(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管路を流れる、少なくとも、ときに２相以上の媒体を観測し、及び／または測定する渦流測定装置であって；
前記媒体が、第一相、特に第一密度を有する気体の第一相と、第二相、特に液体の第二相であって第二密度を有する第二相を有し、前記第二相は粒子及び／または液滴として第一相内に分散され；
前記渦流測定装置が、少なくとも、測定管路に挿入されることができる測定管（４）、ブラフボディ（８）、及び圧力変動に応答する渦流センサ（２４）を含み；
前記ブラフボディ（８）が、測定管（４）内で流れ方向（６）の横方向に向かって流路がブラフボディ（８）の両側に形成されるように延伸し；
ブラフボディ（８）の両側には、少なくとも２つの渦発生縁（１４、１６）が使用中これらの渦発生縁（１４、１６）によってカルマン渦を発生させるような形態となるようにされ；
渦流センサ（２４）がその設置位置に関して渦発生縁（１４、１６）から下流に配置され；
音響変換器（２０）が、測定管（４）内の流路に突出するブラフボディ（８）と一体化され、第二相の粒子及び／または液滴の前記ブラフボディ（８）への衝突によって生成された音響信号が、音響変換器（２０）によって電気信号へ変換可能な形態で音響的にかかるブラフボディ（８）と結合されることを特徴とする。
【請求項２】
渦流測定装置のブラフボディ（８）が、渦流測定装置の設置位置において、流れ方向（６）に対して本質的に垂直かつ流れに面する衝突領域（１０）を有することを特徴とする、請求項１に記載の渦流測定装置。
【請求項３】
音響変換器（２０）が、圧電変換器または容量性変換器によって形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の渦流測定装置。
【請求項４】
音響変換器（２０）が、測定管（４）の外側に設置され、渦流測定装置のブラフボディ（８）に音響的に結合されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項５】
渦流測定装置の電子機器が、音響変換器（２０）によって提供される電気信号が所定の基準にしたがって電子機器によって評価される形態であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項６】
渦流測定装置の電子機器が、音響変換器（２０）によって提供される電気信号が電子機器によって測定されるべきバンド幅へフィルタリングされる形態であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項７】
渦流測定装置の電子機器が、測定変数がスペクトル信号処理及び／または音響変換器（２０）によって提供される電気信号の統計学的測定を用いて決定され、前記測定変数が所定の基準に基づいて測定される形態であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項８】
渦流測定装置の電子機器が、音響変換器によって提供される、時間に対して記録された、フィルタリングされた電気信号の値からＲＭＳ値（ＲＭＳ：平均二乗平方根；二次平均値）を形成し、電子機器が前記ＲＭＳ値を測定変数として評価する形態であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項９】
渦流測定装置の電子機器が、個別の粒子及び／または液滴の数及び質量もしくはキャリブレーションならびに粒子流及び／または液滴流の速度から決定される電圧変換率を用いて測定変数から粒子流及び／または液滴流の質量流量を測定し；
電圧変換率が個別の粒子及び／または液滴の運動エネルギーもしくは粒子流及び／または液滴流の運動エネルギーと測定変数とを相互に関連させる形態であることを特徴とする、請求項７または８に記載の渦流測定装置。
【請求項１０】
渦流センサ（２４）が、使用中に圧力変動が記録され、電気測定信号へ変換される形態であって；渦流測定装置の電子機器が、記録された圧力変動から渦周波数を決定し、渦周波数に基づいて多相媒体の第一相の流速を決定する形態であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項１１】
第二相の粒子流及び／または液滴流を均質にするための少なくとも１つのダイヤフラム、特に篩形状の、穴のあいた、または格子状のダイヤフラムが流れ方向（６）に対して渦流測定装置のブラフボディ（８）の前に配置され；音響変換器（２０）がブラフボディ（８）内に一体化された形態であるか、または、ブラフボディ（８）に音響的に結合されることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項１２】
管壁に沿って流れる壁流、特に測定管路内を流れる多相媒体のリブレット形状における第二相または第三相を検出するために、渦流センサ（２４）が、圧力変動に応答し、測定管（４）の管壁に少なくとも部分的に隣接して配置される高感度部分（２６）を有し、流体の第一相、特に気体の第一相が第二相または第三相より低い密度を有し；渦流測定装置が使用中に高感度部分（２６）によって記録される圧力変動が電気測定信号に変換される形態であり；使用中、電気測定信号が処理される渦流測定装置の電子機器が測定管（４）の管壁に沿って流れる多相媒体の第二相または第三相の壁流と渦流センサ（２４）の高感度部分（２６）との相互作用に関する特性を有する測定信号を記録するに際して、測定管（４）内の第二相または第三相の壁流の存在が推定される形態であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の渦流測定装置。
【請求項１３】
渦流測定装置の電子機器が、時間に対する、渦流センサ（２４）によって記録された好ましくは狭いバンドでフィルタリングされた測定信号の振幅変動が、第一相の純粋な単相流と比較すると増加する測定信号が、測定管（４）の管壁に沿って流れる流体多相媒体の第二相または第三相の壁流と渦流センサ（２４）の高感度部分（２６）との相互作用に関する特性を有する形態であることを特徴とする、請求項１２に記載の渦流測定装置。
【請求項１４】
渦流測定装置の電子機器が、渦流センサ（２４）によって記録された好ましくは狭いバンドでフィルタリングされた測定信号の振幅変動の測定値である統計学的変数が、電子機器によって測定信号から決定可能であり；相関関係との関連で、多相媒体の所定の第二相または第三相の壁流の既知の質量流量、測定信号から多相媒体の第一相の異なる流速について決定された渦周波数、及び統計学的変数の関連した決定値が、キャリブレーションとの関係で互いに関係を有して設定され；所定の第二相または第三相の質量流量が、測定信号及び測定信号から決定される統計学的変数から渦流測定装置によって決定される渦周波数から電子機器によって決定可能である形態であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の渦流測定装置。
【請求項１５】
測定管路を流れる、少なくともときに２以上の相媒体の渦流測定装置（２）を観測し、及び／または測定する方法であって、
前記相が第一相、特に第一密度を有する気体の第一相、及び第二相、特に第一密度とは異なる第二密度を有する粒子状または液滴状の第二相を有し；
前記渦流測定装置（２）が、少なくとも、測定管路に挿入された測定管（４）、ブラフボディ（８）、及び圧力変動に応答する渦流センサ（２４）から構成され；
ブラフボディ（８）が、前記ブラフボディ（８）の両側に流路が形成されるように、かつ、少なくとも２つの渦発生縁（１４、１６）が、カルマン渦が前記渦発生縁（１４、１６）によって発生するようブラフボディ（８）の両側にあるような形態となるように流れ方向（６）の横方向に測定管（４）に向かって延伸し；
渦流センサ（２４）が渦発生縁（１４、１６）から下流に配置され、
Ａ）渦流測定装置（２）の測定管（４）内の流路に突出したブラフボディ（８）への第二相の粒子及び／または液滴の衝撃によって生成された音響信号の音響変換器（２０）によって記録するステップ、及び
Ｂ）音響変換器（２０）によって記録された音響信号を音響変換器（２０）によって電気
信号へ変換するステップ、
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブル部分に定義された渦流測定装置に関し、また、測定管路内を流れる媒体であって、少なくともときに２相を有し、そのうち第一相、特に気体の第一相が第一密度を有し、第二相、特に粒子または液滴の形態での第二相が第一密度とは異なる第二密度を有する媒体を観測し、及び／または測定する方法に関する。本発明は、流体に突出したブラフボディ及び特にブラフボディから下流にまたはブラフボディ内に配置された渦流センサを用いて行われる。
