5进行的测量可能具有相关联的SoS相关错误。对质量流率进行校正的关系可以与SoS测量或推导一起使用，以确定SoS对振动流量传感器5所产生的质量流量测量的影响。
振动流量传感器5可以连接至管道160和/或与管道160流体连通。管道是中空构件，可能基本上是圆柱形的，流动流体流过该中空构件。振动流量传感器5可以嵌入管道160中和/或可以流体地串联耦合至来自管道160的流体流。
如果振动流量传感器5是易受SoS效应影响的类型，则可以使用另外的密度传感器10来确定很大程度上不受SoS效应影响的测量结果，以确定或推导SoS以校正由振动流量传感器5测量的质量流率。密度传感器10是确定流动流体的密度的传感器。如果振动流量传感器5的内径大和/或其振动频率高，则可以认为振动流量传感器5是易受SoS效应影响的类型。例如，振动流量传感器5可以具有等于或大于两英寸的内径和/或振动流量传感器5可以以等于或大于300赫兹的频率使振动元件振动。密度传感器10可以进行确定和推导，并且可以使用存储在密度传感器仪表电子装置120中的逻辑进行测量。密度传感器10也可以是科里奥利流量传感器，可能是以较低频率振动和/或具有比振动流量传感器5小的流量管内径的流量传感器。这种程度上说，密度传感器10也可以是不同于振动流量传感器5的振动流量传感器。在实施方式中，密度传感器可以是科里奥利密度计和科里奥利流量计之一。设想了其中密度传感器10是叉形密度计或叉形粘度计的实施方式，但是应当注意，这些实施方式是具有显著SoS效应的高频仪表，并且使用具有传播到后续确定的相关误差的经验校正对SoS效应进行校正。设想了密度传感器10是气体密度计(GDM)的实施方式，但是应当注意，这些实施方式在高频下操作并且具有需要原位校准的相关联SoS效应误差，可能使密度和其他确定更易受到误差的影响且更难以简便使用。
在实施方式中，密度传感器10具有比振动流量传感器5小的直径和/或低的振动频率。例如，密度传感器10的内径可以小于两英寸和/或密度传感器可能以低于300赫兹的频率振动。密度传感器10可以能够测量基本上不受声速效应影响的密度，可能在预定容限内。由密度传感器10进行的密度测量可以通过本领域中公认的方法例如基于密度传感器10的振动频率和在密度传感器10内流动的材料的密度的关系来进行。密度传感器10可以放置在振动流量传感器5的上游或下游(相对于流体流动的方向)。在另一实施方式中，如果密度传感器10的直径小于振动流量传感器5的直径，则密度传感器10可以经由侧流170与振动流量传感器5流体连通(如图1所示)。侧流170是与管道160流体连通的管道160的分支，但是可能具有与管道160的内径不同的内径(有效流动直径和/或有效流动截面)。替选地，密度传感器10可以与管道160直接流体连通。可以优选的是，振动流量传感器5在密度传感器10的一定距离阈值内，使得振动流量传感器5和密度传感器10的测量结果很大程度上彼此对应并且表示相同的流动流体。密度传感器10可以具有与振动流量传感器5电子通信的计算机，可能是密度传感器仪表电子装置120。
在使用推导压力(与测量压力相对)的实施方式中，密度传感器10和振动流量传感器5中的一个可以根据密度传感器10的压力与刚度之间的关系来推导流动流体的压力。在实施方式中，密度传感器10可以使用密度传感器10的密度传感器仪表电子装置120来推导压力。在另一实施方式中，相关的刚度值或关系从密度传感器10传输至振动流量传感器仪表电子装置110，使得振动流量传感器5根据密度传感器10的刚度来推导流动流体的压力。任何测量或推导(可以包括测量的密度、测量的刚度和推导的压力中的一个或更多个)可以从密度传感器10传输至振动流量传感器5的仪表电子装置，以便用于SoS的推导和/或确定SoS校正质量流率。密度传感器10可以推导流动流体的压力和声速中的一个或更多个，并且将这些推导的量中的一个或更多个传输至振动流量传感器仪表电子装置110。
在推导(与测量相对)压力的实施方式中，如果压力推导由密度传感器10执行，则密度传感器10可以能够通过密度传感器仪表电子装置120来推导出推导声速，可能通过使用推导的压力对式(8)或式(9)中的关系中的一个进行评估来推导，以及可能通过对测量密度和测量温度(用于确定热容比k的温度和/或压力)中的一个或更多个进行评估来推导。
在使用测量的压力(与推导的压力相对)的实施方式中，系统100可以具有另外的可选的压力传感器20。可选的压力传感器20是测量流动流体的压力的传感器。压力传感器20可以是本领域中已知的任何压力传感器。压力传感器20可以与管道160流体连通，以便确定通过管道160、侧流170、振动流量传感器5和/或密度传感器10中的一个或更多个的流动流体的压力。压力传感器20可以将压力数据传输至振动流量传感器仪表电子装置110和/或密度传感器仪表电子装置120，以用于根据测量压力来推导流动流体的声速。在实施方式中，压力传感器20可以集成到振动流量传感器5和密度传感器10中的一个或更多个中。
设想了密度传感器10自身推导流体的SoS的实施方式。在该实施方式中，密度传感器的仪表电子装置可以测量流动流体的密度并且可以根据测量的密度传感器10刚度来推导流动流体的压力。在该实施方式中，密度传感器10可以将推导的SoS传输至振动流量传感器仪表电子装置110以用于校正振动流量传感器5的质量流率测量结果。
图2示出了用于推导和/或应用声速的计算机系统200的实施方式的框图。在实施方式中，计算机系统200可以是仪表电子装置或者可以具有可以是多于一个计算机系统或仪表电子装置例如振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120和/或与可选的压力传感器20相关联的任何电子装置的部件的元件。应当理解，许多操作可以由振动流量传感器仪表电子装置110和/或密度传感器仪表电子装置120中的一个或两个来完成，使得每个操作都可以是计算机系统200的不同实施方式，其中模块和能力的一个或更多个实施方式相对于计算机系统200来表达。
