流体密度测量装置制造方法及图纸

描述了一种用于确定流体密度的装置。所述装置包括机械共振器，被布置为向所述机械共振器提供激励、检测所述机械共振器对所述激励的响应并提供表示所述响应的输出信号的驱动器/接收器单元，以及估算单元。所述装置的估算单元被布置为：i、根据所述输出信号确定振荡分布，ii、根据所述振荡分布确定共振频率估计，并且iii、基于所述共振频率估计确定所述流体的密度。根据本发明专利技术的装置能够更准确地确定像水油混合乳液的包括不互溶成分(从而形成非均质混合物)的流体或具有堵塞气体的流体的流体密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在正常状态下和在高压力环境下都测量不同介质(包括侵蚀性介质)的流体密度的装置。作为示例，本专利技术可以应用于化学和石油化工生产以及燃料和能源工业等中的原油和煤气生产以及传送系统。
技术介绍
用于测量或确定流体密度的装置本身是已知的。这种已知装置的操作原理是例如基于应用浸没在密度待确定的流体中的低频机械共振器。在这一点上，可以参考例如俄罗斯联邦政府的专利No. 2 291 403、美国专利No. 4 922745、美国专利No. 6 389 891、美国专利No. 6 845 663。由于介质(例如，流体)的质量增加的影响，机械共振器的共振频率会改变。已知装置例如包括用于确定出现的共振频率偏移的测量电路，其中出现的共振频率偏移随后被用于计算需要的密度值。已知的机械共振器例如包括音叉，音叉由于其对称设计而防止振荡传递到传感器的主体，从而排除了周围金属部件对共振器的频率特性的影响。为了确定共振频率，可以使用各种电子电路，例如共振器的幅频响应扫描器或在共振频率下自触发的正反馈系统。尽管性能令人满意，但是已知装置可能具有一个或多个以下缺点。首先，如果用于测量像水油混合乳液的由不互溶成分(非均质混合物)所组成的流体的密度，则音叉周围的介质的属性会引起共振特性的变化，从而引起共振频率测量的不确定性，最终对测量准确度产生不利影响。其次，由于堵塞气体的出现会引起共振频率的可观且突然的改变，从而影响其均值并损及流体密度的确定，因此已发现已知装置不适用于测量包含这种堵塞气体的流体的也/又。考虑到以上缺点，本专利技术的目的是提供一种用于以提高的准确度确定流体密度的装置，尤其是针对像水油混合乳液的包括不互溶成分(从而形成非均质混合物)的流体，或者具有堵塞气体的流体。
技术实现思路
根据本专利技术的方面，提供一种用于确定流体密度的装置，所述装置包括-机械共振器，-驱动器/接收器单元，被布置为向机械共振器提供激励、检测机械共振器对所述激励的响应并提供表示所述响应的输出信号，以及-估算单元，用于基于驱动器/接收器单元的输出信号来确定机械共振器的共振频率，其特征在于-估算单元被布置为-根据输出信号确定振荡分布，并且-根据振荡分布确定共振频率估计，4-基于共振频率估计确定流体的密度。根据本专利技术的装置能够基于根据振荡分布所获得的共振频率估计的确定而确定流体的密度。为了确定流体密度，根据本专利技术的装置包括在使用期间至少部分浸没到密度待确定的流体中的机械共振器。合适的机械共振器的示例是杆、音叉、T形共振器等。在一个实施例中，机械共振器是具有安装到所述装置的驱动器/接收器单元的基体的音叉。根据本专利技术的装置中所应用的驱动器/接收器单元被布置为在使用中执行-向机械共振器提供激励，-检测机械共振器对所述激励的响应，-提供表示所述响应的输出信号。为了实现上述功能，驱动器/接收器单元可以例如包括用于激励机械共振器的激励器(例如，电磁或压电激励器)。根据本专利技术的装置中所应用的驱动器/接收器单元进一步被配备为检测机械共振器对激励器的响应。机械共振器会响应于激励器而经历位移，并振荡或振动。机械共振器的这种振荡或振动可以由驱动器/接收器单元(例如振荡传感器)检测到。振动或振荡可以例如由速度传感器或加速度传感器(例如加速度计)或位移传感器确定。本领域技术人员可以理解，为检测共振器的振荡或振动，各种实施方式是可行的。在一个实施例中，驱动器/接收器单元包括被布置为既提供激励(在以激励模式即作为激励器操作时)又提供检测(在以检测模式即作为传感器操作时)的压电元件。驱动器/接收器单元进一步被布置为提供表示机械共振器对激励的响应的输出信号。作为示例，输出信号可以是与机械共振器的位移或速度或加速度成比例的电信号，该信号例如由驱动器/接收器单元的传感器提供。根据本专利技术的装置进一步包括用于确定机械共振器的共振频率估计的估算单元。 根据本专利技术，共振频率估计由估算单元根据从驱动器/接收器单元的输出信号所确定的振荡分布来确定。应当认为，在机械共振器应用于像例如水油混合乳液的包括不互溶成分 (从而形成非均质混合物)的流体或具有堵塞气体的流体的情况下，共振器可以在不同场合以不同频率振荡或振动。因此，监控一段时间内机械共振器的振动行为，可以得到振荡分布，而不是具体(共振)频率下的单个具体振荡。根据这种振荡分布，根据本专利技术的装置中所应用的估算单元可以确定流体的共振频率的估计。