CN115165001A - 一种具有粘度测量功能的流量测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有粘度测量功能的流量测量装置，包括主管道和差压变送器，所述主管道其中一端设有流体入口，所述主管道另一端设有流体出口，所述主管道上设有流量计，所述的差压变送器的取压点分别位于流量计两端。本发明用于测量主体质量流量计进出口两端差压，智能表头做流量补偿数据库，从而实现大口径质量流量、大流量、宽流量、密度、温度、压力测量，同时还能测量流体粘度，解决了昂贵的工业在线粘度测量。

Description

一种具有粘度测量功能的流量测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及一种具有粘度测量功能的流量测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，工业测量仪表应用广泛，在线同时能测量多参数仪表深受用户青睐，如科里奥利原理的质量流量计，同时可测量质量流量、体积流量、温度、密度，如果被测介质是两种不同密度液相流体，则可测量各自体积百分含量。在线粘度仪价格昂贵，随着科技快速发展，智能流量计表头可以实现复杂计算和流量修正数据库，在智能流量计两端增加一复合压力差压传感器，开发低成本在线粘度计已成为可能。

发明专利一种多通道可变量程的流量计202010505774.5中，权利要求10如下：

如权利要求9所述的多通道可变量程的流量计，其特征在于：所述流量控制器的流量计算方法为：

根据流量公式

其中β—孔径比，C—流出系数，ε—可膨胀性系数，A0—开孔面积，ρ1—介质工况密度，ΔP—仪表检测差压；

将公式简化为Δω＝(1-β1.9)ΔP，其中Δω—压损，

其中S_开孔为节流件开孔面积，S_截面积为管道截面积，各节流装置的Sτ值相等。

由此看出，此授权的发明专利中说明了各节流装置的Sτ值相等，多通道可变量程的流量计即可计量准确，但事实是不一定计量准确的，对于多相流体或雷诺数较低液相流体中含有两种以上不同物性介质，如不同密度、粘度，即使各节流装置的Sτ值相等计量误差也是非常大的；而分流并管流量计中，主体流量计进出口两端安装差压传感器或在分流并管流量计混合器后管道中安装在线粘度计，依据所测差压值或粘度值做流量修正是保障多通道可变量程的流量计和分流并管流量计量方法计量准确的关键所在。但，现有技术中，没有相关的技术能很好的解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种具有粘度测量功能的流量测量装置及其测量方法，用于测量主体质量流量计进出口两端差压，智能表头做流量补偿数据库，从而实现大口径质量流量、大流量、宽流量、密度、温度、压力测量，同时还能测量流体粘度，解决了昂贵的工业在线粘度测量。

本发明所采用的技术方案是：一种具有粘度测量功能的流量测量装置，包括主管道和差压变送器，所述主管道其中一端设有流体入口，所述主管道另一端设有流体出口，所述主管道上设有流量计，所述的差压变送器的取压点分别位于流量计两端。

其中一个实施例中，所述的流量计为质量流量计。

其中一个实施例中，所述流量计两端设有出口法兰，所述差压变送器的取压点靠近流量计的一端通过外配连接法兰与出口法兰连接，所述外配连接法兰与出口法兰之间设有节流件。

其中一个实施例中，所述的主管道上位于流体入口和流体出口之间的位置设有支管道，所述支管道的与主管道连通的两端分别位于流量计两侧。

其中一个实施例中，所述支管道上设有全通径球阀。

其中一个实施例中，所述主管道与支管道连接处形成分流处，所述流体入口与分流处之间设有混合器。

本发明还公开了一种具有粘度测量功能的流量测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤10、流体由流体入口进入主管道，流体经流量计和差压变送器测量端，进入步骤20；