在各种实施方式中，计算机系统200可以包括专用集成电路或者可以具有分立的处理器元件和存储器元件，处理器元件用于处理来自存储器元件的命令并且在存储器元件上存储数据。计算机系统200可以是隔离的物理系统、虚拟机，以及/或者可以建立在云计算环境中。计算机系统200可以被配置成完成本描述中呈现的任何方法步骤。
计算机系统可以具有处理器210、存储器220、接口230和通信耦合器240。存储器220可以存储和/或可以具有表示例如SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208中的一个或更多个的集成电路。在各种实施方式中，计算机系统200可以具有集成到所述元件中或者除了所述计算机元件之外或者与所述计算机元件进行通信的其他计算机元件，例如总线、其他通信协议等。
处理器210是数据处理元件。处理器210可以是用于处理的任何元件，例如中央处理单元、专用集成电路、其他集成电路、模拟控制器、图形处理单元、现场可编程门阵列、这些或其他常见处理元件等的任意组合。处理器210可以具有高速缓冲存储器来存储处理数据。处理器210可以受益于本说明书中的方法，因为这些方法可以提高计算的分辨率并减少使用所呈现的创造性结构的那些计算的误差。
存储器220是用于电子存储的装置。存储器220可以是任何非暂态存储介质并且可以包括硬盘驱动器、固态驱动器、易失性存储器、集成电路、现场可编程门阵列、随机存取存储器、只读存储器、动态随机存取存储器、可擦写可编程只读存储器、电可擦写可编程只读存储器、云存储装置、高速缓冲存储器等。处理器210可以执行来自存储器220的数据并利用存储在存储器220中的数据。
计算机系统200可以被配置成存储将由SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208中的一个或更多个使用的任何数据，并且可以存储表示由存储器220中的SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208中的一个或更多个接收或使用的任何参数的任何时间量的历史数据，可能具有表示何时测量和/或确定数据的时间戳。计算机系统200还可以将表示任何中间体的确定的任何数据存储在存储器220中。而SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208中的一个或更多个显示为四个单独和分立的模块，本说明书设想了任意数目(甚至指定的一个或四个)的模块和各种模块协同工作以完成本说明书中表达的方法。
SoS推导模块202是推导流动流体的声速的模块。SoS推导模块202可以使用式(1)至(9)中表达的关系中的一个或更多个来推导流动流体的声速。在各种实施方式中，SoS推导模块使用基于以下的关系中的一种或更多种来推导流动流体的声速：流动流体的SoS与密度之间的反比关系、流动流体的SoS与压力之间的正比关系、流动流体的压力的平方根与SoS之间的正比关系、流动流体的SoS与密度的平方根之间的反比关系、流动流体的SoS与热容比(k)和压力的乘积之间的正比关系、流动流体的SoS与温度和/或压力相关热容比(k(T,P))和压力的乘积之间的正比关系、流动流体的SoS与压力和密度之比之间的正比关系、流动流体的SoS与压力和密度之比的平方根之间的正比关系和/或流动流体的SoS与热容比(可能是温度和/或相关的热容比)和压力与密度之比的乘积的平方根之间的正比关系。
如果热容比是温度和/或压力相关的，则温度和/或压力相关的热容比关系可以预先存储在SoS推导模块202中。可以使用的测量温度可以通过任意振动流量传感器5、密度传感器10和/或压力传感器20来测量。再次，压力可以由密度传感器10使用存储在密度传感器仪表电子装置120中的压力推导模块204根据密度传感器10的刚度来推导，或者压力可以由存储在可选的压力传感器20中的测量模块206来测量。可以设想密度和刚度测量结果作为由SoS推导模块202解读的原始数据信号被确定和/或传输的替选实施方式。
在声速推导由振动流量传感器5进行的实施方式中，计算机系统200可以是振动流量传感器仪表电子装置110的实施方式，并且SoS推导模块202可以存储在振动流量传感器仪表电子装置110中。在该实施方式中，SoS推导模块202可以接收来自密度传感器10的密度测量结果和压力。压力可以是测量的压力并且可以由振动流量传感器仪表电子装置110从可选的压力传感器20接收。替选地，压力可以是使用压力推导模块204根据密度传感器10的刚度测量结果推导出的推导压力。
在声速推导由密度传感器10进行的实施方式中，计算机系统200可以是密度传感器仪表电子装置120的实施方式，并且SoS推导模块202可以存储在密度传感器仪表电子装置120中。在该实施方式中，SoS推导模块202可以接收来自密度传感器10的密度测量结果并且可以接收或推导压力值。压力可以是测量的压力并且可以由密度传感器仪表电子装置120从可选的压力传感器20接收。替选地，压力可以是使用压力推导模块204根据密度传感器10的刚度测量结果推导出的推导压力。
在另一实施方式中，独立计算机系统200可以从振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20中的一个或更多个接收测量结果和/或压力推导。独立计算机系统200可以已经存储了SoS推导模块202，使得在独立计算机系统200上推导流动流体的声速。
压力推导模块204是根据密度传感器10的刚度的测量结果来推导流动流体的压力值的编程模块。在实施方式中，压力推导模块204可以存储在密度传感器仪表电子装置120中，使得密度传感器10可以使用压力推导模块204根据由密度传感器仪表电子装置120进行的密度传感器10刚度的测量来推导流体的压力。压力推导模块204可以使用密度传感器10的推导的压力与测量的刚度之间的简单的凭经验得出的关系。该关系可以是简单的线性关系，可能是由简单的斜率和截距组成的关系。例如，压力推导模块204可以使用由式(13)表达的类型的关系。
