亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种管道流量称及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种管道中流体的测量仪器及测量方法，特别是用于混合流体的质量流量和质量浓度的测量仪器及测量方法，属流量测量技术领域。
背景技术：
测量管道内流体的流量是工业上常用的测量技术。传统测量方法常利用电磁流量计或节流装置-差压式流量计测量。这些测量方式只适用于单一介质或密度不变的混合相流体的体积流量测量，如节流装置-差压式流量计它是利用安装在管道中的阻力部件，将通过阻力部件前后流体的压力差值引出，通过差压变送器对压力差值进行测量，再根据流量与差压的关系式计算出体积流量。通常它用于蒸汽、天然气、水、油等流体的体积流量测量，但不适用于质量流量及质量浓度的测量，尤其无法用于密度状况复杂多变的混合流体流量测量。近年来利用压缩空气能量输送粉粒体的技术在相关领域上应用逐渐增多，其典型应用就是利用空气输送煤粉或水力输送煤浆使之进入加热设备燃烧，这种混合流体的流量测量相对困难。目前有些质量流量计虽然可用于混合相流体的质量流量测量，但不能测量其质量浓度，也不适用于高温介质、粘稠液体、气力输送煤粉等流体的测量，且测量装置复杂、成本高。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术之缺陷而提供一种管道流量称及测量方法，以准确测量管道内混合流体的质量流量及质量浓度。
本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的一种管道流量称，它设置在流体输送管道上，其特别之处是构成中包括换能器、超声波流量计、压力变送器、称量传感器、智能显示仪和称量管，所述换能器、超声波流量计、压力变送器、称量传感器均与智能显示仪相连，所述称量管至少配置一个称量传感器，在称量管的两端各设有一段波纹管与其形成挠性连接，两波纹管的另一端分别连通前后固定管，前后固定管分别连通流体输送管道，前后固定管固定在基础支架上，所述压力变送器和换能器均设置在流体输送管道上，换能器连接超声波流量计。
上述管道流量称，所述两段波纹管相同，波纹管可以是金属、橡胶、塑料或合成材料。
上述管道流量称，所述称量管及前后固定管可以是直管、弯管，其材质可以是金属、橡胶、塑料或合成材料。
上述管段流量称所用的测量方法，它包括如下步骤A.预先标定在管内无物料和压力时调整称重测量值T测为零，在管内无物料、压力达到最大工作压力Pmax时，得出称重测量值T补max，由此求出动态称量补偿常数C＝T补max/Pmax；B.提取测量数据由超声波流量计检测混合流体在管内流动时的时差或频差换算成体积流量Q，压力变送器检测到管内压力P，称量传感器检测到重量T，上述检测数据均输入智能显示仪中；C.数据处理根据检测数据，智能显示仪进行计算处理得出被测混合流体的质量流量M、混合流体组份1的质量流量M1和质量浓度ρB1。
上述管道流量称所用的测量方法，所述数据处理包括如下计算工作时管内物料重量的计算为T补＝C*PT实＝T测-T补实际重量T实与流体的混合密度ρ应满足如下关系式ρ＝K*T实混合流体质量流量M＝ρ*Q以混合流体中密度较大的相为组份1、密度较小的相为组份2，若组份2为气相时，需对其密度ρ2进行修正ρ2’＝ρ2*(101+P)/101计算组份1体积流量Q1Q1＝Q*(ρ-ρ2’)/(ρ1-ρ2’)组份1质量流量M1M1＝Q1*ρ1组份1的质量浓度ρB1ρB1＝M1/Q本发明所述的管道流量称，在称量管的两端对称设置波纹挠性连接管，可以有效消除压力变化给称量结果造成的误差，并利用常规的测量元件将测得的混合流体的体积流量、压力、重量等信号输入智能显示仪进行数据处理，进而得出混合流体的质量流量及各组份的质量流量及质量浓度。本发明所提供的仪器及方法解决了管道中高温介质、粘稠液体、煤粉、水煤浆等混合流体质量流量与质量浓度的测量难题，其理论依据可靠、测量值准确、结构合理、易于实现。


