專利名稱：射流密度測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密度測量設(shè)備，特別是涉及一種可應(yīng)用于流動的氣體或液體密度測量的射流密測量裝置及方法，屬于流體測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
密度計(jì)廣泛應(yīng)用于石油、天然氣測量以及化工和印刷等行業(yè)；目前已有的密度計(jì)有科里奧利流量密度計(jì)、壓差密度計(jì)、放射密度計(jì)、振蕩管密度計(jì)等；科里奧利流量密度計(jì)的精度較高但價格昂貴，且對介質(zhì)清潔度要求較高；壓差密度計(jì)較多的應(yīng)用在石油密度測量中，可用于液體測量卻無法進(jìn)行氣體密度測量；放射密度測量因?yàn)榇嬖谟蟹派湓?，存在一定的安全隱患；振蕩管密度計(jì)需要柱體的自激卡門渦街振蕩，而卡門渦街振蕩有雷諾數(shù)下限，即當(dāng)流速低于某雷諾數(shù)以后，不會產(chǎn)生卡門渦街，則密度也無法測量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有密度測量方法的不足，提供一種低雷諾數(shù)管流射流密度測量方法及測量裝置。一種射流密度測量裝置，其特征在于包括蓋板和射流振蕩元件；上述射流振蕩元件從前至后依次包括入口流道、射流噴嘴、中間流道、出口流道，其中射流出口和射流噴嘴之間還具有兩路射流反饋回路；上述中間流道從前至后為漸擴(kuò)形式；上述蓋板安裝于射流振蕩元件上部，蓋板上安裝有與上述入口流道相通的入口接頭，和與上述出口流道相通的出口接頭；入口接頭和出口接頭用于連接所需測量的介質(zhì)管道；上述蓋板還安裝有伸入射流噴嘴內(nèi)的動態(tài)差壓傳感器高壓取壓管和伸入射流出口內(nèi)的動態(tài)差壓傳感器低壓取壓管。利用權(quán)利所述射流密度測量裝置的射流密度測量方法，其特征在于包括以下步驟
步驟A、將所需測量的介質(zhì)管道連接于入口接頭和出口接頭之間；使射流通過射流振蕩元件，產(chǎn)生振蕩射流；
步驟B、利用動態(tài)差壓傳感器高壓取壓管和動態(tài)差壓傳感器低壓取壓管，測量射流振蕩元件的射流噴嘴和射流出口的壓差；
步驟C、根據(jù)下式計(jì)算射流的密度
P =K* (DP/f2)，
式中，P表示射流的密度；DP表示射流振蕩元件的射流噴嘴、射流出口的壓差平均值；f表示射流的振蕩頻率；K為比例系數(shù)，對于特定的射流振蕩元件，其為定值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定得到；所述射流的振蕩頻率f 通過以下方法得到動態(tài)記錄下差壓傳感器隨時間的變化數(shù)值，應(yīng)用快速傅里葉變換把時域信號轉(zhuǎn)化成頻域信號，得到振蕩頻率。所述射流的振蕩頻率通過以下方法得到動態(tài)記錄下差壓傳感器隨時間的變化數(shù)值，應(yīng)用快速傅里葉變換把時域信號轉(zhuǎn)化成頻域信號，得到振蕩頻率(參考何振亞著，數(shù)字信號處理的理論與應(yīng)用，北京人民郵電出版社，北京，1983)。利用已測量得到的射流噴嘴和射流出口的壓差，通過計(jì)算得到射流的振蕩頻率，不需要設(shè)置單獨(dú)的振蕩頻率測量部件，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。本發(fā)明涉及到的射流密度計(jì)可以大大的降低測量雷諾數(shù)的下限，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。由流體介質(zhì)流過射流振蕩元件(參考蔡武昌，應(yīng)啟戛著，新型流量檢測儀表，北京化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2006)，在射流入口和出口之間形成振蕩的差壓信號，通過采集一路動態(tài)差壓信號即可以進(jìn)行流動介質(zhì)的密度測量。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)液體和氣體的流體密度測量，液體和氣體的測量比例系數(shù)K 一致，且本發(fā)明的可測雷諾數(shù)下限較低，測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為射流振蕩元件4的俯視圖。
各標(biāo)號的含義如下1流動入口、2入口接頭、3蓋板、4射流振蕩元件、5動態(tài)差壓高壓取壓管、6射流噴嘴、7射流附壁、8射流反饋回路、9動態(tài)差壓低壓取壓管、10出口接頭、11流動出口、12入口流道、13中間流道、14出口流道，15射流出口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