步骤20、流量计获取流体流量、流体温度和流体密度，差压变送器获取流量计两端差压值和流体压力，进入步骤30；

步骤30、通过公式计算出流体平均运动粘度，进入步骤40，计算公式如下：

△P＝f(ρ,Q,v,T,P)，

其中，△P为流量计两端差压值，ρ为流体密度，Q为流体流量，v为流体平均运动粘度，T为流体温度，P为流体压力；

步骤40、根据步骤30中计算得到的流体平均运动粘度计算出流体动力粘度，进入步骤50，计算公式如下：

μ＝V×ρ，

其中，μ为流体动力粘度，v为流体平均运动粘度，ρ为流体密度；

步骤50、根据步骤40中获取的流体动力粘度计算得到总流量，进入步骤60；

步骤60、流体经流体出口排出主管道，测量结束。

其中一个实施例中，步骤30中，还包括流体平均运动粘度修正步骤：

建立由流体平均运动粘度和差压对应关系构成的不同流体粘度与差压对比数据库；

将步骤20中差压变送器获取的流量计两端差压值和步骤30中计算得到的流体平均运动粘度与不同流体粘度与差压对比数据库进行对比，判断步骤20中差压变送器获取的质量流量计两端差压值和步骤30中计算得到的流体平均运动粘度之间的对应关系与不同流体粘度与差压对比数据库中的对应关系是否一致，如一致，进入步骤40，如不一致，将流体平均运动粘度修正为不同流体粘度与差压对比数据库中根据步骤20中差压变送器获取的质量流量计两端差压值对应的流体平均运动粘度，进入步骤40。

其中一个实施例中，步骤50中，如主管道上设有支管道，总流量通过步骤40中获取的流体动力粘度计算得到，具体如下：

建立流体动力粘度分流修正系数数据库；

根据建立的流体动力粘度分流修正系数数据库和步骤40中计算得到的流体动力粘度获取对应的分流修正系数；

根据获取的分流修正系数计算得到总流量，计算公式如下：

其中，Q_v为流体体积流量，β为孔径比，C为节流件流出系数，ε为分流修正系数，A₀为节流件开孔面积，ρ为流体密度，△P为流量计两端差压值。

其中一个实施例中，步骤50中，如主管道上未设有支管道，所述的总流量通过流量计计量得到。

本发明的有益效果在于：

1、可对气液两相三介质的流量进行测量，具有多相流的测量能力；

2、设置支管道，可对流体进行分流，以用于大口径大流量流体的测量；

3、设置支管道，可对流体进行分流，且流量计为质量流量计，流量测量范围宽；

4、设置的流量计可获取流体流量、流体温度和流体密度，设置的差压变送器可获取流量计两端差压值和流体压力，通过计算可得到流体粘度，从而实现流体粘度的测量；

5、本申请的流量计主要采用质量流量计，传统的质量流量计为两根测量管，基本都要内部缩径，流量计入口面积远大于两根测量管等效面积，本装置如设置支管道，则根据工况灵活设计，根据需要和压损要求设计，基本不需要缩径，大大减少管道输送能耗，同时也更节能；

6、流量计不需要前后直管段，只需要使用小口径流量计并一直管，与同口径的大口径流量计相比，体积大为减少，因此具有体积小，运输和安装成本低的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例2结构示意图；

图3为本发明实施例3结构示意图；

图4为本发明替代方案结构示意图。

图中：1、主管道；2、差压变送器；3、流体入口；4、流体出口；5、流量计；6、出口法兰；7、节流件；8、支管道；9、全通径球阀；10、混合器；11、取压点；12、外配连接法兰；13、分流处；14、在线粘度温度复合传感器。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种具有粘度测量功能的流量测量装置，包括主管道1和差压变送器2，所述主管道1其中一端设有流体入口3，所述主管道1另一端设有流体出口4，所述主管道1上设有流量计5，所述的差压变送器2的取压点11分别位于流量计5两端。

本实施例中，所述的流量计5为质量流量计。

本实施例中，流体由流体入口3进入主管道1，流量计5获取流体流量、流体温度和流体密度，差压变送器2获取流量计两端差压值和流体压力。通过上述测量到的流体数据，可计算出流体平均运动粘度、流体动力粘度和总流量。

