CN1844858A - 两冲程气液两相流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两冲程气液两相流量计。在两相流管道中插入下连通管，下连通管在两相流管道中的一段开有很多小孔，在两相流管道外的一段上端经控制阀接上连通管后，接气缸的无杆腔，气缸的活塞杆经步进电机与驱动控制处理单元电连接，压力、温度传感器的一端分别接气缸的无杆腔，两相流管道上装有差压传感器，其两个取压口分别连接在下连通管上下游两侧；压力、温度、差压传感器和控制阀分别与驱动控制处理单元电连接。流体在活塞驱动下吸入或排出气缸，根据吸入冲程和压缩排出冲程的温度压力变化可得到两相流的混相密度，与两相流管道差压信号一起经数据处理后得到总流量和分相流量。本发明仪表具有一体化结构，做到一台两相流测量仪表。

Description

两冲程气液两相流量计

技术领域

本发明涉及流量测试装置，具体地说是涉及一种两冲程气液两相流量计。

背景技术

两冲程气液两相流量计是一种结构全新的多相流量仪表。由于多相流动及其影响因素的复杂性和随机性，多相流的检测技术是一个远未解决但具有普遍意义的问题。管内气液两相流的流型分布就有泡状流、弹状流、塞状流、波状流、层状流、环状流甚至核心流等，它们与来流速度、含气率以及管道布置和现场条件等因素有关，而且流型之间的变化带有随机性和不确定性；对油气田遇到的油、气、水甚至油、气、水、沙(固体颗粒)多相流，变化更为复杂。

目前采用的方法一般有传统的单相流量仪表和多相流测试模型组合的测量方法；或采用多传感器组合的方法(如两个不同类型的流量计的组合、γ射线密度计与流量计的组合等)；或应用近代新技术，如射线技术、激光技术、相关技术、过程层析成像技术等。这些测量方法往往是一测量装置，体积庞大，结构复杂，成本高，测量精度受到极大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两冲程气液两相流量计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在两相流管道中插入下连通管，下连通管在两相流管道中的一段开有很多小孔，下连通管在两相流管道外的一段上端接控制阀的一端，控制阀的另一端接上连通管的一端，上连通管的另一端接气缸的无杆腔，气缸的活塞杆经步进电机与驱动控制处理单元电连接，压力传感器和温度传感器的一端分别接气缸的无杆腔，两相流管道上装有差压传感器，差压传感器的两个取压口通过两根取压管分别连接在两相流管道上的下连通管上下游两侧；压力传感器、温度传感器、差压传感器和控制阀分别与驱动控制处理单元电连接。

上述的驱动控制处理单元包括放大器、带内置A/D和内置EEPROM的单片微处理机、步进电机驱动器、电磁阀驱动器、显示驱动器、设置按钮和显示器。放大器的一端分别与差压传感器、压力传感器和温度传感器连接，放大器的另一端与单片微处理机内置的A/D转换器连接，步进电机驱动器分别与微处理机的I/O口和步进电机连接，电磁阀驱动器分别与微处理机的另一个I/O口和控制阀连接；微处理机通过显示驱动器接显示器。

两冲程气液两相流量计在结构上采用一气缸活塞装置，并用连通管将气缸和两相流管道连通，使流体可以在活塞驱动下吸入或排出气缸，在气缸上安装压力传感器和温度传感器。根据吸入冲程和压缩排出冲程的温度压力变化可以得到两相流的混相密度，与两相流管道差压信号一起经数据处理后得到总流量和分相流量。

本发明具有的有益效果是：

1.两冲程气液两相流量计具有结构简单，投入费用低，体积小；在两相流检测仪表中尚无如此简洁的结构，经济效益非常明显。

2.仪表具有一体化结构，可以真正做到一台两相流测量仪表，而不是一个庞大的测量装置；而且流型的影响相对较小。

附图说明

图1是两冲程气液两相流量计整体结构示意图；

图2是下连通管结构图；

图3是驱动控制处理单元的结构框图。

图中：1、两相流管道，2、下连通管，3、控制阀，4、差压传感器，5、上连通管，6、压力传感器，7、温度传感器，8、活塞，9、气缸，10、活塞杆，11、固定支架，12、步进电机，13、驱动控制处理单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

两冲程气液两相流量计整体结构如图1、图2所示，在两相流管道1中插入下连通管2，下连通管2在两相流管道1中的一段开有很多小孔，下连通管2在两相流管道1外的一段上端接控制阀3的一端，控制阀3的另一端接上连通管5的一端，上连通管5的另一端接气缸9的无杆腔，气缸9的活塞杆10经步进电机12与驱动控制处理单元13电连接，压力传感器6和温度传感器7的一端分别接气缸9的无杆腔，两相流管道1上装有差压传感器4，差压传感器的两个取压口通过两根取压管分别连接在两相流管道上的下连通管上下游两侧；压力传感器6、温度传感器7、差压传感器4和控制阀3分别与驱动控制处理单元13电连接。