P＝A×τ+B (13)
在式(13)中，P为推导的压力，A和B为系数(常数或温度相关的)，并且τ是测量的密度传感器10刚度。
在替选实施方式中，压力推导模块204可以存储在振动流量传感器仪表电子装置110中。在该实施方式中，压力推导模块204可以从密度传感器仪表电子装置120接收密度传感器10的要在密度推导中使用的测量刚度。在其他实施方式中，压力推导模块204可以根据测量或传输的原始数据来确定压力，测量或传输的原始数据表示密度传感器10的要在压力推导中使用的刚度测量结果。在其中使用可选的压力传感器20来测量压力以推导流动流体的声速的实施方式中，压力推导模块204可能不是必需的并且可能不存在于任意计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110和密度传感器仪表电子装置120中。
测量模块206是确定测量值的模块。振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120和压力传感器20中的每一个可以具有测量模块206的不同变型。例如，在实施方式中，振动流量传感器仪表电子装置110测量模块206可以被配置成进行质量流率的测量。密度传感器仪表电子装置120可以具有测量模块206，该测量模块206测量流动流体的测量密度和密度传感器10的测量刚度中的一个或更多个。如果在推导声速关系中使用的压力是推导的压力，则可以存储密度传感器10的测量的刚度。可选的压力传感器20可以具有存储在其电子装置中的测量模块206的实施方式，该实施方式被配置成测量流动流体的压力值，可能排除其他测量。
校正模块208是针对由于流动流体的声速效应引起的误差来校正振动流量传感器5测量结果的编程模块。在实施方式中，校正模块208存储在振动流量传感器仪表电子装置110中。校正模块208可以使用推导声速来校正振动流量传感器5的质量流率测量结果。使用声速作为项来校正声速效应的质量流率校正方程的示例可以表达为式(10)至(12)中所示的那种关系。校正模块208可以替选地使用校正声速效应的现有质量流率关系。在流动流体的推导声速的推导由振动流量传感器仪表电子装置110进行的实施方式中，校正模块208可以从振动流量传感器仪表电子装置110自身接收流动流体的推导声速。在流动流体的推导声速的推导由密度传感器仪表电子装置120进行的实施方式中，校正模块208可以经由振动流量传感器仪表电子装置110从密度传感器仪表电子装置120接收流动流体的推导声速。
在振动流量传感器仪表电子装置110进行声速推导的实施方式中，振动流量传感器仪表电子装置110可以具有SoS推导模块202，并且可以接收流动流体的测量温度、流动流体的测量压力、流动流体的测量密度和密度传感器10刚度中的一个或更多个的测量结果和/或推导结果。在这些实施方式中，流量传感器仪表电子装置110可以基于由存储在振动流量传感器仪表电子装置110中的测量模块206获取的相位差、时间延迟和/或温度的测量结果中的一个或更多个来确定校正质量流率，或者温度测量结果可以由密度传感器仪表电子装置120中的测量模块206或压力传感器20(使用它们各自的温度传感器)替选地测量。在该实施方式中，密度传感器10可以具有测量模块206，该测量模块206被配置成测量流动流体的密度。在该实施方式中，校正模块208可以采用流动流体的推导声速并且将其应用于由振动流量传感器仪表电子装置110确定的质量流率的校正。在该实施方式中，如果用于确定流动流体的推导声速的压力是推导的压力，则推导的压力可以由密度传感器10的压力推导模块204推导。在其中使用推导的压力的替选实施方式中，密度传感器10测量模块206可以测量密度传感器10刚度并且将刚度值传输至振动流量传感器仪表电子装置110，以便振动流量传感器仪表电子装置110使用存储在振动流量传感器仪表电子装置110中的压力推导模块204来确定推导的压力。在使用测量压力的实施方式中，推导的压力可能是多余的，从而不会根据压力传感器10刚度来推导压力。
在密度传感器10进行流动流体的声速的推导的替选实施方式中，SoS推导模块202可以存储在密度传感器仪表电子装置120中。该SoS可以从密度传感器仪表电子装置120传输至振动流量传感器仪表电子装置110，以供振动流量传感器仪表电子装置110在存储在振动流量传感器仪表电子装置110中的校正模块208中使用，以校正质量流率测量结果。该校正质量流率测量结果还可以基于由振动流量传感器仪表电子装置110的测量模块206确定的相位差或时间延迟数据。在该实施方式中，密度传感器仪表电子装置120可以具有测量模块206，该测量模块206测量流动流体的测量密度。温度测量结果可以由存储在密度传感器仪表电子装置120、振动流量传感器仪表电子装置110和可选的压力传感器20之一中的测量模块提供。用于推导流动流体的声速的压力可以由密度传感器仪表电子装置120使用压力推导模块204来推导。在替选实施方式中，所使用的压力是由可选的压力传感器20提供至密度传感器仪表电子装置120的测量压力。
SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208的能力被设想并且反映了在呈现的流程图中执行的方法。本说明书中的所有方法都针对所指定的每个流程图和顺序、其他潜在顺序而被设想，或者，当指定所述顺序无关紧要时，通知流程图，但是SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208的所有方法和能力出于本说明书中任何方法和/或装置权利要求的目的而被设想。此外，鉴于本说明书的系统和方法可能需要多于一个的传感器(例如，振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20中的一个或更多个)，根据需要，每个传感器可以具有其自己的计算机系统200的实施方式，其中每个传感器具有其自己的SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和/或校正模块208中的一个或更多个的实施方式。进行声速推导的任何传感器都可以具有SoS推导模块202的实施方式。如果在推导关系中用于确定声速的压力是推导压力，则振动传感器5和密度传感器10中的一个或更多个可以具有其自己的压力推导模块204的实施方式。进行测量的每个传感器可以具有其自己的测量模块206的实施方式(具有进行由每个相应传感器进行的测量的能力)。校正模块208最有可能存储在振动传感器5中，但是可以设想其中校正模块208的各个实施方式可以存储在其他传感器中的实施方式。
