非牛頓流體密度在線測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用流體的流動(dòng)特性測試材料的密度或比重的裝置，具體涉及一 種非牛頓流體密度在線測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 密度是物質(zhì)的特性之一，是很多工業(yè)領(lǐng)域各類工藝過程必須監(jiān)測的內(nèi)容。目前在 線密度測量的方法主要為科氏力法?？剖狭Ψㄖ饕罁?jù)牛頓第二定律：力=質(zhì)量X加速度 (F = ma)，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受 兩個(gè)分量的加速度及其力：
[0003] (1)法向加速度，即向心加速度ar，其量值等于2 ωΓ，朝向Ρ軸；
[0004] (2)切向角速度at，即科里奧利加速度，其值等于2ων，方向與ar垂直。由于復(fù) 合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的a t方向上作用著科里奧利力Fc = 2c〇Vm，管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向 力-Fc = _2 ω Vm〇
[0005] 其優(yōu)點(diǎn)如下：
[0006] 1.直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量精確度；
[0007] 2.測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣 體的液體、有足夠密度的中高壓氣體；
[0008] 3.測量管的振動(dòng)幅小，可視作非活動(dòng)件，測量管路內(nèi)無阻礙件和活動(dòng)件；
[0009] 4.對應(yīng)對迎流流速分布不敏感，無上下游直管段要求；
[0010] 5.測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微?。?br>[0011] 6.可做多參數(shù)測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。
[0012] 但也具有以下不足：
[0013] 1.零點(diǎn)不穩(wěn)定形成零點(diǎn)漂移，影響其精確度；
[0014] 2.不能測量低密度介質(zhì)和低壓氣體；液體中含氣量超過某一限制（按型號而異） 會(huì)顯著著影響測量值；
[0015] 3.對外界振動(dòng)干擾較為敏感，因而對流量傳感器安裝固定要求較高；
[0016] 4.不能用于較大管徑，目前尚局限于200mm以下；
[0017] 5.測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測量精確度；
[0018] 6.壓力損失、重量、體積較大，價(jià)格昂貴。
[0019] 可見，設(shè)計(jì)一種可對非牛頓流體密度的在線連續(xù)測量，測量精確高、且測量可靠的 測量裝置及方法已成為亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種非牛頓流體密度在 線測量裝置及方法。
[0021] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的非牛頓流體密度在線測量裝置，具 有豎直的殼體，所述殼體上安裝有流體入口管和流體排出口，所述殼體由均勻沉降管和層 流測量管組成，所述殼體內(nèi)安裝有紊流攪拌管，所述紊流攪拌管的底部依次與加速限流裝 置和流體入口管相連通，所述流體排出口安裝于殼體的底部，所述層流測量管的側(cè)壁上設(shè) 有上下排列的第一差壓測口和第二差壓測口，所述第一差壓測口和第二差壓測口連接到微 差壓變送器。
[0022] 具體地，所述加速限流裝置是文丘里管。
[0023] 具體地，所述第一差壓測口和第二差壓測口上均通過三通連接至正壓平衡吹掃 口，正壓平衡吹掃口連接壓縮空氣，運(yùn)行中每隔4小時(shí)進(jìn)行一次吹掃，可避免第二差壓測口 和第一差壓測口堵塞或污染。
[0024] 具體地，所述殼體、第一差壓測口和第二差壓測口的尺寸參數(shù)滿足
[0026] 式中比第一差壓測口高度，h 2第二差壓測口高度，v 2第二差壓測口流體速度，g重 力加速度，ζ局部阻力系數(shù)。裝置的尺寸設(shè)計(jì)使的絕對速度足夠小，可以提高測量 精度。
[0027] 具體地，所述層流測量管為均勻直管段，內(nèi)徑加工誤差不大于千分之一管徑，使管 徑足夠光滑，確保Vi = v 2。
[0028] 具體地，所述流體排出口直通大氣，確保流體自由沉降。