【背景技術】
【０００２】
渦流測定装置は、測定管路内の流体の流量を測定するために、特に、高温域の気体流または蒸気流を測定するために頻繁に適用されている。かかる渦流測定装置においては、流体が、流れ障害物の両側を流れ去ることができるように、流れ障害物が流路に配置される。この場合、渦が流れ障害物の両側に形成される。そしてこの場合、幅広いレイノルズ数領域にわたって、前記渦が流れ障害物の両側に交互に発生し、渦が互い違いに配置されることとなる。かかる互い違いの渦の配置はカルマン渦列と呼ばれる。この場合において、渦流測定装置において利用されているのが、渦が形成される渦発生周波数が、幅広いレイノルズ数領域にわたって各流体の流速に比例するという原理である。
したがって、記録された、以下渦周波数と呼ぶ渦発生周波数から、及び特定種類の渦流測定装置に特徴的なキャリブレーション係数から、流速が決定される。
【０００３】
この場合において、渦流測定装置は、一般に、その流路にブラフボディが流れ障害物として配置される測定管を含む。この場合において、好ましくは、ブラフボディが、特定の流体がブラフボディの両側を流れ去ることができるような形で、測定管の内部断面のかなりの部分にわたって完全に、またはこれを越えて直径方向に延伸する。この場合において、一般に、ブラフボディは、その両側に、所定の場合には丸みを帯びていてもよい、少なくとも２つの発生縁を有する。発生縁は、渦の発生を支援する。操作上、測定管は、使用中は、その流量が測定されるべき測定管路に適用され、かかる流体が測定管を通過して流れ、少なくとも部分的にブラフボディに逆らって流れるようにする。
【０００４】
加えて、渦流測定装置は、通常、渦によって生成された圧力変動に応答する少なくとも１つの渦流センサを含む。この渦流センサは、前記２つの発生縁の下流に配置される。この場合、渦流センサは、特に別個のコンポーネントとしてブラフボディ内またはブラフボディから下流に配置されることができる。渦流センサによって記録された圧力変動は、電気測定信号に変換され、その周波数は流体の流速に正比例する。追加的に流体密度が確定すると、またはその旨知られると、流体の質量流量が流速と密度とから計算される。
【０００５】
上記種類の渦流測定装置は、なかでも単相の媒体、例えば蒸気流や液流など、特に流体（液体、気体）を測定するために適用される。しかしながら、特別の用途においては、第二相やその他の相が液流内で発生し得る。以下では、簡略化のために、測定管路内を流れる２以上の相の媒体の第一相及び第二相であって、前記第一相及び第二相が最大質量流量フラクションを有する２つの主な相を示すものについて議論する。その他の相は、１つの相または２つの相に、特に固体粒子として含めることもできる。
この場合において、流れる２以上の相の媒体の第一相及び第二相は、例えば蒸気内の水リブレットのように、同一物質の異なる凝集状態たり得るし、または、例えば液体にとり込まれた砂等のように、２つの異なる物質たり得る。好ましくは、第一相ならびに第二相は、各場合において流体（液体、気体）である。この場合に、同様に、液滴流／粒子流は、単相だけではなく、特に２つの異なる物質を含むこともできる。
以下に説明するさらなる発展の諸形態における変形については、たとえその都度（「少なくとも第二相」という記載によって）明示されていなくとも、この変形に関して記載されたものとする。本発明は、特に、２つの相の混合物であって、２つの相の間の密度差が非常に大きく、前記２つの相が混合（または少ししか混合）せず、第二相が粒子または液滴の形態で第一相の流れによってとり込まれる場合に適用可能である。
【０００６】
渦流測定装置において、２以上の相の発生が渦周波数から確定される流速の測定誤差を生じさせることが知られている。
【０００７】
基本的には、少なくとも１の第二相が、例えば気体流などの第一相の流れによって移動する方法は、様々ある。少なくとも１の第二相は流れの中を、特に比較的均一に分散された粒子及び／または液滴として移動することができる。加えて、第二相は関連する測定管路の管壁に沿って壁流、特にリブレットとして流れ得る。用途によって、第二相及び第三相の両種類の流れが平行して（少なくとも３相）、または単に個別に（少なくとも２相）起こり得る。
【０００８】
２つの異なる相の発生例としては、気体流における液体の凝集のそれがあげられる。この場合は特に、水が第二相として形成される蒸気流（水蒸気流）の発生と関連がある。上記のように、かかる場合の液体の凝集は、第一相（ここでは気体）での分散された液滴流として移動し得るが、液体の凝集は、関連する測定管路の管壁に沿って壁流として交互にまたは補足的に流れることも起こり得る。前記の流れ形態の他、例えば、砂や、より大きな粒子などの固体が気体通路内の液流または気体流として搬送されることもある。かかる場合、とり込まれた固体は、特に（所定の場合には、第一相の一部分と混合されて）細かい粒状であるとき、壁流として各測定管路の管壁を流れる。交互に、または補足的に、とり込まれた固体は、第一相の流れの中で少なくとも部分的に、管の断面にわたって比較的均一に分散された粒子流として移動し得る。
【０００９】
この場合において、多くの用途に供するためには、高い信頼度で、かつ、多大な費用増加を生じさせることなく第一相の流れにおける第二相の発生を検出することが望ましい。また、特定の場合においては、第二相のフラクション、特にその質量流量を測定することも望ましい。これは特に、蒸気がより遠距離を移動する場合の用途として望ましい。熱蒸気を測定管路への供給することは、特にエネルギーを供給する工業プラントにおいて利用されており、この目的のために液体水のフラクションが低い高品質の蒸気が必要となる。この場合には、特に、蒸気品質が９５％を超えていなければならない、といった要請が頻繁になされる。このような場合に、蒸気品質は、蒸気及び凝縮水から構成される総質量流量に対する蒸気部分の質量流量の割合として得られる。測定管路内を移動する熱蒸気は、油輸送の分野においても利用されている。
【００１０】
本発明は、主として、測定管路を流れる第一相、特に気体の第一相の流れにおける少なくとも第二相の粒子流及び／または液滴流を、高い信頼度と迅速性でもって観測し測定するという課題に関する。
【００１１】
米国特許第４，６７４，３３７号には、所定の流速で流体の流れの中を移動する粒子の数及び質量を測定する装置が記載されている。この場合、かかる装置は、所定のフラクションの粒子が衝突領域に衝突するように、流体の流れの中に配置された、本質的に平面的な衝突領域であって、各場合、本質的に同じ角度で衝突領域に衝突して衝突領域の粒子の蓄積が回避される衝突領域を含む。衝突に際して、粒子は、粒子の運動エネルギーに比例する音響信号を生成する。加えて、かかる装置は、音響信号を流れの外に導く手段ならびに、この後かかる音響信号を電気信号へ変換する手段を含む。電気信号は、個別の粒子の総数及び質量の推定がそこから得られるように、この後電子機器によって評価される。かかる場合に、米国特許第４，６７４，３３７号に記載された装置によって粒子を検出するためには、別個の装置が対応する測定管路に挿入されているか設置される形態で提供されることを要する。このため、関連費用と労力が必要となる。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、測定管路内を流れる少なくともときに２相の媒体を、高い信頼度でかつ多大な費用をかけずに観測するための渦流測定装置ならびにその方法を提供することであって；前記媒体は、第一相、特に第一密度を有する気体の第一相、及び第二相、特に第一密度とは異なる第二密度を有する液体の第二相を有し；前記第二相が主として粒子流／液滴流の形態で、好ましくは均一に分散されて管の断面を流れるものである。
【００１３】
本発明の目的は、請求項１に記載の渦流測定装置ならびに請求項１５に記載の方法によって達成される。本発明のさらなる有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。
【００１４】