预想了计算机系统200的各种实施方式，并且计算机系统200的某些元件可以属于不同的硬件元件，例如，振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、可选的压力传感器20中的一个或更多个。在其中使用测量压力来推导流动流体的声速的示例中，可选的压力传感器20可以具有测量模块206，该测量模块206测量流动流体的压力并且将测量压力传输至进行流动流体的声速的推导的任何计算机系统(例如，将所述压力传输至振动流量传感器仪表电子装置110和密度传感器仪表电子装置120中的一个或更多个)。
此外，在计算机系统200是仪表电子装置110的实施方式中，仪表电子装置110可以包括多个通信耦合的元件。相互作用以形成作为仪表电子装置110的整体计算机系统200的硬件可以具有不同的部件，例如，通信地耦合至对应的和/或兼容的发射器的传统仪表电子装置阵列。在实施方式中，仪表电子装置110可以使其处理器210在仪表的集成仪表电子装置元件中，并且使存储器220的至少一些元件在发射器中。
某些模块执行步骤的顺序很大程度上取决于所公开的必要关系。例如，如果用于推导流体声速的推导关系需要测量和/或推导密度、压力、传感器刚度和温度中的一个或更多个，则在使用这些量推导声速之前必须测量或推导出这些量。此外，如果要通过推导声速来校正质量流率，则必须在基于推导声速来校正质量流率之前首先推导出声速。因此，除了达到基础过程要求在下一步骤之前进行一个步骤的程度之外，模块的步骤或使用的顺序并不是真正必要的。例如，所进行的测量大多可以以任意顺序进行。推导必须仅在达到需要这些值作为下一步骤的输入的程度上是连续的。
接口230是用于将数据计算机系统200通信地耦合至外部计算元件的输入/输出装置。接口230能够使用已知技术例如通用串行总线、Prolink、串行通信、串行高级技术附件、HPC类型连接、千兆以太网、无限带宽等将计算机系统200连接至外部元件。接口230可以具有通信耦合器240。通信耦合器240用于将计算机系统200与计算机系统200外部的部件耦合，例如，将计算机系统200与外部计算装置、振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20中的一个或更多个耦合。
流程图
图3至图7示出了用于推导声速的方法的实施方式以及使用推导声速来校正流量测量结果的方法的实施方式的流程图。流程图中公开的方法并非详尽无遗，仅展示了步骤和顺序的潜在实施方式。必须在整个说明书的上下文中解读这些方法，整个说明书包括图1和图2的描述中公开的元件、图2中公开的计算机系统200、和/或SoS推导模块202。
图3示出了用于推导流动流体的推导声速的方法300的实施方式的流程图。尽管任意合适的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208可以在替选实施方式中采用，但是方法300中提及的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208可以是如图1和图2中公开的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208。设想了用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法。此外，所有振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20(如果相关)彼此流体连通并接收流动流体，方法300中提及的推导声速是流动流体的推导声速。
步骤302通过一个或更多个测量模块206来测量出测量的输入参数。测量的输入参数可以包括例如密度、温度、密度传感器10刚度和压力中的一个或更多个。测量无需包括所有所述测量的输入参数。例如，在声速推导中使用的压力是测量压力的实施方式中，所述压力是测量的输入参数(可能由可选的压力传感器20获取)，并且密度传感器10刚度对于SoS推导可能是多余的。在推导出压力的实施方式中，可以测量密度传感器10刚度以推导压力，并且可以无需对压力进行测量(可能使可选的压力传感器20变得不必要)。此外，温度的测量可以由任意振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20的测量模块206进行。本说明书中公开的测量模块206的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。
步骤304可选地通过压力推导模块204来推导出推导压力。如上所述，流动流体的推导声速可以使用推导的压力而不是测量的压力来推导。密度传感器10可以测量密度传感器10的刚度。密度传感器10和振动传感器5之一(任何一个在其仪表电子装置中具有压力推导模块204)可以使用测量刚度来推导出推导压力。本说明书中公开的压力推导模块204的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。