图1为本发明的工作原理图；图2为称量管为水平阶梯弯管的安装示意图；图3为称量管为竖直阶梯弯管的安装示意图；图4为流体输送管道采用水平软管的安装示意图；图5为流体输送管道采用竖直悬垂软管的安装示意图；图6为体积流量修正曲线示意图。
具体实施例方式
图1所示本发明管道流量称，由换能器1、换能器2、超声波流量计3、压力变送器4、智能显示仪5、前后固定管6和10、波纹管7和9、称量管8、称量传感器11、紧固管夹12等组成。在流体输送管道13上配置有压力变送器4、换能器1和换能器2，换能器1和换能器2通过电缆连接至超声波流量计3。在称量管8的部位配置有两个称量传感器11，称量管8的两端连通波纹管7和9，两波纹管的另一端分别连通前、后固定管。前后固定管被紧固管夹12固定于基础支架上，采用的两个波纹管7和9完全相同，所有的超声波流量计3、压力变送器4及称量传感器11都通过电缆和智能显示仪5联系。
本发明的工作原理如下在称量管8上配置前后波纹管形成挠性连接并由前后固定管固定，使称量管处于相对自由状态，抵消了管道的刚性连接。波纹管7和9的截面积和管道内压力的乘积与波纹管产生的应力成线性关系，选择两个完全相同的波纹连接管，当管道内压力变化时，两波纹管产生的应力自然抵消，对于残余应力，压力变送器4会随时检测管道内压力的动态变化，为测量系统提供动态称量补偿。前后固定管6和10分别加配紧固管夹12，防止固定管6和10位移，保证称量值准确。混合流体在管内流动时，超声波流量计3检测到时差或频差f，计算出流体的流速υ并换算成体积流量Q，压力变送器4检测到管内压力P，称量传感器11检测到重量T，智能显示仪5根据已测知的混合流体的体积流量Q、压力P、重量T进行数据处理，即可经计算得到混合流体质量流量M、混合流体组份1的质量流量M1和质量浓度ρB1，其中将密度大的主测组份作为组份1，密度小的组份作为组份2。
管道流量称的测量及计算过程在管内没有物料，没有压力时、调整称重测量值T测为零，在管内没有物料，管内压力达到最大工作压力Pmax时，显示的称重测量值T补max，则是两个波纹管抵消管内压力影响后的残余应力，该残余应力与管内压力成线性关系，将称重测量值T补max除以工作压力Pmax，即得到动态称量补偿常数CC＝T补max/Pmax工作时管内物料重量的计算T补＝C*PT实＝T测-T补式中T补------动态称量补偿值KgC---------动态称量补偿常数P--------管内压力测量值 KPaT实------管内物料实际重量值KgT测------称量传感器测量值 Kg实际重量信号T实与流体的混合密度ρ有关，可写出混合相流体的密度ρ＝K*T实。
混合流体质量流量M＝ρ*Q若流体组份2为气相时，需先对气体密度ρ2进行修正ρ2’＝ρ2*(101+P)/101已知Q、ρ、ρ1、ρ2’，计算组份1体积流量Q1Q1＝Q*(ρ-ρ2’)/(ρ1-ρ2’)已知Q1、ρ1，计算组份1质量流量M1M1＝Q1*ρ1已知M1、Q，计算组份1的质量浓度ρB1ρB1＝M1/Q。
在上述计算中所使用的体积流量公式推导如下1.首先引入混合气体的密度公式已知组份1密度ρ1、组份2密度ρ2，则混合气体密度ρ和组份1体积流量Q1、组份2体积流量Q2有关ρ*(Q1+Q2)＝(ρ1*Q1+ρ2*Q2)(1)2.导出组份1体积流量所占百分比＝混合气体密度差所占百分比Q＝Q1+Q2(计算值)Q1/Q＝(ρ-ρ2)/(ρ1-ρ2) (2)Q2/Q＝(ρ1-ρ)/(ρ1-ρ2) (3)
Q1＝Q*(ρ-ρ2)/(ρ1-ρ2)(4)Q2＝Q*(ρ1-ρ)/(ρ1-ρ2)(5)3.液相或固相混合后的体积流量Q’≠Q1+Q2Q’＝(Q1’+Q2’)(测量值)在实际使用前，应修正混合相流体的体积流量，可用量筒等容器将组份2以恒定量的体积Q2，配组份1以不同量的体积Q1，搅拌均匀，计算并记录Q1同比例时的Q，Q’，Q1/Q，Q1/Q’的数值，可得到如图6所示的混合相流体的体积变化曲线，将Q1/Q’和Q1/Q变化曲线用折线法制表并填入相应的Q1/Q’＝f(Q1/Q)值，在计算出混合流体的混合密度ρ后，查折线表即可得到Q1/Q’的相应值。
