在测定天然气密度中国际标准草案推荐使用密度天平和振动式密度计两种，但是前者主要用于非在线测定，后者则主要用于在线或离线测定。本文主要介绍振动式密度计的测定原理。

振动式密度计的核心元件是传感器—振动器，它能保持自然频率振动, 而此频率值则与其所处的气体介质密度有关 。在工况条件下进行测定时, 振动频率与气体密度之间的关系式见式(1)。

式中 :ρ r 为粗密度 ,即未经温度、压力和气体组成校正前的密度, kg/m 3 ;f 为振动频率,Hz;K 0 , K 1 ,K 2 为密度计的振动器常数。

在测定天然气密度之前, 先用某种已知密度的参比气体进行校准(calibration),从而确定式(1)中的3个常数。此时使用的公式见式(2)。除温度 、压力 、气体组成等影响因素外 ,如果在被测定样品天然气中的声速(VOS)不同于校准用的参比气体, 则也要用式(2)加以校正 。原则上制作振动元件的材料性质与所处介质的压力有关 ,但在大多数情况下压力的影响甚小 ,可以忽略不计。因此, 式(2)是一个温度校正式 。

式中:ρ t 温度校正后的密度,kg/m 3 ;t c 为校准时的温度, ℃;t d 为测定时的温度 , ℃;K 3 , K 4 为密度计的振动器常数。

式(1)中的 3 个常数与振动器所接触的气体组成有关。由于在操作条件下气体中的声速(VOS)与气体其它气质参数之间的关系已被详细测定 ,故可以利用VOS 来校准仪器从而确定这 3 个常数。如果在校准用参比气体中的 VOS 不同于被测定天然气，则经过组成校正后的密度(ρ c )与式(2)中的 ρ t存在如式(3)所示的关系 。

式中 :c c 为在测定操作条件下校准用参比气体中的声速 , m/s;c g 为在被测定天然气中的声速 ,m/s;K 5 为常数 。

式(3)中的 c g 与被测定天然气的组成有关。它可以直接测定(如通过超声流量计的信号), 也可以通过 ρ c 、t d 和气质参数计算而得。一般 c g 变化达到10 m/s 时式(1)中的校正项上变化约 0.05 %。若要求的测定准确度不是非常高 ,且 c g 与 c c 之间的差值不大, 也可以直接用 ρ t , 不再进行有关气体组成的校正 。