[0029] 本發(fā)明同時(shí)提供應(yīng)用上述裝置在線測量非牛頓流體密度的方法，包括以下步驟：
[0030] 步驟1，流體從流體入口管進(jìn)入
[0031] 步驟2,流體在文丘里流體加速限流裝置處被加速，同時(shí)依據(jù)流體入口壓力入口流 量被限制在一定范圍；
[0032] 步驟3,在紊流攪拌管處流體在文丘里流體加速限流裝置高速作用下充分?jǐn)嚢杌?合，同時(shí)壓力降低，速度降低；
[0033] 步驟4,在均勻沉降，4處流體速度發(fā)生變化，即流體速度上升后降至0,同時(shí)在重 力作用下開始向下運(yùn)動(dòng)，速度流場重新均布，均勻沉降；
[0034] 步驟5,流體在層流測量管5內(nèi)處于層流狀態(tài)；微差壓變送器取得第一差壓測口和 第二差壓測口的微差壓信號
第二差壓測口的靜壓力；Pl第一差壓測口的靜壓力；Vl第一差壓測口流體速度；^第二差壓 測口流體速度；P流體密度；g重力加速度；ζ局部阻力系數(shù)九第一差壓測口高度，h 2第 二差壓測口高度；
[0035] 步驟6，最終流體經(jīng)過流體排出口排出。
[0036] 發(fā)明原理：非牛頓流體同樣適用于滿足伯努利能量守恒方程：

[0039] 式中Pi:測點(diǎn)1的靜壓力；v 點(diǎn)1流體速度
[0040] p2:測點(diǎn)2的靜壓力；v 2測點(diǎn)2流體速度
[0041] P :流體密度；g :重力加速度；ζ :局部阻力系數(shù)
[0042] 由公式2可知引起誤差因素有：
[0043] 引起誤差因素 k
測點(diǎn)1與側(cè)點(diǎn)2的速度差，該誤差可通過提高所述 非牛頓流體的密度測量裝置的加工精度來消除。
[0044] 引起誤差因素
壓力損失，測點(diǎn)1與測點(diǎn)2均為直管段，ζ <0.1;同 時(shí)在所述非牛頓流體的密度測量裝置設(shè)計(jì)時(shí)^和ν 2的絕對速度足夠小，使得 gOifhJ的1%以提高精度。
[0045] 引起誤差因素 3 : Δρ = p2-Pld_值為微差壓變送器測得數(shù)值，采用高精度的微差 壓變送器提高測量精度。
[0046] 引起誤差因素 4 : Δ h = hfh2;所述非牛頓流體的密度測量裝置固有特性測點(diǎn)1和 測點(diǎn)2的高度差，安裝完成后采用標(biāo)準(zhǔn)流體，例如空氣、水來標(biāo)定該高度差，以消除該誤差 因素，同時(shí)在計(jì)算程序中設(shè)置有溫度補(bǔ)償以消除溫度對高度差的影響。
[0047] 有益效果：本發(fā)明采用微差壓法間接測量流體的密度，通過組織流場和標(biāo)準(zhǔn)流體 的修正校驗(yàn)減小誤差，測量精確可靠，而且實(shí)現(xiàn)了對非牛頓流體密度的在線連續(xù)測量。
[0048] 除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技 術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的非牛頓流體密度在線測量裝置及方法所能解 決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié) 合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0049] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖中：1_流體入口管；2-文丘里流體加速限流裝置；3-紊流攪拌管；4-均勻沉降 管；5-層流測量管；6-流體排出口；7-第二差壓測口；8-第一差壓測口；9-第二差壓導(dǎo)管； 10-第一差壓導(dǎo)管；11-微差壓變送器；12-第二差壓吹掃口； 13-第一差壓吹掃口。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 實(shí)施例：本專利裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其材料根據(jù)流體的工作特性進(jìn)行選擇，可 以為玻璃，有機(jī)玻璃，PP，聚四氟乙烯，不銹鋼，合金，石墨等等。裝置的尺寸根據(jù)所測流體的 特性不同而進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于控制流體不發(fā)生沉積密度不均，流場分布不均勻等現(xiàn)象。所 測非牛頓流體由流體入口管1進(jìn)入，在文丘里流體加速限流裝置2處流體被加速，同時(shí)依據(jù) 流體入口壓力入口流量被限制在一定范圍，在紊流攪拌管3處流體在文丘里流體加速限流 裝置2高速作用下充分?jǐn)嚢杌旌希瑫r(shí)壓力降低，速度降低；在均勻沉降管4處流體速度發(fā) 生變化，即：流體速度上升后降至0,同時(shí)在重力作用下開始向下運(yùn)動(dòng)，速度流場重新均布， 均勻沉降；流體在層流測量管5內(nèi)處于層流狀態(tài)，層流測量管5為均勻直管段，內(nèi)徑加工誤 差不大于千分之一管徑，確保 Vl= v 2，同時(shí)管徑足夠光滑，降低第二差壓測口 7和第一差壓 測口 8之間的局部阻力損失