步骤306通过SoS推导模块202来推导流动流体的推导声速。SoS推导模块可以根据测量的输入参数和推导的压力中的一个或更多个来推导出推导声速。SoS推导模块202可以使用它的任何能力并且可以使用任何所述关系，例如，所述的推导声速与测量的输入参数(以及推导的压力，如果在相关实施方式中)之间的关系以及由式(1)至(9)表达的关系。如本说明书中所公开的，SoS推导模块202可以是振动流量传感器仪表电子装置110和密度传感器仪表电子装置120之一的元件，任何一个仪表电子装置被预期以推导出推导声速。在替选实施方式中，SoS推导模块202可以存储在独立计算机系统中，该独立计算机系统接收相关测量结果和/或推导结果以在独立计算机系统200上推导声速。本说明书中公开的SoS推导模块202的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。
在实施方式中，图3中所示的方法的每个步骤都是不同的步骤。在另一实施方式中，尽管在图3中被描述为不同的步骤，但是步骤302至306可以不是不同的步骤。在其他实施方式中，图3中所示的方法可以不具有所有上述步骤和/或可以具有除了上面列出的那些步骤之外或替代上面列出的那些步骤的其他步骤。图3中所示的方法的步骤可以以另一顺序执行。上面列出的步骤的作为图3所示方法的一部分的子集可以用于形成它们自己的方法。方法300的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如，连续循环以便提供持续和/或连续的流动流体声速推导。
图4示出了用于推导流动流体的推导声速的方法400的实施方式的流程图。方法400中提及的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208可以是如图1和图2中公开的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208，但是可以在替选实施方式中采用任意合适的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208。设想了用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法。此外，所有振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20(如果相关)彼此流体连通并接收流动流体，推导声速是流动流体的推导声速。
步骤402通过SoS推导模块202基于流动流体的测量密度与流动流体的推导声速之间的推导关系来推导流动流体的推导声速。SoS推导模块可以根据测量的输入参数和推导的压力中的一个或更多个来接收并确定推导声速。SoS推导模块202可以使用它的任何能力并且可以使用任何所述关系，例如，所述的推导声速与测量的输入参数(以及推导的压力，如果在相关实施方式中)之间的关系以及由式(1)至(9)表达的关系。如本说明书中所公开的，SoS推导模块202都可以是振动流量传感器仪表电子装置110和密度传感器仪表电子装置120之一的元件，任何一个仪表电子装置被预期以推导出推导声速。在替选实施方式中，SoS推导模块202可以存储在独立计算机系统200中，该独立计算机系统200是接收相关测量结果和/或推导结果以在该独立计算机系统上推导声速的独立计算机系统。本说明书中公开的SoS推导模块202的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。步骤402可以是步骤306的实施方式。
在实施方式中，可以使用上面列出的步骤的作为图4所示方法的一部分的子集以形成它们自己的方法。方法400的步骤可以重复任意次数，例如，连续循环以便提供持续和/或连续的流动流体声速推导。
图5示出了用于推导密度传感器10中流动流体的推导声速的方法500的实施方式的流程图。方法500中提及的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208可以是如图1和图2中公开的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208，但是可以在替选实施方式中采用任意合适的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208。设想了用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法。此外，所有振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20(如果相关)彼此流体连通并接收流动流体，推导声速是流动流体的推导声速。
步骤502通过测量模块206来测量密度传感器10的测量的输入参数。密度传感器10的测量的输入参数可以包括例如密度、温度和密度传感器10刚度中的一个或更多个。在一些实施方式中，测量不必包括所有所述的测量的输入参数。例如，在声速推导中使用的压力是测量压力的实施方式中，密度传感器10刚度可能是多余的并且根本不进行测量。在推导出压力的实施方式中，可以测量密度传感器10刚度以推导压力。此外，温度的测量可以由任意振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20的测量模块206进行。如果在声速推导中使用的测量温度在除了密度传感器10以外的传感器中进行测量，则密度传感器10可以接收来自除了密度传感器以外的传感器的测量温度。与本说明书中公开的密度传感器10相关联的测量模块206的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。步骤502可以是步骤302的实施方式。
步骤504可选地通过压力推导模块204来推导出推导压力。如上所述，流动流体的推导声速可以使用推导的压力而不是测量的压力来推导。密度传感器10可以测量密度传感器10的刚度。密度传感器10可以使用测量的刚度来推导出推导压力。与本说明书中公开的密度传感器10相关联的压力推导模块204的不同实施方式的所有能力被设想以完成该步骤。步骤504可以是步骤304的实施方式。
步骤506可选地通过密度传感器仪表电子装置120接收来自可选的压力传感器20的测量压力。在该实施方式中，测量压力而不是推导压力。在实施方式中，步骤504和506可以是替选步骤，使得测量的压力和推导的压力之一用于推导流动流体的声速。