本発明によれば、測定管路内を流れる少なくともときに２相以上の媒体を、観測及び／または測定するための渦流測定装置が提供される。ここで、前記媒体は、第一相、特に第一密度を有する気体の第一相、及び第二相、特に液体の第二相を有し、第一相において粒子及び／または液滴として分散され、第二密度を有する。かかる渦流測定装置は、少なくとも、測定管路に挿入可能な測定管、ブラフボディ、及び、圧力変動に応答する渦流センサから構成され；前記ブラフボディは、流路がブラフボディの両側に形成されるように、流れ方向に横方向に測定管へと延伸し；使用中に発生縁にカルマン渦が生成されるように、少なくとも２の発生縁がブラフボディ（８）の両側にある形態である。渦流センサは、その設置位置に関して、発生縁から下流に配置される。本発明によれば、渦流測定装置は、追加的に音響変換器を含むが、かかる音響変換器は、渦流測定装置のコンポーネント内に、特に測定管内の流路に突出したブラフボディと一体となるか、コンポーネント上の第二相の粒子及び／または液滴の衝突によって生成された音響信号が音響変換器によって電気信号へ変換可能となるように、かかるコンポーネントと音響的に結合された形態を有する。
【００１５】
これらを考慮することにより、本発明により、渦流測定装置は、使用中に通常、流れる２相以上の媒体の第一相の流速を、渦流センサによって記録されたカルマン渦周波数を用いて測定することが可能であると同時に、分散された粒子流及び／または液滴流の形態での少なくとも第二相の発生を迅速に（すなわちオンラインで）検出することも可能である。分散された粒子流及び／または液滴流の形態での第二相の検出のためには、この場合、装置の追加は必要ない。したがって、コンポーネントの数及びこれに伴う費用は低く抑えられる。
【００１６】
分散された粒子流及び／または液滴流の検出は、測定管内の流路に突出する渦流測定装置の（現行の）コンポーネントが第一相における粒子流及び／または液滴流の部分が同時に衝突領域として利用されるときに達成される。したがって、適切な衝突領域を提供するための別個のコンポーネントは不要となり、費用とコンポーネント構成のための労力が少なくてすむ。コンポーネント上の第二相の粒子及び／または液滴の衝突によって生成された音響信号は、これら信号を渦流測定装置（特にこれに対応した形態を有する渦流測定装置の電子機器）によって電気的に処理可能、利用可能とさせるために音響変換器によって電気信号へと変換可能となる。検出は、例えば、数値が電気信号の所定の制限値またはこれから派生する変数を超過する場合に、電子機器が第二相の粒子流及び／または液滴流を検出する形態で渦流測定装置の電子機器によって行われる。かかる場合、本発明の渦流測定装置は、音響変換器と渦流センサのセンサ配置との統合及び関連する電子機器と(既存の)渦流測定装置の電子機器との統合を追加的に可能にし、さらなる費用の発生を防ぐことができる。加えて、渦流測定装置によって少なくとも第二相の粒子流及び／または液滴流ならびに／もしくは増加した粒子流及び／または液滴流を検出する場合に警告／またはエラーレポートが出力されるものとすることもできる。
【００１７】
かかる場合に、第一相及び（少なくとも１の）第二相はそれぞれ、例えば水蒸気における水滴の場合のように、同一物質の異なる凝集状態たり得るし、または、例えば液体や気体にとり込まれた固体粒子（例えば砂）のように、２つの異なる物質たり得る。本発明の実施形態は、第一相が気体で、第二相が液体であり、かかる第一相と、少なくとも部分的に流れる気体中に分散された液滴として移動する液体である第二相との組み合わせに関する。本発明は特に、第二相が（水滴として少なくとも部分的に分散された形態で移動する）水で、第一相が水蒸気の組み合わせに関する。このような場合に、１を超える媒体、特に少なくとも２つの異なる物質の粒子から粒子流及び／または液滴流が形成される。このような場合に、粒子流及び／または液滴流は複数の媒体、特に少なくとも２つの異なる物質の粒子から形成されることができる。以下で説明するさらなる発展形態は、その都度（「少なくとも第二媒体または相」との記載により）明示されなくても、この変形に関する。このような場合に、「分散された粒子流及び／または液滴流」とは、一般的に、少なくとも第二媒体または相が（少なくとも部分的に）第一相において粒子流及び／または液滴流として分散され、第一相によって移動する流れを意味する。
【００１８】
本明細書で明記される特別な特徴の他に、渦流測定装置は、基本的に、最新技術に基づく特に知られた方法で構成されることができる。特に、渦流測定装置の基本的な構成は、序論で説明された渦流測定装置に対応させることができる。渦流センサの配置及び構成に関して、例えば、ブラフボディの一体部分として、またはブラフボディから下方に配置されるパドルとして別個の部分としてなど、異なる変形が可能である。用語「音響変換器」は、入ってくる音響信号を記録し、これらを各音響信号に対応する電気信号へ変換する変換器またはセンサを指す。変形としては、音響変換器は、例えば、コンポーネント中、第二相の粒子及び／または液滴が衝突するコンポーネントの場所または領域で直接一体的に形成されることができ、生成された音響信号を直接記録することができる。あるいは、衝突領域から距離をおいて、例えばコンポーネント中に一体化させたり、コンポーネントと別個の構成とさせたりすることもできる。後者の場合、粒子または液滴が衝突するコンポーネントの場所における音響信号（音波）が音響変換器へと伝播するようにコンポーネントに音響的に結合されなければならない。音響変換器は特に、測定管の外側に配置されることもできる。
【００１９】
有利なさらなる発展形態において、渦流測定装置のコンポーネント、特にブラフボディは、流れの方向に対して本質的に垂直に向けられた衝突領域を有する。かかる衝突領域は、渦流測定装置の設置位置にて流れに面する。このようにして、粒子流及び／または液滴流が衝突領域に直接的に流れ込み、測定管の内断面の総面積に対する衝突領域の大きさの割合が容易に測定可能となる。加えて、粒子及び／または液滴は、本質的に同じ角度で衝突領域に衝突する。これらの特性は、粒子流及び／または液滴流の形態での第二相の信頼度の高い検出に有利であるばかりではない。これらの特性は、測定管の内部断面全体にわたって流れる粒子流及び／または液滴流を定量的に推定するための計算を容易にする。
【００２０】
好ましくは、粒子流及び／または液滴流の衝突領域が音響的に記録されているコンポーネントは、渦流測定装置のブラフボディから形成される。しかしながら、この目的のために、例えば、ブラフボディとは別個の渦流センサのパドルとしての形態を有する他のコンポーネントが代用されることもできる。ブラフボディは、通常、断面図において三角形（つまり△の形状）であり、ブラフボディ領域は流れ方向に垂直かつ流れに面するという利点を有する。この流れに面する領域は、この場合に、流入する粒子及び／または液滴のための確定した面積の衝突領域を形成する。したがって、粒子流及び／または液滴流の定量的な測定のために、測定管の内部断面に対するその割合が容易に測定されることができる。２つの追加的な表面が流れ方向において互いに向かい合い、ブラフボディの幅が流れ方向に向かって先細りするようにする。衝突領域の両側の各側面の推移を形成する２つの発生縁は、丸みを帯びた形状とすることもできる。ブラフボディの形状を既に述べた三角形の断面とする他、粒子流及び／または液滴流の衝突を音響的に記録するためのコンポーネントとしての用途に非常に好適な代替的形状が存在する。ブラフボディを適用することのさらなる利点は、流入する流れが、ブラフボディの前の領域で、ブラフボディでの交互の渦発生によって影響を受けることである。これにより、ブラフボディの衝突領域はぴったり垂直な方向からの影響を受けずにすむ。その代わりに交互の側で僅かな傾斜をもって（渦発生の周波数に対応して）影響を受ける。このようにして、ブラフボディの衝突領域上での粒子及び／または液滴の堆積が効果的に回避される。
【００２１】
基本的には、音響変換器によって音響信号を電気信号へ変換することは、種々異なる方法で起こり得る。有利なさらなる形態において、音響変換器は、圧電変換器または容量性変換器として形成される。
【００２２】
有利なさらなる形態において、音響変換器は、測定管の外側に配置され、また、渦流測定装置のコンポーネント、特にブラフボディに音響的に結合される。このようにして、音響変換器は処理温度や処理圧力から大いに切り離され、その機能がこうした変数によって影響を受けないように、また影響を受けたとしても僅かな影響にとどまるようにする。
【００２３】
有利なさらなる発展形態においては、渦流測定装置の電子機器は、音響変換器によって提供される電気信号が所定の基準にしたがって電子機器によって評価される形態を有する。粒子流及び／または液滴流が電気信号の特性によって検出されるとき（例えば、所定の信号レベルを超える場合）に、特に所定の基準によって固定させることができる。この電子機器は、このような場合、渦流センサの測定信号を評価するために既に提供された渦流測定装置の（既存の）電子機器と一体化することができる。ここで、「電子機器」とは、信号、特に電気信号がアナログ方式で処理される電子回路、ならびに、電気信号がデジタル方式で処理されてデジタル方式で作動する回路またはプロセッサが参照される。これらの２つの形態は、特に、組み合わせて使用することもできる。
