本發(fā)明涉及一種用于尤其是使用包含測(cè)量材料的振蕩測(cè)量管測(cè)量可流動(dòng)介質(zhì)的密度的測(cè)量裝置和方法?；谡袷幪匦?，尤其是測(cè)量管的諧振頻率，能夠確定密度。這種測(cè)量設(shè)備對(duì)介質(zhì)的粘度具有交叉敏感性。這隨著測(cè)量管直徑的減小而增加。另一方面，具有小直徑的直的測(cè)量管能夠以非常小的樣品量進(jìn)行密度測(cè)量。此外，具有小直徑的測(cè)量管往往具有較高的本征頻率，使得精確的頻率測(cè)量容易實(shí)現(xiàn)。迄今，使用振蕩測(cè)量管的密度測(cè)量是非常有吸引力的，其中，尤其是在具有小直徑的測(cè)量管的情況下，必須考慮到對(duì)粘度的交叉敏感性。
背景技術(shù)：
kalotay等在美國(guó)專利5,359,881中描述了一種粘度計(jì)，其具有帶有集成了壓力差傳感器的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量裝置，其確定跨科里奧利(coriolis)質(zhì)量流量測(cè)量裝置的測(cè)量管的壓降。基于借助于科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量裝置確定的質(zhì)量流量和借助于科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量裝置確定的密度，還基于的是考慮到壓降確定粘度，來確定體積流量。然而，考慮到粘度確定的體積流量是精確地基于有缺陷的密度測(cè)量的。因此，本發(fā)明的目的在于補(bǔ)救這種情況。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
通過如獨(dú)立權(quán)利要求1中限定的測(cè)量裝置和如獨(dú)立權(quán)利要求15中限定的用于確定介質(zhì)的密度的方法來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的用于測(cè)量可流動(dòng)介質(zhì)密度的測(cè)量裝置包括：
流體路徑，該流體路徑用于輸送介質(zhì)；
泵，該泵布置在流體路徑中，該泵用于在流體路徑中驅(qū)動(dòng)限定的體積流量的介質(zhì)；
壓力差測(cè)量裝置，該壓力差測(cè)量裝置用于記錄由于所述體積流量的介質(zhì)引起的在流體路徑中的第一壓力接頭和第二壓力接頭之間的壓降；
密度計(jì)，該密度計(jì)包括：至少一個(gè)振蕩器，該至少一個(gè)振蕩器具有用于輸送介質(zhì)的至少一個(gè)可振蕩的測(cè)量管；至少一個(gè)激勵(lì)器機(jī)構(gòu)，該至少一個(gè)激勵(lì)器機(jī)構(gòu)用于激勵(lì)測(cè)量管的振蕩；以及至少一個(gè)傳感器裝置，該至少一個(gè)傳感器裝置用于記錄振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性，其中，將至少一個(gè)振蕩器中的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量管布置在流體路徑中；
評(píng)估設(shè)備，該評(píng)估設(shè)備適于基于體積流量、體積流量相關(guān)壓降和振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性確定介質(zhì)的密度。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述評(píng)估設(shè)備適于首先基于體積流量和體積流量相關(guān)壓降來確定介質(zhì)的粘度，然后基于這個(gè)確定的粘度和所述振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性來確定介質(zhì)的密度。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述振蕩器的所述至少一個(gè)振蕩特性包括振蕩器的諧振頻率，該振蕩器的諧振頻率取決于所述介質(zhì)的密度及所述介質(zhì)的粘度。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述泵包括定量泵或計(jì)量泵，尤其是具有優(yōu)于1％精度的微型環(huán)形齒輪泵。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，至少一個(gè)振蕩器的至少一個(gè)測(cè)量管相對(duì)于所述體積流量的介質(zhì)布置在第一壓力接頭和第二壓力接頭之間。