步骤508通过SoS推导模块202来推导流动流体的推导声速。SoS推导模块202可以存储在密度传感器仪表电子装置120中。SoS推导模块可以根据测量的输入参数、推导的压力和任意接收到的参数中的一个或更多个来推导出推导声速。SoS推导模块202可以使用它的任何能力并且可以使用任何所述关系，例如，所述的推导声速与测量的输入参数(以及/或者推导的压力，如果在相关实施方式中)之间的关系以及由式(1)至(9)表达的关系。与本说明书中公开的密度传感器10相关联的SoS推导模块202的不同实施方式的所有能力被设想以完成该步骤。步骤508可以是步骤306的实施方式。
在实施方式中，图5中所示的方法的每个步骤都是不同的步骤。在另一实施方式中，尽管在图5中被描述为不同的步骤，但是步骤502至508可以不是不同的步骤。在其他实施方式中，图5中所示的方法可以不具有所有上述步骤和/或可以具有除了上面列出的那些步骤之外或替代上面列出的那些步骤的其他步骤。图5中所示的方法的步骤可以以另一顺序执行。可以使用上面作为图5所示方法的一部分列出的步骤的子集以形成它们自己的方法。方法500的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如，连续循环以便提供持续和/或连续的流动流体声速推导。
图6示出了用于推导振动流量传感器5中流动流体的推导声速的方法600的实施方式的流程图。方法600中提及的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208可以是如图1和图2中公开的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208，但是可以在替选实施方式中采用任意合适的振动流量传感器5、密度传感器10、可选的压力传感器20、计算机系统200、振动流量传感器仪表电子装置110、密度传感器仪表电子装置120、SoS推导模块202、压力推导模块204、测量模块206和校正模块208。设想了用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法。此外，所有振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20(如果相关)彼此流体连通并接收流动流体，推导声速是流动流体的推导声速。
步骤602通过测量模块206测量振动流量传感器5的测量的输入参数。振动流量传感器5的测量的输入参数可以包括例如密度和温度中的一个或更多个。振动流量传感器5的密度可能太易受声速效应的影响而无法在流动流体的声速的推导中使用，因此可能需要另一密度测量，可能是通过密度传感器10进行的密度测量。本说明书中公开的关于振动流量传感器5的测量模块206的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。步骤602可以是步骤302的实施方式。
步骤604可选地通过压力推导模块204推导出推导压力。如上所述，流动流体的推导声速可以使用推导压力而不是测量的压力来推导。密度传感器10可以测量密度传感器10的刚度。在实施方式中，密度传感器10可以使用测量的刚度来推导密度传感器仪表电子装置120中的推导压力，在实施方式中压力推导模块204存储在密度传感器仪表电子装置120中。在替选实施方式中，密度传感器10可以测量密度传感器10刚度并且将该密度传感器10刚度传输至振动流量传感器仪表电子装置110，使得存储在振动流量传感器仪表电子装置110中的压力推导模块204推导出在声速推导中使用的压力。本说明书中公开的压力推导模块204的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。步骤604可以是步骤304的实施方式。
步骤606可选地通过振动流量传感器仪表电子装置110接收来自可选的压力传感器20的测量压力。在该实施方式中，测量压力而不是推导压力。在实施方式中，步骤604和步骤606可以是替选步骤。
步骤608可选地通过振动流量传感器仪表电子装置110接收由密度传感器10测量的密度。密度传感器10可以与振动流量传感器5相比较不易受声速效应的影响。如果密度传感器10与振动流量传感器5相比较不易受声速效应的影响，可能更优选的是，使用由密度传感器10的测量模块206提供的流动流体的密度测量。
步骤610通过SoS推导模块202来推导流动流体的推导声速。SoS推导模块202可以存储在振动流量传感器仪表电子装置110中。SoS推导模块可以根据测量的输入参数、推导压力和任意接收到的测量结果中的一个或更多个来推导推导声速。SoS推导模块202可以使用它的任何能力并且可以使用任何所述关系，例如，所述的推导声速与测量的输入参数(以及/或者推导的压力，如果在相关实施方式中)之间的关系以及由式(1)至(9)表达的关系。本说明书中公开的SoS推导模块202的不同实施方式的所有能力都被设想以完成该步骤。步骤610可以是步骤306的实施方式。
在实施方式中，图6中所示的方法的每个步骤都是不同的步骤。在另一实施方式中，尽管在图6中被描述为不同的步骤，但是步骤602至610可以不是不同的步骤。在其他实施方式中，图6中所示的方法可以不具有所有上述步骤和/或可以具有除了上面列出的那些步骤之外或替代上面列出的那些步骤的其他步骤。图6中所示的方法的步骤可以以另一顺序执行。可以使用上面作为图6所示方法的一部分列出的步骤的子集可以以形成它们自己的方法。方法600的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如，连续循环以便提供持续和/或连续的流动流体声速推导。