【００２４】
有利なさらなる発展形態においては、渦流測定装置の電子機器は、この電子機器によって音響変換器によって提供される電気信号が評価されるべきバンド幅へとフィルタリングされる形態を有する。このようにして、関係のある周波数レンジではない周波数を有する攪乱信号による誤差が回避され得る。これに伴い、例えば、フィルタリング前のみならずフィルタリング後の各電気信号の増幅など、その他の信号処理がさらに行われ得る。
【００２５】
有利なさらなる発展形態においては、渦流測定装置の電子機器は、電子機器が音響変換器によって提供される電気信号からスペクトル信号処理及び／または統計学的評価によって測定変数を決定する。この測定変数がこの後、所定の基準にしたがって評価される。例えば、このような測定変数のために、制限値は、固定されることができ、この値を上回ったり下回ったりした場合に粒子流／液滴流の存在と相対比較した警告レポート及び／またはこれに相当する（例えばディスプレイを介した）レポートがユーザへと出力されるようにする。加えて、粒子流／液滴流の形態での第二相に対する定量的な情報を求めることができるために、かかる測定変数に基づいて、さらなる発展形態を参照して以下説明するように、その他の計算方法も行うことができる。
【００２６】
有利なさらなる発展形態においては、渦流測定装置の電子機器は、経時的に記録され、音響変換器によって提供され、所定の場合にあってはフィルタリングされた電気信号の値から、特にＲＭＳ値（ＲＭＳ：二乗平均平方根；二次平均値）を形成し、これを測定変数として評価することができる。ＲＭＳ値がさらなる測定のための測定変数として非常に適切であることが実験的に見出されている。例えばＮ個の異なる時間ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）において記録された、（この場合フィルタリングされた）電気信号Ｓ（ｔｉ）のＮ個の値が
0005443514.tif 000002
考慮される場合には、ＲＭＳ値は以下の方程式に基づいて得られ得る。
【数１】
0005443514.tif 000003
【００２７】
有利なさらなる発展形態においては、渦流測定装置の電子機器は、キャリブレーションによって測定される電圧変換率であって、個別の粒子及び／または液滴の運動エネルギーもしくは粒子流及び／または液滴流の運動力と測定変数の相関性、及び粒子流及び／または液滴流の速度から得られた電圧変換率を用いて、電子機器が測定変数から個別の粒子及び／または液滴の数及び質量、あるいは、粒子流及び／または液滴流の質量流量を測定する形態を有する。このようにして第二媒体の粒子流及び／または液滴流の定量的測定が可能である。
【００２８】
用途に応じて、電圧変換率は、第一変形において、例えば上記の
0005443514.tif 000004
個別の衝突粒子または液滴の運動エネルギーＥＫＩＮと電圧変換率Ｃ１を介して相関関係を有するようにして、キャリブレーションを介して選択され、測定されることができる。この関係性は以下の方程式（２）にて示されるが、式中ｍｐは個別の粒子または液滴の質量であり、ｖはその速度である。
【数２】
0005443514.tif 000005
【００２９】
方程式（２）から明らかなように、個別の粒子または液滴の質量ｍｐは、
0005443514.tif 000006
電圧変換率Ｃ１、及び速度ｖから決定されることができる。粒子速度ｖは、さらなる発展形態を参照して下記で説明されるように、渦周波数から渦流測定装置によって決定されることができる。この第一変形は、特に粒子流及び／または液滴流中の個別の粒子及び／または液滴の密度が十分に低く、渦流測定装置の関連するコンポーネント上の個別の粒子及び／または液滴の異なる衝突点が別個に音響的に検出可能な場合に有利である。粒子及び／または液滴の数は、各衝突を計算することによって確定される。
【００３０】
用途に応じて、電圧変換率は、第二変形において、例えば上記の
0005443514.tif 000007
個別の衝突粒子または液滴の運動エネルギーＰＫＩＮと電圧変換率Ｃ２を介して相関関係を有するようにして、キャリブレーションを介して選択され、測定されることができる。この関係性は、以下の方程式（３）にて示されるが、式中ｍ／ｔは粒子流及び／または液滴流の質量流量であり（但し、ここで考慮されるのは粒子及び／または液滴の質量のみであって第一相の質量ではない）、ｖはその速度である。
【数３】
0005443514.tif 000008
【００３１】
方程式（３）から明らかなように、粒子流及び／または液滴流の質量流量ｍ／ｔは、
0005443514.tif 000009
電圧変換率Ｃ２、及び速度ｖから決定されることができる。粒子速度ｖは、さらなる発展形態との関係で下記に説明されるように、渦周波数から渦流測定装置によって決定されることができる。この第二変形は、特に、粒子流及び／または液滴流中の個別の粒子及び／または液滴の密度が十分に高く、渦流測定装置の関連するコンポーネント上の個別の粒子の異なる衝突がもはや別個に音響的に検出不能な場合に有利である。
【００３２】
第一変形、第二変形の双方の場合において、電圧変換率Ｃ１またはＣ２は、キャリブレーションと所望の計算を容易にするために、定数として選択されることができる。あるいは、電圧変換率Ｃ１またはＣ２は、例えば、温度または圧力などの追加的変数の関数として定義されることもできる。このようにして、定量的測定に影響を与える他の要因が考慮されることができる。
【００３３】
有利なさらなる形態において、渦流センサは、使用中、渦流センサによって圧力変動が記録され電気測定信号へ変換される形態であり、渦流測定装置の電子機器は、電子機器が記録された圧力変動から渦周波数を測定し、同時に渦周波数から第一相（ならびに粒子流及び／または液滴流）の流速を測定する形態である。上記のように、渦周波数は、レイノルズ数の幅広いレンジにわたっての各々測定される流体の流速に比例する。この依存性は、渦流測定装置における測定される流体の速度を測定するうえで一般的に知られており、公知の方法で利用されている。この依存性によって、粒子流及び／または液滴流の流速ｖが、（粒子流及び／または液滴流が第一流体の流速と同じ流速で流れるという仮定の下）渦周波数から本発明のさらなる形態によって提供される第一相の流速と同時に測定される。したがって、渦流測定装置によって測定された粒子流及び／または液滴流の流速ｖは、方程式（２）及び／または方程式（３）において当てはめができ、ここから、個別の粒子または液滴の質量ｍｐもしくは粒子流及び／または液滴流の質量流量ｍ／ｔが測定されることができる。  
【００３４】
有利なさらなる形態において、渦流測定装置は少なくとも１つのダイヤフラム、特に篩形状の、穴のあいた、または格子状のダイヤフラムが流れ方向に対して渦流測定装置のコンポーネントの前に配置され、第二相の粒子流及び／または液滴流を均一にするために音響変換器がコンポーネント内に一体化された形態であるか、コンポーネントに音響的に結合される。測定管の内部断面にわたって分散される粒子流及び／または液滴流の均一化は、かかるダイヤフラムによって達成されることができる。測定管内の個別の粒子及び／または液滴の総数及び質量、もしくは粒子流及び／または液滴流の総質量流量は、コンポーネント上の衝突に基づいて測定された個別の粒子及び／または液滴（第一変数をみよ）の質量から（線形的に）もしくは粒子流及び／または液滴流の質量流量（第二変数をみよ）から容易に推定されることができる。かかる場合に、１つまたは複数のダイヤフラムが、渦流測定装置のコンポーネントの前に配置されることができる。特に、配置は、できる限り均一に分散された粒子流及び／または液滴流が測定管の内部断面全体にわたって達成される方法で最適化されることができる。
【００３５】
加えて、少なくとも１つのダイヤフラムは、測定管の管壁まで延伸するように配置されることもできる。これによって、第二相または第三相は、測定管の管壁に沿って流れる壁流の形態で、渦流測定装置の領域で、また、特に、音響的記録を行うコンポーネントの領域で、粒子流及び／または液滴流として流れるよう強いられ得る。このようにして、壁流として測定管の管壁を流れる第二相または第三相のフラクションも検出されることができ、所定の場合には、本発明の渦流測定装置によって定量的に記録されることができる。しかしながら、壁流を粒子流及び／または液滴流へと変換するダイヤフラムは、全用途において提供可能な訳ではない。
【００３６】