其中，差压变送器2与主管道1连接的取压点11设有取压短接，以连接差压变送器2和主管道1。为满足更好的安装效果，可设置支架安装差压变送器2，支架可与流量计5连接，也可以单独设置。

实施例2：

如图2所示，一种具有粘度测量功能的流量测量装置，包括主管道1和差压变送器2，所述主管道1其中一端设有流体入口3，所述主管道1另一端设有流体出口4，所述主管道1上设有流量计5，所述的差压变送器2的取压点11分别位于流量计5两端。

本实施例中，所述的流量计5为质量流量计。

本实施例中，所述流量计5两端设有出口法兰6，所述差压变送器2的取压点11靠近流量计5的一端通过外配连接法兰12与出口法兰6连接，所述外配连接法兰12与出口法兰6之间设有节流件7。

本实施例中，流体由流体入口3进入主管道1，流量计5获取流体流量、流体温度和流体密度，差压变送器2获取流量计两端差压值和流体压力。通过上述测量到的流体数据，可计算出流体平均运动粘度、流体动力粘度和总流量。

其中，差压变送器2与主管道1连接的取压点11设有取压短接，以连接差压变送器2和主管道1。为满足更好的安装效果，可设置支架安装差压变送器2，支架可与流量计5连接，也可以单独设置。节流件7的设置用于增加差压值，避免小流量无差压值。

实施例3：

如图3所示，一种具有粘度测量功能的流量测量装置，包括主管道1和差压变送器2，所述主管道1其中一端设有流体入口3，所述主管道1另一端设有流体出口4，所述主管道1上设有流量计5，所述的差压变送器2的取压点11分别位于流量计5两端。

本实施例中，所述的流量计5为质量流量计。

本实施例中，所述流量计5两端设有出口法兰6，所述差压变送器2的取压点11靠近流量计5的一端通过外配连接法兰12与出口法兰6连接，所述外配连接法兰12与出口法兰6之间设有节流件7。

本实施例中，所述的主管道1上位于流体入口3和流体出口4之间的位置设有支管道8，所述支管道8的与主管道1连通的两端分别位于流量计5两侧。

本实施例中，所述支管道8上设有全通径球阀9。

本实施例中，所述主管道1与支管道8连接处形成分流处13，所述流体入口3与分流处13之间设有混合器10。

本实施例中，流体由流体入口3进入主管道1，流量计5获取流体流量、流体温度和流体密度，差压变送器2获取流量计两端差压值和流体压力。通过上述测量到的流体数据，可计算出流体平均运动粘度、流体动力粘度和总流量。测量的过程中，根据需求，可打开支管道8上的全通径球阀9，让流体进入支管道8，以达到更好的测量效果。如图3所示，当设置支管道8时，主管道1中部朝一侧凹陷，形成分别与流体入口3和流体出口4连通的两段直管段和安装流量计5的弯管段，支管道8两端分别与两段直管段连接。图3所示的为较优的选择，其余能满足本装置需求的主管道1和支管道8安装方式均可。

其中，差压变送器2与主管道1连接的取压点11设有取压短接，以连接差压变送器2和主管道1。为满足更好的安装效果，可设置支架安装差压变送器2，支架可与流量计5连接，也可以单独设置。节流件7的设置用于增加差压值，避免小流量无差压值。混合器10的设置可在流体进入测量前对流体充分的进行混合，保证后续测量的准确性。

如图4，除实施例1-实施例3之外，在实施例3的基础上，取消差压变送器2，在混合器10上增加在线粘度温度复合传感器14，也能达到通过粘度测量获取总流量的目的。

传统方式中，测量大口径、大流量的流体需要使用到较大、较长的流量计，如流量计5的口径在200mm以上，测量误差也很大；同时，较大、较长的流量计5成本也更高。本申请设置支管道8，可对流体进行分流，通过支管道8对流体进行分流，以满足大口径大流量流体的测量。