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，其中，至少一個(gè)振蕩器的至少一個(gè)測(cè)量管具有不大于1mm，尤其是不大于500μm，優(yōu)選地不大于300μm，進(jìn)一步優(yōu)選地不大約200μm，例如是約160μm的內(nèi)徑。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，當(dāng)振蕩器的至少一個(gè)測(cè)量管充滿水時(shí)，至少一個(gè)振蕩器具有帶有以下諧振頻率的彎曲振蕩的基本模式，諧振頻率不小于1khz，尤其是不小于5khz，優(yōu)選地不小于10khz，以及不大于500khz，尤其是不大于100khz，優(yōu)選不大于50khz。
合適的密度計(jì)被公開在例如出版物wo2009/076287a2中。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，壓力差測(cè)量裝置具有第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器記錄在所述第一壓力接頭點(diǎn)處的壓力；以及第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器記錄第二壓力接頭點(diǎn)處的壓力，其中，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器是絕對(duì)壓力傳感器或是相對(duì)壓力傳感器。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，密度計(jì)包括mems傳感器，該mems傳感器包括至少一個(gè)振蕩器的至少一個(gè)測(cè)量管。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，mems傳感器還包括溫度傳感器，該溫度傳感器用于根據(jù)介質(zhì)溫度提供溫度的測(cè)量值。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，流體路徑包括具有內(nèi)徑的旁路管線，該內(nèi)徑不小于振蕩器的測(cè)量管的直徑的五倍，尤其是不小于振蕩器的測(cè)量管的直徑的十倍，優(yōu)選地不小于振蕩器的測(cè)量管的直徑的20倍。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，泵布置在旁路管線中。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，旁路管線具有節(jié)流閥，其中，至少一個(gè)振蕩器的至少一個(gè)測(cè)量管經(jīng)由旁路管線中的兩個(gè)分支與節(jié)流閥平行連接，在旁路管線中的兩個(gè)分支之間布置了節(jié)流閥。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，兩個(gè)分支布置在兩個(gè)壓力接頭點(diǎn)之間。
一種用于尤其是借助于本發(fā)明的測(cè)量裝置確定介質(zhì)的密度的方法，該方法包括以下步驟：
在流體路徑中驅(qū)動(dòng)限定的體積流量的介質(zhì)；
記錄由于該體積流量的介質(zhì)引起的在流體路徑中的第一壓力接頭和流體路徑中的第二壓力接頭之間的壓降；
記錄振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性，該振蕩器具有用于在流體路徑中輸送介質(zhì)的至少一個(gè)可振蕩測(cè)量管；以及
基于體積流量、體積流量相關(guān)壓降和振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性確定密度。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，首先基于體積流量和體積流量相關(guān)壓降，確定介質(zhì)的粘度，然后基于這個(gè)確定的粘度和振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性，確定介質(zhì)的密度。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，振蕩器的至少一個(gè)振蕩特性是振蕩器的諧振頻率，該振蕩器的諧振頻率取決于介質(zhì)的密度及介質(zhì)的粘度。
本發(fā)明的測(cè)量裝置和本發(fā)明的方法適用于具有粘度大于50mpas，例如高達(dá)至500mpas，尤其是高達(dá)至1000mpas的介質(zhì)。這種粘度發(fā)生在例如原油的情況下。