また、壁流の形状の第二相または第三相を直接観測し、所定の場合には、壁流の形状の第二相または第三相を定量的に記録することが望ましい。そこで、有利なさらなる形態においては、測定管路を流れる壁流の形状の第二相または第三相、特に測定管路を流れる多相媒体の管壁を流れるリブレットの形状の第二相または第三相を検出するために、渦流測定装置の渦流センサが圧力変動に応答し、測定管の管壁に少なくとも部分的に隣接する高感度部分を有する形態が提供される。かかる場合、流体の第一相、特に気体の第一相は、第二相または第三相よりも低い密度を有する。かかる場合、渦流測定装置は、高感度部分によって記録される圧力変動が電気測定信号へと変換される形態となる。加えて、使用中に渦流測定装置において電気信号を処理する電子機器は、測定管の管壁に沿って流れる第二相または第三相の壁流と渦流センサの高感度部分との相互作用という特性を有する測定信号を記録する場合、測定管内の第二相または第三相の壁流の存在が推定される形態とされる。
【００３７】
これらを考慮することにより、このさらなる発展形態により、渦流測定装置を使用して使用中に記録された渦の渦周波数から第一相、特に気体の流速を測定でき、同時に第二相及び／または第三相の壁流の発生、特に測定間の管壁に沿って流れるリブレットの発生の検出を迅速に（オンラインで）行うことができる。かかる場合に、壁流を検出するための補足的な装置は必要ない。したがって、コンポーネントの数や、これに伴い生じる費用も低く抑えることができる。このような場合、観測は、特に、高感度部分を通り過ぎる壁流が高感度部分と相互に作用するように、測定管の管壁と少なくとも隣接する、高感度部分の配置によって達成される。第一相の渦に加えて、第二相または第三相の壁流に関連する相互作用はこれに応じて高感度部分によって記録され、これにより、壁流と渦流センサの高感度部分との相互作用に特徴を有する測定信号が生成される。この測定信号に基づいて、容易な方法で、第二相または第三相が壁流の形態で存在するか否かが決定される。これは、好ましくは渦流測定装置（特に渦流測定装置の電子機器）内で自動的に起こり得て、ユーザにディスプレイされるか、その他の方法で知られる。
【００３８】
このさらなる発展形態において、所定の場合に時々起こり得るが、粒子流及び／または液滴流の形状での他の相に加えて、壁流の形状での少なくとも１つの相が検出されることができる。好ましくは、各相（壁流ならびに粒子流及び／または液滴流）は、それぞれ、液体の集合状態における１つの媒体である。さらなる発展形態は、特に第一相と少なくとも第二及び／または第三相の混合物において適用され得る。かかる混合物においては、第一相と第二相及び／または第三相との密度差が非常に大きく、測定管路を流れる際に第二相／第三相と混合しないか殆ど混合せず、少なくとも部分的に壁流という形状で流れる。かかる仮定の下で、第二相及び／または第三相は通常、傾きを有するまたは水平な測定管路（または測定管）において測定管路（または測定管）の下方の管壁部分に沿って流れる。
【００３９】
管壁上の高感度部分の「隣接した配置」とは、高感度部分が測定管の管壁上に直接存在する配置ならびに高感度部分が測定管の管壁に非常に近い位置にあり、典型的に起きる壁流によって、壁流の厚さが高感度部分から管壁までの距離より大きく、そのため壁流と高感度部分との相互作用が起き得る配置を指す。加えて、高感度部分は、第一相の流れとの相互作用も起きるように、さらに測定管の内部空間へと延伸していることが好ましい。特に、この場合に、高感度部分がブラフボディと平行に延伸し、流れ方向に対してブラフボディと並ぶようにされる。
【００４０】
測定管の管壁に沿って流れる２相以上の媒体の第二相及び／または第三相の壁流と渦流センサの高感度部分との相互作用が特徴的な測定信号として、第一相の純粋な流れの測定信号と比較した特徴的な偏差を有する測定信号であって；これらの特徴的な偏差が渦流センサの高感度部分と相互に作用する２相以上の流体の第二相（第三相）の壁流によってもたらされる測定信号を特に考慮することができる。この場合、かかる相互作用は、高感度部分の配置により、好ましくは直接的である。つまり、ここで「直接的」とは、壁流が高感度部分を直接的に（所定の場合には、高感度部分と接触して）流れすぎ、これによって圧力変動が生じて高感度部分に記録されることを意味する。
【００４１】
有利なさらなる発展形態において、測定管は垂直方向から外れた角度、特に水平に配置され、渦流センサの高感度部分が測定管の下半分に、特に測定管の最下面部材に配置される。測定管のこのような水平なまたは傾斜を有する配置によって、重力により、第二相または第三相の壁流は主に測定管の下半分に集まる。
【００４２】
したがって、第二相または第三相の壁流は、測定管の下半分、特に、測定管の最下面部材の高感度部分の目標とする配置を通して、渦流測定装置によって確実に検出される。好ましくは、この場合に、測定管は、重力が第二相の流速に影響を与えないよう、または顕著な影響を与えないよう、水平に、つまり、重力方向に垂直に、または本質的に水平に配置される。
【００４３】
さらなる有利な発展形態において、渦流センサの高感度部分は、ブラフボディで発生した渦によってもたらされた圧力変動によって揺動運動に置換可能な揺動部分によって形成される。この場合に、電気測定信号は、揺動部分の揺動運動を記録することにより、及び、これを電気測定信号へ変換することによって生成される。かかる変換は、この場合において、好ましくは、時間の関数として電気測定信号の振幅が揺動運動に応答するようにして起きる。この場合に、揺動運動から電気測定信号への変換は様々な方法で起き得るが、特に、揺動部分の各位置のキャパシタンス、ピエゾ抵抗、光学的、超音波、サーミスタまたは前記各位置の機械的な記録によって、ならびに圧力または歪み、測定基準によって揺動部分の特定の位置を記録することによって起き得る。
【００４４】
揺動部分の各（時間依存）部位の記録は、ＤＳＣ（デジタルスイッチドキャパシタ）センサによって特に行うことができる。この種類のセンサの場合、揺動部分の揺動運動は、２つの電気的に接続されたキャパシタンスによって電荷の変化の差動に変換され、これに適した測定電子機器によって評価される。
【００４５】
このような種類のＤＳＣセンサの場合、例えば、揺動部分の揺動運動がスリーブ状の中間電極へと変換される。かかるスリーブ状の中間電極は、特に、揺動部分の延長部に直接配置される形態とすることができる。加えて、外部電極が、圧力変動から分断されて備えられる；かかる外部電極は、スリーブ状の中間電極の周辺に同心円状に配置された２つの半殻から形成される。したがって、スリーブ状の中間電極が、２つの半殻の各々に対して２つのキャパシタンスＣ１及びＣ２を形成する。通常、外部電極は、このような場合、圧力変動から分断されて、外部の攪乱要素による影響によって起きる動きから切り離されて低位置に配置される。揺動部分の揺動運動に対応して、キャパシタンスＣ１及びＣ２が変化し、これらのキャパシタンスの変化が適切な測定電極によって評価される。
【００４６】
上記説明されたように、特に揺動殻としての形態を有する渦流センサの揺動部分が、ブラフボディに一体化されることができる。揺動部分は、特に、ブラフボディのブラインドボアに位置することができる。このような場合、かかるブライドボアは、揺動部分が圧力変動を感知できるように測定管内で１または複数の通路を介して流れと連接する。加えて、渦流センサは、通常、圧力変動とは別個の部分であって、かかる別個の部分が、例えば、揺動部分、特に揺動殻内に配置される部分を含む。このような場合、通常、圧力変動とは別個の部分は、外部の攪乱要素による影響から切り離されて定位置に配置される。このようにして、揺動部分と、前記別個の部分との距離の変化が記録され、上記説明した方法の１つを使用して電気測定信号へと変換されることができる。このような場合、本発明による通路は、測定管の管壁に沿って流れる第二相または第三相の壁流と渦流センサの揺動部分との相互作用が可能となるように、少なくとも測定管の管壁と隣接している。測定管が傾きをもって、または水平に配置されている場合は、通路は、好ましくは、少なくとも部分的に測定管の下半分に配置される。
【００４７】
加えて、渦流センサの揺動部分は、ブラフボディから下流に配置された、別個に形成された揺動パドルまたはブラフボディ内に一部または全部が配置され、キャビティを通過して導入され、測定管の壁から流路へと延伸する揺動パドルによって形成されることができる。このような場合、パドルは、（測定管へ向かって）本質的に放射状かつブラフボディに平行に延伸し、測定管の延伸方向に沿ってブラフボディと並んで配置されることができる。再び、この実施形態の場合には、渦流センサは、通常、圧力変動とは別個の部分を含む。この場合、圧力変動とは別個の部分は、通常、外的撹乱要因による動きに影響されることなく、位置決めされた状態で配置される。したがって、上記説明した方法中１つの方法において、揺動部分とは別個の部分の間の距離変化が記録され、電気測定信号へと変換されることができる。