在流体测量中，量程比是反应流量测量范围的一个重要参数。常规的流量计的量程比为10:100，质量流量计的量程比为50-100:1，如对流体进行分流且使用质量流量计的情况下量程比为800:1；本申请设置支管道8，且流量计5为质量流量计，可对流体进行分流，使得装置的流量测量范围更宽。

本申请的流量计5主要采用质量流量计，传统的质量流量计为两根测量管，基本都要内部缩径，质量流量计的入口面积远大于两根测量管等效面积，例如德国科隆公司250mm大口径直管质量流量计,缩径面积为入口面积50％，100mm口径为40％。本装置如设置支管道8，则根据工况灵活设计，根据需要和压损要求设计，基本不需要缩径，大大减少管道输送能耗，同时也更节能。

本发明还公开了一种具有粘度测量功能的流量测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤10、流体由流体入口3进入主管道1，流体经流量计5和差压变送器2测量端，进入步骤20；

步骤20、流量计5获取流体流量、流体温度和流体密度，差压变送器2获取流量计两端差压值和流体压力，进入步骤30；

步骤30、通过公式计算出流体平均运动粘度，进入步骤40，计算公式如下：

△P＝f(ρ,Q,v,T,P)，

其中，△P为流量计5两端差压值，ρ为流体密度，Q为流体流量，v为流体平均运动粘度，T为流体温度，P为流体压力；

步骤40、根据步骤30中计算得到的流体平均运动粘度计算出流体动力粘度，进入步骤50，计算公式如下：

μ＝V×ρ，

其中，μ为流体动力粘度，v为流体平均运动粘度，ρ为流体密度；

步骤50、根据步骤40中获取的流体动力粘度计算得到总流量，进入步骤60；

步骤60、流体经流体出口4排出主管道1，测量结束。

本实施例中，步骤30中，还包括流体平均运动粘度修正步骤：

建立由流体平均运动粘度和差压对应关系构成的不同流体粘度与差压对比数据库；

将步骤20中差压变送器2获取的流量计5两端差压值和步骤30中计算得到的流体平均运动粘度与不同流体粘度与差压对比数据库进行对比，判断步骤20中差压变送器2获取的流量计5两端差压值和步骤30中计算得到的流体平均运动粘度之间的对应关系与不同流体粘度与差压对比数据库中的对应关系是否一致，如一致，进入步骤40，如不一致，将流体平均运动粘度修正为不同流体粘度与差压对比数据库中根据步骤20中差压变送器获取的质量流量计两端差压值对应的流体平均运动粘度，进入步骤40。

本实施例中，步骤50中，如主管道上设有支管道8，总流量通过步骤40中获取的流体动力粘度计算得到，具体如下：

建立流体动力粘度分流修正系数数据库；

根据建立的流体动力粘度分流修正系数数据库和步骤40中计算得到的流体动力粘度获取对应的分流修正系数；

根据获取的分流修正系数计算得到总流量，计算公式如下：

其中，Q_v为流体体积流量，β为孔径比，C为节流件7流出系数，ε为分流修正系数，A₀为节流件7开孔面积，ρ为流体密度，△P为流量计5两端差压值。

本实施例中，步骤50中，如主管道上未设有支管道，所述的总流量通过流量计计量得到。

上述测量方法中，孔径比的计算公式如下：β＝d/D，其中，d为为节流件等效开孔直径，D为主管道1内径。

上述测量方法中，在所述的具有粘度测量功能的流量测量装置结构尺寸即为一定的前提下，测得的流量计5两端差压值与流体平均运动粘度成正比，通过数据库可以得到流量计5两端差压值与流体平均运动粘度对应关系，即在任何工况下，由已知的流体流量、流体密度、流体温度和流体压力，因此通过不同标准流体平均运动粘度对应流量计5两端差压值可得到试验数据，因此建立不同流体粘度与差压对比数据库。同时，上述测量方法中，计算出计算出流体动力粘度，对于一定尺寸的带有支管道8的具有粘度测量功能的流量测量装置，不同动力粘度的流体，分流修正系数是不同的，因此可建立流体动力粘度分流修正系数数据库。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有粘度测量功能的流量测量装置，其特征在于，包括主管道和差压变送器，所述主管道其中一端设有流体入口，所述主管道另一端设有流体出口，所述主管道上设有流量计，所述的差压变送器的取压点分别位于流量计两端。