在本發(fā)明的密度確定是在已知溫度下的情況下，能夠根據(jù)api11.1發(fā)生返回到15℃的參考密度的計(jì)算。
附圖說明
現(xiàn)在將會(huì)基于附圖中圖示的實(shí)施例的示例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其唯一附圖如下示出：
圖1示出本發(fā)明的測(cè)量裝置的實(shí)施例的示例的示意性表示。
具體實(shí)施方式
測(cè)量裝置1包括在第一連接點(diǎn)6和第二連接點(diǎn)8之間與管道4平行延伸的取樣管線2，其中取樣管線在這里經(jīng)由在第一連接點(diǎn)6附近的第一閥10和在第二連接點(diǎn)8附近的第二閥12是可分離。因此，測(cè)量裝置1在取樣管線2中包括：諸如可從企業(yè)hnp獲得的微型環(huán)形齒輪泵14，或另一種計(jì)量泵或定量泵，其具有精確度優(yōu)于1％，尤其是優(yōu)于0.5％，用于驅(qū)動(dòng)限定的體積流量通過由取樣管線2和其中布置的組件形成的流體路徑16。取樣管線具有例如4mm的內(nèi)徑。在環(huán)形齒輪泵14之前在取樣管線2中布置了過濾元件15，過濾元件15例如具有不大于20μm，尤其是不大于10μm，優(yōu)選不大于5μm的最大孔徑，以確保后續(xù)組件不會(huì)被堵塞。
在取樣管線2中還布置了具有可振蕩測(cè)量管22的密度計(jì)20，該可振蕩測(cè)量管22借助于激勵(lì)器激勵(lì)以執(zhí)行彎曲振蕩，可振蕩測(cè)量管22的諧振頻率取決于在測(cè)量管中包含的介質(zhì)的密度。諧振頻率對(duì)介質(zhì)的粘度具有交叉敏感性，因此同樣必須確定粘度。測(cè)量管具有例如160μm的直徑并且借助于mems技術(shù)在硅中制備。在密度為106g/m3和低粘度介質(zhì)的情況下，諧振頻率位于例如在20khz的數(shù)量級(jí)。
通過測(cè)量管22的液體路徑部分和具有內(nèi)徑為200μm的周圍的mems組件的總長(zhǎng)度數(shù)量等于例如1cm。這個(gè)液體路徑部分具有相對(duì)大的流動(dòng)阻力，使得通過這個(gè)液體路徑部分引導(dǎo)取樣管線2的整個(gè)體積流量是不切實(shí)際的。在跨液體路徑部分的一些巴(bar)的壓力降的情況下，通過測(cè)量管的預(yù)期的體積流量將會(huì)是小的，使得尤其是在變化管道4中的介質(zhì)的性質(zhì)的情況下，將可能不可靠地表示取樣管線2中的介質(zhì)。因此，通過mems組件的液體路徑部分與隔膜24平行被引導(dǎo)為旁路26，其中旁路26具有小于20mm，尤其是小于15mm，例如10mm的旁路路徑長(zhǎng)度。隔膜24具有0.5mm
測(cè)量裝置1還包括壓力差測(cè)量裝置30，其用于確定取樣管線2上的第一壓力接頭點(diǎn)32a和第二壓力接頭點(diǎn)32b之間的壓力差，其中旁路26連接到兩個(gè)壓力接頭點(diǎn)32a、32b之間的取樣管線。壓力差測(cè)量裝置在這個(gè)實(shí)施例中包括：記錄第一壓力接頭32a處的第一壓力的第一相對(duì)壓力測(cè)量換能器30a和記錄第二壓力接頭32b處的第二壓力的第二相對(duì)壓力測(cè)量換能器30b。
測(cè)量裝置1還包括評(píng)估單元40，該評(píng)估單元40適于基于用于體積流量和相關(guān)的壓力差的值來確定當(dāng)前粘度測(cè)量值，并且基于測(cè)量的諧振頻率或從該測(cè)量的諧振頻率推導(dǎo)的未校正的密度測(cè)量值來計(jì)算相對(duì)于粘度的影響校正的密度測(cè)量值。此外，由于在密度確定處的已知的溫度，所以能夠根據(jù)api11.1將其轉(zhuǎn)換成在15℃下的參考密度。
壓力差測(cè)量裝置、密度計(jì)20、以及評(píng)估單元的電路優(yōu)選地被實(shí)施為滿足點(diǎn)火保護(hù)型ex-i(本質(zhì)安全)。環(huán)形齒輪泵14的電子電路優(yōu)選同樣地被實(shí)現(xiàn)為滿足點(diǎn)火保護(hù)型，例如使用根據(jù)類ex-d的耐壓封裝體。
測(cè)量裝置可以進(jìn)一步包括輔助介質(zhì)貯存器50和收集容器52，它們分別經(jīng)由位于第一閥10和過濾器15之間以及第二相對(duì)壓力測(cè)量換能器30b與第二閥12之間的分支管線連接到取樣管線2。分支管線分別經(jīng)由第三閥54和第四閥56與取樣管線隔離。一方面，輔助介質(zhì)能夠是：例如汽油的清潔液體；或具有用于校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備的限定粘度的參考介質(zhì)。