【００４８】
時間依存の（電気的な）測定信号ｙ（ｔ）は、概ね、重畳されたノイズフラクションを有する周波数／振幅変調信号によって記載されることができる。これは時間依存の振幅Ａ（ｔ）を有する正弦波振動、及び同様に時間依存の相Θ（ｔ）、そしてこれらに加えて異なる発生源、異なる特徴を有する追加的ノイズフラクションＲ（ｔ）によって記載されることができる実際の渦流信号から構成される。したがって、フローノイズによって、流れにおける差圧変動からのノイズが生じる。ノイズフラクションは、振動またはセンサや測定装置の構造によって起こる共鳴信号によっても起き得る、重畳的発振によって起き得るが、こうした発振がセンサへ機械的に結合される。渦流信号は、結果として、以下の式（４）にて概ね表すことができる。
【数４】
0005443514.tif 000010
【００４９】
時間依存の振幅Ａ（ｔ）は、平均振幅Ａ０と追加的な振幅変化量Δａから構成されるが、これは平均値０及び変化量δＡ２の仮のガウス分布を有する。可変位相Θ（ｔ）と、瞬時渦周波数ｆｍｖ（ｔ）との関係は、瞬時渦角周波数ωｍｖ（ｔ）と周波数変調ｍ（ｔ）の時間積分によって求められる追加的位相ノイズから構成される可変位相Θ（ｔ）の第一微分係数によって得られる。かかる周波数変調は、平均値０及び変化量δＲ２のガウス雑音と考えられる。典型的な測定信号及びそのスペクトルを図２に示す。
【００５０】
流体におけるリブレットまたは壁流形状の第二相を観測し、この第二相の体積分率または質量分率を評価するために、好ましくは、測定信号ｙ（ｔ）が、最初に中心周波数としての渦周波数を有する小さい相対的バンド幅にてフィルタリングされる。これは、さらなる発展形態を参照して以下説明される。フィルタリングされた実数信号ｓ（ｔ）または、特にフィルタリングされた実数信号ｓ（ｔ）の振幅Ａｓ（ｔ）も、第二相の存在とその質量分率に関する記載を可能にするために必要な情報を有する。好ましくは狭いバンドによってフィルタリングされた信号の振幅の変動はこうして（好ましくは振幅Ａｓ（ｔ）の標準偏差によって、または狭いバンドによってフィルタリングされた信号ｓ（ｔ）の尖度によっても）統計学的に記録され、表され、第二相の質量分率または体積分率の存在を検出するために、及び／または第二相の質量分率または体積分率を測定するために考慮に入れられる直接的な尺度を示す。
【００５１】
上記の選択的なフィルタリング及び信号処理の可能な実施形態の変形を本明細書に記載する。振幅Ａｓ（ｔ）は、フィルタリングされた測定信号ｓ（ｔ）の分析信号によって、特に得ることができる。このため、フィルタリングされた測定信号は、ヒルベルト変換によってフィルタリングされた分析信号ｓａ（ｔ）へと変換される。
【数５】
0005443514.tif 000011
式中、Ｓａ（ｔ）は、フィルタリングされた実数信号ｓ（ｔ）に対応する実数部分Ｉ（ｔ）（同相信号）と虚数部分Ｑ（ｔ）（直交信号）から構成される。上記式中ｊは、虚数単位（−１）である。
時間ｔ＝ｔｉの地点での瞬時振幅大きさ|Ａｓ（ｔ）|は、方程式（６）を用いて計算することができる。
【数６】
0005443514.tif 000012
【００５２】
さらに瞬時渦周波数は、位相Φ（ｔ）を時間で微分することにより、分析信号から計算されることができる。
【数７】
0005443514.tif 000013
【００５３】
測定管の壁に沿って流れる第二相または第三相の壁流と第一渦流センサの高感度部分との相互作用により、狭いバンドでフィルタリングされた分析信号ｓａ（ｔ）の振幅の増加した変動が経時的に測定可能となる。それゆえに、かかる相互作用によって、記録された測定信号、好ましくは狭いバンドでフィルタリングされた測定信号の増加振幅の変調が起きる。これらの変動は、統計学的に評価され、所定の場合に壁流が第二相の形状で起きているか、また起きているとすれば、壁流が第二相の形状にていかなる質量分率／体積分率で起きているのか知るための手段として考慮される。したがって、狭いバンドでフィルタリングされた分析信号ｓａ（ｔ）の|Ａｓ（ｔ）|、すなわち振幅大きさの変動を経時的に測定することにより、第二相の壁流が容易に検出され、測定されることができる。好ましくは、かかる場合、渦流測定装置内の振幅大きさの変動|Ａｓ（ｔ）|が、例えば、特に、これに対応した実施形態の電子機器によって自動的に評価され、観測される。「電子機器」という用語に関しては、本願においては、信号、特に電気信号がアナログ方式で処理される電子回路、ならびに、電気信号がデジタル方式で処理されてデジタル方式で作動する回路またはプロセッサを指す。特にこれらの２つの形態は、併用されることもできる。
【００５４】
振幅の測定及び振幅変動の統計学的な評価のためには、その他の発展形態が考慮されることが知られている。したがって、例えば、整流器及び整流器の後に接続された低域通過フィルターも、平均振幅とその変動とを検出することができる。振幅変動の評価がその他の方法にて行われることも知られている。
【００５５】
先行する項のいずれかにおいて既に記載されたように、その他の統計学的な評価の選択肢に加えて、振幅大きさ|Ａｓ（ｔ）|の標準偏差が特に考慮されることができる。振幅大きさの推定される標準偏差が大きければ大きいほど、壁流の形態で起きる第二相の割合も高いという知見が得られている。  
【００５６】
加えて、分析信号ｓａ（ｔ）の好ましくは狭いバンドでフィルタリングされた実数部分、略してｒｅ｛ｓａ（ｔ）｝の尖度は、ｓ（ｔ）に対応するものであるが、これもまた、第二相の質量／体積分率の測定方法として考慮されることができる。これは、ｒｅ｛ｓａ（ｔ）｝の尖度が大きければ大きいほど、尖度が１．５である純粋な正弦波振動からの偏差が大きくなるからである。  
【００５７】
分析信号の振幅大きさの標準偏差を測定する場合のみならず、好ましくは狭いバンドによってフィルタリングされた測定信号ｓ（ｔ）の尖度を測定する場合においても、第二相を超えるものが存在する場合であっても、事前に（２相以上の流体の第一相と第二相の特定の組み合わせについて）標準偏差または尖度の限界値を決めることができる。制限値は、その値を超える場合に第二相が存在し、そのために第二相の検出がなされて決定されることができる。加えて、さらなる限界値を追加的または択一的に固定することができ、ある第二相の質量流量が、このさらなる限界値を超えると警告レポートが出力される。
【００５８】
振幅大きさＡｓ（ｔ）の標準偏差σＡは以下の方程式（８）に基づいて計算される。
【数８】
0005443514.tif 000014
【００５９】
合計Ｎ個の値が計算式に組み込まれている。
0005443514.tif 000015
Ｎ個の値にわたって測定された振幅大きさの相加平均である。
【００６０】
好ましくは狭いバンドでフィルタリングされた測定信号ｓ（ｔ）の尖度β（すなわち正規化された四次積率）は、四次積率μ４及び標準偏差σｓから、下記に示す方程式（９）によって計算される。この場合、標準偏差σｓは、方程式（１０）によって求められ、四次中心積率μ４は方程式（１１）によって求められる。
【数９】
0005443514.tif 000016
【数１０】
0005443514.tif 000017
【数１１】
0005443514.tif 000018
【００６１】
式中、ｔｉは測定時の離散点を表す。合計Ｎ個の値が計算式に組み込まれるが、式中ｓ（ｔｉ）は狭いバンドでフィルタリングされた測定時ｔｉ時点での測定信号の値であり、
0005443514.tif 000019
狭いバンドでフィルタリングされた測定信号のＮ個の値の相加平均である。
この場合に、四次積率である尖度βは、（その平均値周辺の）統計学的分布のピークの測定値である。四次積率以外にも、ランダム変数の期待値すなわち平均値に対応する所謂一次積率；分散に対応する所謂二次積率；正規化後の歪みとも呼ばれる所謂三次積率もある。歪みとピークは、正規分布からの偏差の測定値としても使用される。
【００６２】