2.根据权利要求1所述的一种具有粘度测量功能的流量测量装置，其特征在于，所述的流量计为质量流量计。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有粘度测量功能的流量测量装置，其特征在于，所述流量计两端设有出口法兰，所述差压变送器的取压点靠近流量计的一端通过外配连接法兰与出口法兰连接，所述外配连接法兰与出口法兰之间设有节流件。

4.根据权利要求3所述的一种具有粘度测量功能的流量测量装置其特征在于，所述的主管道上位于流体入口和流体出口之间的位置设有支管道，所述支管道的与主管道连通的两端分别位于流量计两侧。

5.根据权利要求4中任意一项所述的一种具有粘度测量功能的流量测量装置，其特征在于，所述支管道上设有全通径球阀。

6.根据权利要求5中任意一项所述的一种具有粘度测量功能的流量测量装置，其特征在于，所述主管道与支管道连接处形成分流处，所述流体入口与分流处之间设有混合器。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种具有粘度测量功能的流量测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10、流体由流体入口进入主管道，流体经流量计和差压变送器测量端，进入步骤20；

步骤20、流量计获取流体流量、流体温度和流体密度，差压变送器获取流量计两端差压值和流体压力，进入步骤30；

步骤30、通过公式计算出流体平均运动粘度，进入步骤40，计算公式如下：

△P＝f(ρ,Q,v,T,P)，

其中，△P为流量计两端差压值，ρ为流体密度，Q为流体流量，v为流体平均运动粘度，T为流体温度，P为流体压力；

步骤40、根据步骤30中计算得到的流体平均运动粘度计算出流体动力粘度，进入步骤50，计算公式如下：

μ＝V×ρ，

其中，μ为流体动力粘度，v为流体平均运动粘度，ρ为流体密度；

步骤50、得到总流量，进入步骤60；

步骤60、流体经流体出口排出主管道，测量结束。

8.根据权利要求7所述的一种川菜工业化生产过程质量控制方法，其特征在于，步骤30中，还包括流体平均运动粘度修正步骤：

建立由流体平均运动粘度和差压对应关系构成的不同流体粘度与差压对比数据库；

将步骤20中差压变送器获取的流量计两端差压值和步骤30中计算得到的流体平均运动粘度与不同流体粘度与差压对比数据库进行对比，判断步骤20中差压变送器获取的质量流量计两端差压值和步骤30中计算得到的流体平均运动粘度之间的对应关系与不同流体粘度与差压对比数据库中的对应关系是否一致，如一致，进入步骤40，如不一致，将流体平均运动粘度修正为不同流体粘度与差压对比数据库中根据步骤20中差压变送器获取的质量流量计两端差压值对应的流体平均运动粘度，进入步骤40。

9.根据权利要求7或8所述的一种川菜工业化生产过程质量控制方法，其特征在于，步骤50中，如主管道上设有支管道，总流量通过步骤40中获取的流体动力粘度计算得到，具体如下：

建立流体动力粘度分流修正系数数据库；

根据建立的流体动力粘度分流修正系数数据库和步骤40中计算得到的流体动力粘度获取对应的分流修正系数；

根据获取的分流修正系数计算得到总流量，计算公式如下：

其中，Q_v为流体体积流量，β为孔径比，C为节流件流出系数，ε为分流修正系数，A₀为节流件开孔面积，ρ为流体密度，△P为流量计两端差压值。

10.根据权利要求9所述的一种川菜工业化生产过程质量控制方法，其特征在于，步骤50中，如主管道上未设有支管道，所述的总流量通过流量计计量得到。

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