图7示出了用于使用推导声速来校正流量测量结果的方法700的实施方式的流程图。方法700中提及的振动流量传感器5、密度传感器10、振动流量传感器仪表电子装置110和校正模块208可以是如图1和图2中公开的振动流量传感器5、密度传感器10、振动流量传感器仪表电子装置110和校正模块208，但是可以在替选实施方式中采用任意合适的振动流量传感器5、密度传感器10、振动流量传感器仪表电子装置110和校正模块208。设想了用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法。此外，所有振动流量传感器5、密度传感器10和可选的压力传感器20(如果相关)彼此流体连通并接收流动流体，推导声速是流动流体的推导声速并且流量测量是流动流体的流量测量。
步骤702通过校正模块208接收流动流体的推导声速。在声速推导由存储在振动流量传感器仪表电子装置110中的SoS推导模块202执行的实施方式中，可以从存储在振动流量传感器仪表电子装置110中的SoS推导模块202接收推导声速。在声速推导由存储在密度传感器仪表电子装置120中的SoS推导模块202进行的实施方式中，可以从存储在密度传感器仪表电子装置120中的SoS推导模块202接收推导声速。
步骤704通过测量模块206来测量相位差或时间延迟。相位差或时间延迟可以表示作用在流动流体上的科里奥利力，从而上游传感器与下游传感器的振荡之间的相位差或时间延迟可以表示流动参数，例如质量流率。在振动流量传感器中测量时间延迟和/或相位差的方式在本领域中是公认的，并且出于简洁起见删节其讨论。
步骤706通过校正模块208基于流动流体的推导声速来确定校正质量流量参数。质量流量参数可以是质量流率。可以使用任何确定关系和校正关系例如由式(10)至(12)表达的关系来确定和校正质量流率。
在实施方式中，图7中所示的方法的每个步骤都是不同的步骤。在另一实施方式中，尽管在图7中被描述为不同的步骤，但是步骤702至706可以不是不同的步骤。在其他实施方式中，图7中所示的方法可以不具有所有上述步骤和/或可以具有除了上面列出的那些步骤之外或替代上面列出的那些步骤的其他步骤。图7中所示的方法的步骤可以以另一顺序执行。上面列出的步骤的作为图7所示方法的一部分的子集可以用于形成它们自己的方法。方法700的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如，连续循环以便提供持续和/或连续的针对声速效应校正的质量流率。
图表
图8和图9示出了表示本说明书中描述的声速推导的要素和推导的质量流率的后续校正的图表。
图8示出了示出乙烯的热容比与压力和温度两者之间的关系的实施方式的图表800。图表800具有表示20℃下乙烯的第一数据系列802、表示40℃下乙烯的第二数据系列804、表示热容比大小的纵坐标810以及表示以巴为单位的压力的横坐标820。可以看出，数据示出热容随温度和/或压力变化的显著差异。这就是为什么在推导关系中使用温度和/或压力相关热容来推导流动流体的声速可以显著提高推导的准确性。
图9示出了示出由于声速效应引起的质量流率误差百分比与流过CMF400质量流量计的乙烯的压力和温度两者之间的关系的实施方式的图表900。应当理解，CMF400仅是用于本发明构思的具体演示的示例性振动流量传感器5，并且本发明的所描述的特征可以应用于任意振动流量传感器5。图表900具有表示60°F下乙烯的第一数据系列902、表示80°F下乙烯的第二数据系列904、表示90°F下乙烯的第三数据系列906、表示由于声速效应引起的质量流量误差百分比的大小的纵坐标910以及表示以(绝对压力)磅/平方英寸为单位的压力的横坐标920。由此可见，由于声速效应引起的质量流率百分比误差随温度和压力而显著变化。使用温度和/或压力相关的热容比和/或压力相关的推导声速可以解决这一问题，并且显著降低由于声速效应引起的质量流率误差。
上面实施方式的详细描述并不是对由发明人设想落入本说明书范围内的所有实施方式的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到上述实施方式的某些要素可以不同地组合或消除以创建另外的实施方式，并且这些另外的实施方式落入本说明书的范围和教导内。还将明显的是，对于本领域的普通技术人员来说，上述实施方式可以全部或部分组合以在本说明书的范围和教导内产生另外的实施方式。当指定表示参数值的特定数字时，所有这些数字之间的范围以及高于这些数字的范围和低于数字的范围都被设想和公开。
因此，尽管本文出于说明性目的描述了特定实施方式，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本说明书的范围内可以进行各种等效修改。本文提供的教导可以应用于用于推导声速的其他方法和设备以及用于使用声速来校正流量测量结果的其他方法和设备，而不仅仅应用于上述实施方式和附图中所示的实施方式。因此，上述实施方式的范围应当由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种用于推导流动流体的推导声速的方法，所述方法由具有处理器(210)和存储器(220)的计算机系统(200)执行，所述处理器(210)被配置成执行来自所述存储器(220)的指令并且将数据存储在所述存储器(220)中，所述存储器(220)具有SoS推导模块(202)，所述方法包括：
由所述SoS推导模块(202)基于所述流动流体的测量密度与所述流动流体的所述推导声速之间的推导关系来推导所述流动流体的所述推导声速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的密度之间的所述推导关系是所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的所述测量密度的平方根之间的反比关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的密度之间的所述推导关系还将所述流动流体的压力考虑在内，其中，所述流动流体的压力是由压力传感器(20)测量的测量压力和根据密度传感器(10)刚度确定而推导的压力中的一个或更多个。