方程式（９）、（１０）及び（１１）は、各々Ｎ離散値である一方、連続して記録された各信号を積分形式にて表すことも可能である。渦流測定装置内の、相当する本発明の実施形態の電子機器による標準偏差及び／または尖度の決定は、各々確定された振幅大きさ、|Ａｓ（ｔ）|、またはｉを連続した整数とする場合の時間ｔ＝ｔｉの離散点での測定値がバッファーメモリまたはリングメモリに記憶されるように行われる。この記憶行為は、この場合、所定の数値がバッファーメモリに記憶可能であり、新しい値|Ａｓ（ｔｉ）|またはｓ（ｔｉ）を追加する場合に、一番古い値がバッファーメモリから削除され、個別の値がバッファーメモリの異なる位置に「押し込まれる」ようにする。標準偏差または尖度を計算するために考慮されるＮ個の値は、このような場合Ｎ個の値の対応する選択ウィンドウ、例えば１００の値から選択されることができる。標準偏差または尖度の計算は、例えば、選択ウィンドウ内で、１つの値（または複数の値）が新たに入る（これに対応して古い値が消える）毎に、または限定的に選択ウィンドウ内の全ての値が新しい値に置換されてはじめて、所定の時間間隔内で起こり得る。
【００６３】
上記の項で既に記載した、さらなる有利な発展形態において、測定信号が測定管の壁に沿った壁流の形態をした第二相と第一渦流センサの高感度部分との相互作用についての特性を含むか否かを評価するためには、測定信号は、平均周波数としての渦周波数を持ち、比較的小さなバンド幅を有する狭いバンドへと選択的にフィルタリングされる。このような選択的なフィルタリングを介して、渦周波数周辺の領域における周波数レンジのみが考慮され、渦周波数と異なる周波数を有する攪乱フラクションは、フィルタリングによって除外される。この周波数レンジは特に、平均周波数を渦周波数として、好ましくは渦周波数の５０％未満の幅を有する。
【００６４】
さらなる有利な発展形態において、渦流測定装置の電子機器は、狭いバンドでフィルタリングされた信号ｓ（ｔ）に含まれる振幅変動の基準を表す統計変数が、渦流センサによって記録された測定信号から、かかる電子機器によって検出される形態である。加えて、（媒体の第一相及び第二相各々についての）キャリブレーションの一部として事前に判明している相関関係を利用することによって、所定の第二相の質量流量は、電子機器によって、渦流測定装置による測定信号から決定される渦周波数から決定されることができ、また、渦流測定装置によって測定信号から決定される標準偏差または尖度からも決定されることができる。かかる相関関係を決定する際に、事前に、キャリブレーションの一部として、１）所定の第二相の壁流の既知の質量流量、２）第一相の異なる流速について測定信号から渦流測定装置によって決定された渦周波数、及び３）渦流測定装置によって測定信号から決定される関連の標準偏差または尖度が、互いに連関するように設定される。これは、キャリブレーションの一部として第二相の異なる（既知の）質量流量と第一相の異なる流速が設定されたことを意味し、各場合のこれらの異なる値について、関連する渦周波数と標準偏差または尖度が渦流測定装置によって測定される。かかる相関関係に基づいて、渦流測定装置を用いて、測定信号ならびに渦周波数から決定される標準偏差または尖度に基づいて、また、相関関係を参照しつつ、第二相の壁流の質量流量が簡易な方法にて定量的に測定される。この第二相の壁流の質量流量の定量的測定は、水平に配置された測定管または水平な配置が不可の場合は、僅かに傾斜した測定管においては特に有利である。さらなる有利な発展形態において、この相関関係は、特に当てはめ関数の形態で渦流測定装置内に記憶される。
【００６５】
さらなる有利な発展形態において、渦流センサは、（傾きを有するか、または水平に配置された）測定管の下部分において、特に測定管の最下部表面部材でブラフボディから下流に形成された開口部を通る流路へと延伸する揺動パドルを含む。したがって、渦流センサは、管に隣接し、（少なくとも部分的に）管の下半分にある高感度部分（パドル）を含む。高感度部分としてパドルを使用すると、センサパドルと第二相または第三相との相互作用が起き、これにより経時的に記録された測定信号の振幅大きさの変動が増加するため、有利である。
【００６６】
好ましくは、壁流として流出する第二相または第三相の一部を収容するための凹部がパドルの周辺に形成される。この凹部が備わることにより、関連する第二相または第三相が集積することとなり、これがパドルの領域を壁流として流出した場合、第二相または第三相とパドルとの相互作用が増加する。凹部は、このような場合、壁流が遮断されたとき、凹部に残っている第二相または第三相が、流出する第一相によって取り去られ（すなわち除去され）、凹部が再び空になるような形態をとることができる。このようにして、壁流が存在しないときも、測定信号が凹部に残った第二相または第三相の一部によって損害を被らないことが確実となる。
【００６７】
加えて、本発明は、測定管路を流れる、少なくとも、ときに２以上の相媒体を渦流測定装置によって観測し、及び／または測定する方法であって、前記相が第一相、特に第一密度を有する気体の第一相、及び第二相、特に、第一密度とは異なる第二密度を有する粒子状または液滴状の第二相を有するものである。前記渦流測定装置は、少なくとも、測定管路に挿入された測定管、ブラフボディ、及び圧力変動に応答する渦流センサから構成され、前記ブラフボディが特定の相に対して流路がブラフボディの両側に形成されるように流れ方向の横方向に測定管に向かって、延伸する。ブラフボディの両側には、少なくとも２つの渦発生縁が、これらの渦発生縁によってカルマン渦を発生させるような形態をとる。渦流センサは渦発生縁から下流に配置される。かかる方法は、この場合に以下のステップを有する。
Ａ）渦流測定装置のコンポーネント上、特に測定管内の流路に突出したブラフボディ上の第二相の粒子及び／または液滴の衝突によって生成された音響信号の音響変換器によって記録するステップ。
Ｂ）音響変換器によって記録された音響信号を音響変換器によって電気信号へ変換するステップ。  
【００６８】
さらなる発展形態及び変形は、上記説明した本発明の渦流測定装置を参照して、本発明の方法と対応させる形態で実施が可能である。これらのさらなる発展形態はここで再び明示はしない。特に、上記説明した渦流測定装置の電子機器によって実行されるステップは、本発明の方法と対応する方法ステップとして実施されることができる。
【００６９】
本発明のその他の有利な点及び有用性は添付の図面を参照して以下の実施例の記載に基づいて明らかとなるであろう。図面中、図は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一形態による渦流測定装置の部分断面透視図の略図を示すものである。
【図２】図２は、振動により攪乱フラクションが重畳した、純粋な単相流（空気）の典型的な測定信号を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
図１は、透視図にて、本発明の実施形態の渦流測定装置２を略図で示すものである。渦流測定装置２は、測定管４を含み、この測定管４は図１にて、一部断面で表示されている。使用中、測定管４は測定管路（図示されていない）内に挿入され、第一流体の流れ（ここでは気体）が、第一流体（「第一相」に対応）流れ方向６へと流れる形で測定されることになる。
【００７２】
渦流測定装置２は、ブラフボディ８を含み、このブラフボディ８は測定管４の内部断面図全体にわたって直径方向に延伸する。このような場合、ブラフボディ８は、流れに面する側で、衝突領域１０を有する実施形態となる；衝突領域は、第一流体及び粒子流及び／または液滴流が起きる程度において、その流れを受ける。各場合の衝突領域の両側に隣接するのが外側面１２であって、ブラフボディ８が本質的に△形状の断面となるように、２つの外側面１２が流れ方向６に向かって次第に細くなっている。（丸みを帯びた）渦発生縁１４、１６が衝突領域の各両側に備えられる；渦発生縁は２つの側面１２への変移を形成する。図１から明らかなように、多相媒体（第一相ならびに所定の場合には、第一相内を移動する粒子及び／または液滴）の各相は、ブラフボディ８の両側を通過することができ、上記説明したように、渦が２つの発生縁１４、１６によって交互の側に発生する。上記説明したように、各相の流れは、ブラフボディ８の上流の領域で交互の渦発生によって既に影響を受けている。これにより、ブラフボディ８の衝突領域１０が交互の側上の各媒体による流れを受けて、僅かに傾斜する。２つの渦発生縁１４、１６の下流領域でカルマン渦列が形成される。
【００７３】