所述的驱动控制处理单元13如图3所示，包括放大器、带内置A/D和内置EEPROM的单片微处理机、步进电机驱动器、电磁阀驱动器、显示驱动器、设置按钮和显示器；放大器的一端分别与差压传感器4、压力传感器6和温度传

感器7连接，放大器的另一端与单片微处理机内置的A/D转换器连接，步进电机驱动器分别与微处理机的I/O口和步进电机12连接，电磁阀驱动器分别与微处理机的另一个I/O口和控制阀3连接；微处理机通过显示驱动器接显示器。

流量计的工作过程如下：两相流体经过两相流管道1中的下连通管2时，在下连通管2的上下游产生差压ΔP，该差压ΔP由差压传感器4测量得到，并将结果传送给驱动控制处理单元13，计算得到总流量Q；同时，在驱动控制处理单元13的控制下打开控制阀3，步进电机12推动活塞8执行吸入冲程，将两相流体从两相流管道1通过下连通管2的小孔吸入气缸9。完成吸入冲程时测量气缸内的温度T1和压力P1，并将结果T1和P1传送给微处理机保存；然后关闭控制阀3，步进电机12在驱动控制处理单元13的控制下推动活塞8执行压缩冲程，气缸内的温度和压力升高，当压缩到一个规定的压力上限值或规定的活塞行程(如1/2行程)时，测量气缸内的温度T2和压力P2，并将结果T2和P2传送给微处理机保存；并打开控制阀3执行排出冲程，将流体排出到两相流管道1中，完成一个两冲程循环。然后再周而复始地开始下一个两冲程循环。

温度传感器，压力传感器和差压传感器输出标准的电信号与驱动控制处理单元13的处理转换电路连接，该驱动控制处理单元由带内置A/D的单片微处理机控制，如MSP430系列单片微处理机，将采集得到的温度、压力和差压值进行计算处理。步进电机驱动器和电磁阀驱动器与单片微处理机电信号连接，步进电机驱动器和电磁阀驱动器，单片微处理机可以分别控制步进电机的正反向动作和控制阀的开启和关闭动作。设置按钮可向单片微机处理系统设置必要的参数(如被测两相流液相和气相介质的密度、压缩冲程的压力上限或活塞行程上限等)，通过测量各传感器的信号，并经数据处理后得到的总流量和分相流量，可以在显示器上显示测量结果。

脉冲输出，D/A输出和RS485接口可为两相流量计与其它用户设备(如上位计算机或智能仪表)连接时提供多种通用标准接口。

两相流量计的所有动作和测量都在驱动控制处理单元13的控制下进行。温度、压力和差压传感器的值通过放大器放大和A/D转换，将结果传送给微处理机保存和处理。差压信号包含了两相流总流量的信息；温度T1和T2、压力P1和P2以及由活塞行程(由步进电机的步进值求得)得到的汽缸容积V1和V2可以计算得到一个两冲程循环的气相含率。从而根据总流量计算得到气相流量和液相流量值。

本发明采用的温度传感器可以用STYB系列一体化温度传感器或STYI系列一体化温度传感器等；压力传感器可以用MSP系列压力传感器或CYB系列压力传感器等；差压传感器可以用KELLER PD-23系列差压传感器等；步进电机驱动器可以用MS系列步进电机驱动器或SH系列步进电机驱动器等。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种两冲程气液两相流量计，其特征在于：在两相流管道(1)中插入下连通管(2)，下连通管(2)在两相流管道(1)中的一段开有很多小孔，下连通管(2)在两相流管道(1)外的一段上端接控制阀(3)的一端，控制阀(3)的另一端接上连通管(5)的一端，上连通管(5)的另一端接气缸(9)的无杆腔，气缸(9)的活塞杆(10)经步进电机(12)与驱动控制处理单元(13)电连接，压力传感器(6)和温度传感器(7)的一端分别接气缸(9)的无杆腔，两相流管道(1)上装有差压传感器(4)，差压传感器的两个取压口通过两根取压管分别连接在两相流管道上的下连通管上下游两侧；压力传感器(6)、温度传感器(7)、差压传感器(4)和控制阀(3)分别与驱动控制处理单元(13)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种两冲程气液两相流量计，其特征在于所述的驱动控制处理单元(13)包括放大器、带内置A/D和内置EEPROM的单片微处理机、步进电机驱动器、电磁阀驱动器、显示驱动器、设置按钮和显示器；放大器的一端分别与差压传感器(4)、压力传感器(6)和温度传感器(7)连接，放大器的另一端与单片微处理机内置的A/D转换器连接，步进电机驱动器分别与微处理机的I/O口和步进电机(12)连接，电磁阀驱动器分别与微处理机的另一个I/O口和控制阀(3)连接；微处理机通过显示驱动器接显示器。

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