已得ρ，则Q1/Q＝(ρ-ρ2)/(ρ1-ρ2) (2)查表得Q1/Q’＝f(Q1/Q)解之得Q1＝Q’*f(Q1/Q)Q＝Q1/(ρ-ρ2)/(ρ1-ρ2) (4)式中ρ-------混合相流体的密度值 Kg/m3ρ1------已知的组份1密度Kg/m3ρ2------已知的组份2密度Kg/m3Q-------未知的两组份之和体积流量 m3/hQ’------测量的混合流体体积流量 m3/hQ1-------组份1体积流量 m3/hQ2-------组份2体积流量 m3/hQ1’------组份1混合后比拟的体积流量 m3/hQ2’------组份2混合后比拟的体积流量 m3/hf(Q1/Q)------折线表内对应于Q1/Q的Q1/Q’值图2、图3，为称量管和前后固定管采用弯管时称量传感器和波纹管的安装示意图。图4、图5为流体输送管道采用完全软管时称量传感器的安装示意图。当采用完全软管时，其软管即可以替代波纹管作用，但软管安装时其下垂段一定不能触地，其它设置不变。
使用图2水平阶梯弯管和图3垂直阶梯弯管，弯形管配置的波纹管其测量值计算方法和上述例相同。
权利要求
1.一种管道流量称，它设置在流体输送管道上，其特征在于构成中包括换能器(1、2)、超声波流量计(3)、压力变送器(4)、称量传感器(11)、智能显示仪(5)和称量管(8)，所述换能器、超声波流量计、压力变送器、称量传感器均与智能显示仪相连，所述称量管(8)至少配置一个称量传感器(11)，在称量管的两端各设有一段波纹管(7、9)与其形成挠性连接，两波纹管的另一端分别连通前后固定管(6、10)，前后固定管分别连通流体输送管道，前后固定管固定在基础支架(14)上，所述压力变送器(4)和换能器(1、2)均设置在流体输送管道(13)上，换能器连接超声波流量计(3)。
2.根据权利要求1所述的管道流量称，其特征在于所述两段波纹管的相同，波纹管可以是金属、橡胶、塑料或合成材料。
3.根据权利要求2所述的管道流量称，其特征在于所述称量管(8)及前后固定管(6、10)是直管或弯管，其材质是金属、橡胶、塑料或合成材料。
4.一种如权利要求1或2或3所述的管段流量称所用的测量方法，其特征在于包括如下步骤A.预先标定在管内无物料和压力时调整称重测量值T测为零，在管内无物料、压力达到最大工作压力Pmax时，得出称重测量值T补max，由此求出动态称量补偿常数C＝T补max/Pmax；B.提取测量数据由超声波流量计(3)检测混合流体在管内流动时的时差或频差，换算成体积流量Q，压力变送器(4)检测到管内压力P，称量传感器(11)检测到重量T，上述检测数据均输入智能显示仪(5)中；C.数据处理根据检测数据，智能显示仪进行计算处理得出被测混合流体的质量流量M、混合流体组份1的质量流量M1和质量浓度ρB1。
5.根据权利要求4所述的管道流量称所用的测量方法，其特征在于所述数据处理包括如下计算工作时管内物料重量的计算为T补＝C*PT实＝T测-T补实际重量T实与流体的混合密度ρ应满足如下关系式ρ＝K*T实混合流体质量流量M＝ρ*Q以混合流体中密度较大的相为组份1、密度较小的相2为组份2，若组份2为气相时，需对其密度ρ2按如下关系式进行修正ρ2’＝ρ2*(101+P)/101组份1的体积流量Q1Q1＝Q*(ρ-ρ2’)/(ρ1-ρ2’)组份1质量流量M1M1＝Q1*ρ1组份1的质量浓度ρB1ρB1＝M1/Q。
全文摘要
一种管道流量称及测量方法，属流量测量技术领域。用于解决测量管道内混合流体的质量流量及质量浓度的技术问题。其特别之处是构成中包括换能器、超声波流量计、压力变送器、称量传感器、智能显示仪和称量管，称量管至少配置一个称量传感器，在称量管的两端各设有一段波纹管与其形成挠性连接，两波纹管的另一端分别连通前后固定管，前后固定管分别连通流体输送管道，前后固定管固定在基础支架上，所述压力变送器和换能器均设置在流体输送管道上，各测量元件连接智能显示仪。本发明所提供的管道流量称及测量方法，解决了管道中高温介质、粘稠液体、煤粉、水煤浆等混合流体质量流量与质量浓度的测量难题，其理论依据可靠、测量值准确、结构合理、易于实现。
文档编号G01F1/76GK1546954SQ20031010968
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月2日 优先权日2003年12月2日
发明者冯长周, 冯轩 申请人:冯长周