流れる第一相（ここでは気体）内に粒子流及び／または液滴流（ここでは水の液滴流）がある場合は、通常、（内部断面積を流れる均一に分散された粒子流及び／または液滴流の場合は）測定管４の内部断面積に対する衝突領域の割合に相当する粒子及び／または液滴のフラクションがブラフボディ８の衝突領域１０に衝突する。音響信号が、かかる粒子及び／または液滴の衝突によって生成される。ブラフボディ８内に配置された結合コンポーネント１８が、図１においてロッドとして示され、音響変換器２０とブラフボディ８（特にその衝突領域１０）間の音響結合の役割を果たす。衝突領域１０上の粒子及び／または液滴の衝突によって生成された音響信号は、この結合コンポーネント１８によって測定管４から外側へ導かれる。その実施形態における現行の形状が圧電素子によって形成される音響変換器２０は、音響信号が音響変換器２０によって記録可能となるように測定管４の外側の結合コンポーネント１８上に配置される。この場合に、圧電素子は、評価されるべき周波数からは逸脱した共振周波数を有する。音響信号は、音響変換器２０によって、相当する電気信号へ変換される。音響変換器２０によって提供される電気信号は、この後、渦流測定装置の測定用電子機器へと送信されるが、これが図１の太線２２にて略式に示されている。
【００７４】
結合コンポーネント１８、音響変換器２０、ならびに渦流センサの（今後も説明する）センサ電子機器が単なる略図として図１に示されている。なお、結合コンポーネント１８を保護するために測定管４の外側に備えられる収納コンポーネント、音響変換器２０、ならびに外の影響要素を感知する渦流センサのセンサ電子機器については、明確さを期すために図１には示されていない。
【００７５】
音響変換器２０から出力された電気信号は、本明細書の一般部分で上記説明したように、この後増幅され、評価されるべき周波数レンジへフィルタリングされる。測定対象の周波数レンジは、例えば、１００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲である。その後、例えば、ＲＭＳ値など、測定対象の測定変数は、本明細書の一般部分で上記説明したように、測定用電子機器によって電気信号から決定される。粒子流及び／または液滴流の検出のみが行われる場合、電子機器は、例えば、測定変数の所定の制限値を超えた場合（または所定の場合にあっては、制限値を下回る場合も含む）には、粒子流及び／または液滴流の存在が推定される形態となる。所定の場合には、測定対象の測定変数の測定は省略することもでき、例えば、電気信号の信号強度の制限値が直接的に決定されることができる。通常、制限値を上回る（または所定の場合において下回る）場合には、対応するレポートがユーザへ出力される。
【００７６】
粒子流及び／または液滴流の定量的な測定がキャリブレーションとの関係で事前に追加的に行われることが望ましい場合、本明細書の一般部分で上記説明したように、個別の粒子及び／または液滴の運動エネルギー（電圧変換率Ｃ１）もしくは個別の粒子流及び／または液滴流の運動パワー（電圧変換率Ｃ２）が測定変数と相関関係を有する電圧変換率（Ｃ１またはＣ２）が事前に決定されなければならない。このような場合、方程式（２）及び（３）のみならず、本明細書の一般部分の関連する記載事項が参照される。渦周波数から渦流測定装置２によって確定されることができる粒子流及び／または液滴流の速度ｖを介して個別の粒子及び／または液滴の質量（電圧変換率Ｃ１）または粒子流及び／または液滴流の質量流量が決定されることができる（方程式（２）及び（３）を比較せよ）。渦流測定装置２は、追加的に、ブラフボディ８から下流に配置された渦流センサ２４を含む。本発明の実施形態の例において、かかる渦流センサ２４は、測定管４の最下面部材に形成されるボア２８を通って流路へ延伸するパドル２６を有する。このような場合、パドル２６は、ブラフボディ８に平行で、かつブラフボディ８と並ぶ安静位を有する。パドル２６は流れ６と垂直であってパドル２６の伸長方向に垂直な方向に揺動することができる。したがって、使用中、発生した圧力変動により、特に渦により、パドル２６が前後に揺動する。上記説明したように、パドルの揺動運動はＤＳＣセンサ３０（詳細には図示されていない）によって電気的に処理可能な測定信号へと変換される。電気測定信号はこの後渦流測定装置２の測定用電子機器へと送られるが、これが図１のケーブル３４によって略式に示されている。測定用電子機器は、ここから渦流測定装置の場合に一般的に知られた方法で渦周波数を測定する。今度は、測定管路を流れる多相媒体の第一相の流速と、粒子流及び／または液滴流の流速ｖが、知られた方法で渦周波数を使用することにより、測定用電子機器によって測定されることができる。この流速ｖは、この後、個別の粒子及び／または液滴の質量を測定するため、もしくは、粒子流及び／または液滴流の質量流量を測定するため、方程式（２）及び／または（３）で使用されることができる。
【００７７】
図１に示された渦流測定装置２の挿入された位置において、測定管４は、本質的に水平に延伸し、一方、ブラフボディ８は、本質的に垂直すなわち重力方向と平行に延伸する。パドル２６は、測定管４の下面から測定管４を通って流路へと延伸する。このような場合、パドル２６は圧力変動に応答する高感度部分を形成する；かかる高感度部分は、測定管４の下半分に測定管４の管壁に隣接して部分的に配置される。気体内に、本発明の実施形態の例においては多相媒体の第一相を形成する例えば水リブレットなどのリブレット（第二相または第三相）が存在する場合、重力によりリブレットが測定管４の下領域に集合し、パドル２６に直接的に隣接して流れる。凹部３２が、パドル２６を取り囲むボア２８内に追加的に設置される；凹部３２は、リブレットが発生すると、その一部を回収する。パドル２６を流れすぎるリブレットならびに凹部３２内のリブレットの回収からリブレットとパドル２６との相互作用が起きる。パドル２６によって記録された測定信号が、この相互作用の影響を受ける。特に、測定信号の分析信号の振幅変動が増加する。これらの振幅変動は、測定用電子機器によっても測定される。本明細書の一般部分で上記説明したように、この場合は、測定用電子機器によって専らこのような壁流の検出のみが行われることができる。しかしながら、かかる測定用電子機器は、上記、特に方程式（４）〜（１１）を参照して説明したように、さらに、壁流の定量的測定も行うことができる。検出又は定量的測定は、ここでは再び明示しない。
【００７８】
したがって、粒子流及び／または液滴流の形態での第二相ならびに壁流の形態での第二相または第三相が、渦流測定装置２によって検出され定量的に測定されることができ、この場合は粒子流及び／または液滴流は壁流として同じ物質とすることも異なる物質とすることもできる。
【００７９】
本発明は図１を参照して説明された実施形態に限定されない。特に、ＲＭＳ値以外の測定変数についても、粒子流及び／または液滴流の検出及び／または定量的測定のために考慮されることができる。また、測定管４の外側に音響信号を導出するために、別個の結合コンポーネント１８を適用することが必ずしも必要なわけではない。所定の場合に、かかる結合は、例えば、ブラフボディ８などのコンポーネントによって形成されることさえできる。加えて渦流センサ２４は、ブラフボディ８から別個の形態のパドル２６を必ずしも有していなくてもよい。特に、渦流センサは、形態としてブラフボディ内に代替的に形成されていてもよい。この第二の変形において、渦流センサが適用されるブラインドボアがブラフボディ８内に、例えば、結合コンポーネント１８と平行に備えられる。このような場合、このブラインドボアはブラフボディ８と平行に延伸し、測定管内及びブラインドボア内の特定の媒体間の流体の伝達を可能にする少なくとも１つの通路開口部を有する。さらに、渦流センサによって壁流を記録することが望ましい場合は、好ましくは、測定管４の管壁に隣接する少なくとも１つの通路開口部が備えられる。そうすることで、ブラインドボア内に配置された渦流センサは、発生縁１４、１６から下流の測定管４内で生成し、特に渦によってもたらされる圧力変動を記録し、上記説明した変形の１つによって、記録された圧力変動を電気信号へ変換することができる。渦流センサは、例えば、上記説明したように、その圧力変動とは別個の部分に対する揺動運動が記録されることができる揺動センサスリーブを有することができる。
【００８０】
図２は、振動により攪乱フラクションが重畳した、純粋な単相流（ここでは空気）の典型的な測定信号を示す。図２の下方のグラフには、図２の上方のグラフに一部示された信号についてのスペクトルパワー密度が示されている。図２は、第二相のフラクションに関して正確な情報を提供するためには、測定信号の、特に統計学的測定が行われる前に、狭いバンドフィルターを用いて測定信号からの狭いバンド内の渦周波数周辺の周波数レンジＶを選択する必要があることを示す。このようにして、特に、流量が少ないときに典型的な、攪乱フラクションが所望の信号の大きさよりも大きい場合に、攪乱信号（例えば攪乱信号Ｓ）が第二相の観測を損なわないことを確実にすることができる。  
【図１】
0005443514.tif 000020
【図２】
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