gQ^-hi)的1%以提高精度。最終流體 經(jīng)過流體排出口 6排出，流體排出口 6直通大氣，確保流體自由沉降。層流測量管5區(qū)間內(nèi) 進(jìn)行微差壓測量，微差壓變送器11接口分別為第二差壓測口 7和第一差壓測口 8。在初次 啟動(dòng)時(shí)壓縮空氣接入第二差壓吹掃口 12和第一差壓吹掃口 13進(jìn)行吹掃，運(yùn)行中每隔4小 時(shí)進(jìn)行一次吹掃，避免第二差壓測口 7和第一差壓測口 8堵塞或污染。微差壓變送器11取 得微差壓信號的輸入計(jì)算機(jī)或PLC或單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算。其密度計(jì)算公式基于公式2,同時(shí)加 入一定的經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)流體的修正系數(shù)。
[0052] 以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí) 施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施 方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非牛頓流體密度在線測量裝置，具有豎直的殼體，所述殼體上安裝有流體入口 管和流體排出口，其特征在于：所述殼體由均勻沉降管和層流測量管組成，所述殼體內(nèi)安裝 有紊流攪拌管，所述紊流攪拌管的底部依次與加速限流裝置和流體入口管相連通，所述流 體排出口安裝于殼體的底部，所述層流測量管的側(cè)壁上設(shè)有上下排列的第一差壓測口和第 二差壓測口，所述第一差壓測口和第二差壓測口連接到微差壓變送器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓流體密度在線測量裝置，其特征在于：所述加速限流 裝置是文丘里管。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓流體密度在線測量裝置，其特征在于：所述第一差壓 測口和第二差壓測口上均通過三通連接至正壓平衡吹掃口。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓流體密度在線測量裝置，其特征在于：所述殼體、第一 差壓測口和第二差壓測口的尺寸參數(shù)滿足 ^ζγ\： ^ 1%g[h,--1^) 式中匕第一差壓測口高度，h 2第二差壓測口高度，v 2第二差壓測口流體速度，g重力加 速度，ζ局部阻力系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓流體密度在線測量裝置，其特征在于：所述層流測量 管為均勻直管段，內(nèi)徑加工誤差不大于千分之一管徑。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓流體密度在線測量裝置，其特征在于：所述流體排出 口直通大氣。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種非牛頓流體密度在線測量裝置，包括流體入口，文丘里流體加速限流裝置，紊流管，均勻沉降管，層流測量管，流體排出口。采用電容式或其他微差壓變送器在層流測量管處測量有一定高差的差壓，差壓信號送至可編程邏輯控制器PLC或者單片機(jī)或者是計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算得出流體密度值。適用流體包括：固液兩相流；氣固兩相流；氣（汽）液兩相流；氣液固三相流；也適用于溶液、膠體、血液等流體。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)精確可靠的測量，關(guān)鍵在于可以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測量。
【IPC分類】G01N9/32
【公開號】CN205138945
【申請?zhí)枴緾N201520840206
【發(fā)明人】張世臣, 闞緒金
【申請人】南京英偉隆環(huán)境技術(shù)有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月27日