根据本专利技术，振荡分布根据驱动器/接收器单元的输出信号来确定。在本专利技术的内涵范围内，振荡分布可以例如包括但不限于在输出信号中观测到的振荡周期的分布。同样，在本专利技术的内涵范围内，输出信号的频谱(例如，通过对输出信号应用傅立叶变换而获得)，即表示机械共振器的振动或振荡的频率内容的谱，可以被认为是振荡分布。本领域技术人员可以理解，振荡的特征在于振荡周期(或持续时间)或者振荡频率(频率是周期的倒数)。这样，振荡分布可以等同地由频率分布或振荡周期分布来表示。正如以下更详细描述的，振荡分布可以以不同的方式获得。作为示例，使用计数器和比较器，可以在特定周期 (或者预定的或者连续的)期间由估算单元监控从驱动器/接收器单元获得的输出信号，因而每个周期的持续时间(或表示持续时间的数字)被存储在例如估算单元的存储单元中。根据振荡分布，估算单元可以进一步确定共振频率估计(例如，根据振荡分布的峰值或中值或均值)，并确定机械共振器周围的流体的密度值(例如，基于所测量的/所确定的共振频率估计与标称共振频率(即在没有被浸没时机械共振器的共振频率)之间的差)。在一个实施例中，估算单元可以包括计算单元(例如，包括微控制器或微处理器等)，用于根据共振分布确定共振频率估计，并基于共振频率估计确定流体的密度。在一个实施例中，估算单元包括用于获得振荡分布的测量单元。测量单元可以例如包括被布置为接收所述输出信号并将其与预定值(例如，零)相比较的比较器、计数器、 计数器状态写寄存器(一般而言是存储单元)和高频振荡器。在一个实施例中，比较器的输出可以连接至计数器状态写寄存器。通过对输出信号的周期期间出现的脉冲(例如，由高频振荡器提供)进行计数，获得可以存储在存储单元中的振荡周期值。通过在较长的时间段期间重复该过程，可以获得表示响应于激励而出现的振荡周期的分布的振荡分布。测量单元和计算单元可以与微处理器一起设计。在本专利技术的实施例中，这种微处理器可以进一步应用于将例如机械共振器的振荡周期的均值确定为共振频率估计。可替代地或附加地，微处理器可以使用多函数概率密度分布曲线估算机械共振器的振荡周期的至少两个值。这种曲线(例如多项式)可以例如通过曲线拟合被用于估算振荡分布，并且例如确定振荡周期的一个或多个峰值。根据本专利技术的装置可以进一步包括传感器，以测量机械共振器或流体的特性，例如共振器或流体的温度或流体的压力。根据本专利技术的装置可以进一步包括用于显示振荡分布和/或所确定的流体密度的显示器。由于参考以下详细描述并结合附图进行考虑时本专利技术变得更好理解，因此本专利技术的这些和其它方面将更容易认识，附图中相同的附图标记指代相同的部件。附图说明图1示意性描绘根据本专利技术的装置的实施例。图2示意性描绘根据本专利技术的装置的另一实施例。图3a示意性描绘第一非均质流体的振荡分布。图北示意性描绘第二非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.29 EP 09159014.11.一种用于确定流体密度的装置，所述装置包括 机械共振器，驱动器/接收器单元，被布置为向所述机械共振器提供激励、检测所述机械共振器对所述激励的响应并提供表示所述响应的输出信号，以及估算单元，用于基于所述驱动器/接收器单元的输出信号来确定所述机械共振器的共振频率，其特征在于所述估算单元被布置为 根据所述输出信号确定振荡分布， 根据所述振荡分布确定共振频率估计，并且基于所述共振频率估计确定所述流体的密度。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述估算单元包括计算单元，所述计算单元用于 根据所述振荡分布确定所述共振频率估计，并且基于所述共振频率估计确定所述流体的密度。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述估算单元包括用于根据所述输出信号确定振荡分布的测量单元。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述输出信号表示所述共振器的响应的采样。5.根据权利要求2所述的装置，其中所述计算单元被布置为应用傅立叶变换以根据所述振荡分布确定所述共振频率估计。6.根据权利要求2-3所述的装置，其中所述振荡分布包括根据所述输出信号推出的振荡周期。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述振荡周期分布包括，通过确定所述输出信号中多个连续振荡周期的持续时间，并以阵列存储表示所述持续时间的值，而根据所述输出信号推出的振荡周期值的阵列。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔·徳洛布科夫，弗拉基米尔·梅尔尼科夫，安德烈·苏斯托夫，
申请(专利权)人：内斯特国际有限公司，弗拉基米尔·德洛布科夫，弗拉基米尔·梅尔尼科夫，安德烈·苏斯托夫，
类型：发明
国别省市：