4.根据权利要求3所述的方法，所述推导关系还基于所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的热容比之间的关系，其中，所述推导关系基于所述流动流体的所述推导声速与平方根项之间的关系，所述平方根项将所述热容比和所述压力的乘积的平方根除以所述测量密度的平方根。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述热容比关联于所述流动流体和将所述流动流体作为组成部分的一组流动流体中的一个或更多个，并且其中，所述热容比是温度相关和压力相关中的一个或更多个，使得基于所述热容比与测量的温度和压力中的一个或更多个之间的对应预定关系来确定所述热容比。
6.根据权利要求1至5所述的方法，其中，所述计算机系统(200)是密度传感器(10)的密度传感器仪表电子装置(120)，所述方法还包括：
由所述密度传感器(10)测量所述测量密度；以及
由所述密度传感器(10)将所述流体的所述推导声速传输至振动传感器(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：如果所述流动流体的所述测量密度与所述流动流体的所述推导声速之间的所述推导关系将流动流体压力考虑在内，则由所述密度传感器仪表电子装置(120)基于由所述密度传感器(10)确定的所述密度传感器(10)的元件的测量刚度来推导出推导流动流体压力。
8.根据权利要求3至5所述的方法，其中，所述计算机系统(200)是振动流量传感器(5)的振动流量传感器仪表电子装置(110)，所述方法还包括：
由所述计算机系统(200)接收来自密度传感器(10)的所述测量密度；
由所述计算机系统(200)接收所述流动流体的压力；以及
由所述计算机系统(200)基于所述流动流体的所述推导声速确定校正质量流率。
9.根据权利要求6至8所述的方法，其中，所述振动传感器(5)具有以下特性中的一个或更多个：
使振动传感器(5)振动元件以大于或等于300赫兹的频率振动；以及
具有大于或等于两英寸的内径，并且其中，所述密度传感器(10)具有以下特性的一个或更多个：
使密度传感器(10)振动元件以小于300赫兹的频率振动；以及
具有小于两英寸的内径。
10.根据权利要求1至9所述的方法，其中，所述流动流体处于超临界状态并且包括乙烯、乙烷、二氧化碳和氩中的一种或更多种。
11.一种用于推导流动流体的推导声速的设备，所述设备具有计算机系统(200)，所述计算机系统(200)具有处理器(210)和存储器(220)，所述处理器(210)被配置成执行来自所述存储器(220)的指令并且将数据存储在所述存储器(220)中，所述存储器(220)具有SoS推导模块(202)，所述计算机系统(200)被配置成：
由所述SoS推导模块(202)基于所述流动流体的测量密度与所述流动流体的所述推导声速之间的推导关系来推导所述流动流体的所述推导声速。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的密度之间的所述推导关系是所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的所述测量密度的平方根之间的反比关系。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的密度之间的所述推导关系还将所述流动流体的压力考虑在内，其中，所述流动流体的压力是由压力传感器(20)测量的测量压力和根据密度传感器(10)刚度确定而推导的压力中的一个或更多个。
14.根据权利要求13所述的设备，所述推导关系还基于所述流动流体的所述推导声速与所述流动流体的热容比之间的关系，其中，所述推导关系基于所述流动流体的所述推导声速与平方根项之间的关系，所述平方根项将所述热容比和压力的乘积的平方根除以所述测量密度的平方根。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，热容比关联于所述流动流体和将所述流动流体作为组成部分的一组流动流体中的一个或更多个，并且其中，热容比是温度相关和压力相关中的一个或更多个，使得基于热容比与测量的温度和压力中的一个或更多个之间的对应预定关系来确定热容比。
16.根据权利要求11至15所述的设备，其中，所述计算机系统(200)是密度传感器(10)的密度传感器仪表电子装置(120)，所述密度传感器(10)被配置成：
测量出测量密度；以及
将所述流体的所述推导声速传输至振动传感器(5)。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，如果所述流动流体的测量密度与所述流动流体的所述推导声速之间的所述推导关系将流动流体压力考虑在内，则所述密度传感器仪表电子装置(120)被配置成基于由所述密度传感器(10)确定的所述密度传感器(10)的元件的测量刚度来推导出推导流动流体压力。
18.根据权利要求13至15所述的设备，其中，所述设备是振动流量传感器(5)，所述计算机系统(200)是所述振动流量传感器(5)的振动流量传感器仪表电子装置(110)，所述计算机系统(200)还被配置成：
接收来自所述密度传感器(10)的所述测量密度；
接收所述流动流体的压力；以及
基于所述流动流体的所述推导声速来确定校正质量流率。
19.根据权利要求16至18所述的设备，其中，所述振动传感器(5)具有以下特性中的一个或更多个：
使振动传感器(5)振动元件以大于或等于300赫兹的频率振动；以及
具有大于或等于两英寸的内径，并且其中，所述密度传感器(10)具有以下特性中的一个或更多个：
使密度传感器(10)振动元件以小于300赫兹的频率振动；以及
具有小于两英寸的内径。
20.根据权利要求11至19所述的设备，其中，所述流动流体处于超临界状态并且包括乙烯、乙烷、二氧化碳和氩中的一种或更多种。
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