本發(fā)明的射流密度測量裝置的一個實(shí)施例如圖I所示，它包括流動入口 I、入口接頭2、蓋板3、射流振蕩元件4、動態(tài)差壓高壓取壓管5、射流噴嘴6、射流附壁7、射流反饋回路8、動態(tài)差壓低壓取壓管9、出口接頭10、流動出口 11、入口流道12、中間流道13、出口流道14，射流出口 15，其中射流振蕩元件4包括射流噴嘴6、射流附壁7、射流反饋回路8、動態(tài)差壓低壓取壓管9、出口接頭10、流動出口 11、入口流道12、中間流道13、出口流道14，射流出口 15。入口接頭2的上端口為流動入口 1，可通過軟管連接所需要測量的流體管道，入口接頭2的下端與蓋板3通過螺紋緊固連接，出口接頭10的下端也與蓋板3螺紋緊固連接，出口接頭10的上端為流動出口，可通過軟管連接連回所需要測量的介質(zhì)管道；蓋板3蓋在射流振蕩元件4之上并通過螺栓與之固連；射流振蕩元件4的射流噴嘴6處設(shè)置有動態(tài)差壓高壓取壓管5，射流振蕩元件4的射流出口 15處設(shè)置有動態(tài)差壓低壓取壓管9。當(dāng)進(jìn)行密度測量時，將上述測量裝置通過入口接頭2用軟管與待測流體的流動管路連接，流體從流動入口 I進(jìn)入射流振蕩元件4，由于康達(dá)效應(yīng)使射流噴嘴6出來的主體射流偏向射流附壁7的一邊，主射流經(jīng)射流振蕩元件4的射流出口 15流出，而一小部分射流經(jīng)同側(cè)的射流反饋回路8返回至射流噴嘴6處，推動主射流偏向另外一側(cè)的附壁，一小部分射流再經(jīng)另外一側(cè)的射流反饋回路至射流噴嘴6處；如此不斷循環(huán)，形成腔體振蕩。采用動態(tài)壓差傳感器對高壓取壓管5、低壓取壓管9之間的差壓進(jìn)行實(shí)時測量，并將測量數(shù)據(jù)依據(jù)下式計(jì)算并顯示輸出射流的密度
P =K* (DP/f2)，
式中，P表示射流的密度；DP表示壓差傳感器輸出的壓差的平均值4表示射流的振蕩頻率，通過以下方法得到動態(tài)記錄下差壓傳感器隨時間的變化數(shù)值，應(yīng)用快速傅里葉變換把時域信號轉(zhuǎn)化成頻域信號，得到振蕩頻率(參考何振亞著，數(shù)字信號處理的理論與應(yīng)用，北京人民郵電出版社，北京，1983);K為比例系數(shù)，對于特定的射流振蕩元件，其為定值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定得到。為使公眾便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明的測量原理進(jìn)行詳細(xì)說明 經(jīng)理論研究和實(shí)驗(yàn)證明，由射流的康達(dá)效應(yīng)和反饋回路誘使的腔體振蕩的頻率f與射
流噴嘴處的流速V成正比，公式如下
V = Ic1* f(I)
其中，ki為比例系數(shù)；振蕩頻率f可采用現(xiàn)有的通過在反饋通道或者出入口附近設(shè)置熱敏、力敏、光纖等檢測元件，檢測得到射流振蕩頻率的方法得到，而本發(fā)明為了簡化結(jié)構(gòu)， 利用對動態(tài)差壓信號做快速傅里葉變換的方法得到，具體為動態(tài)記錄下差壓傳感器隨時間的變化數(shù)值，應(yīng)用快速傅里葉變換把時域信號轉(zhuǎn)化成頻域信號，得到振蕩頻率(參考何振亞著，數(shù)字信號處理的理論與應(yīng)用，北京人民郵電出版社，北京，1983)。而動態(tài)差壓信號的平均值DP與射流噴嘴處的動壓頭P V2成正比，公式如下
P v2=k2*DP(2)
其中，k2為比例系數(shù)；P為流體密度；
由公式(I)和公式(2)可以得到公式(3)如下
P =(k2/V)*(DP/f2)(3)
流體的密度為P，令k2/\的值為K，則有公式(4)
P =K* (DP/f2)(4)
對于特定的射流振蕩元件，比例系數(shù)K為定值，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定得到。
權(quán)利要求
1.一種射流密度測量裝置，其特征在于 包括蓋板(3)和射流振蕩元件(4)； 上述射流振蕩元件(4)從前至后依次包括入口流道(12)、射流噴嘴(6)、中間流道(13)、出口流道(14)，其中射流出口(15)和射流噴嘴(6)之間還具有兩路射流反饋回路(8);上述中間流道(13)從前至后為漸擴(kuò)形式； 上述蓋板(3)安裝于射流振蕩元件(4)上部，蓋板(3)上安裝有與上述入口流道(12)相通的入口接頭(2)，和與上述出口流道(14)相通的出口接頭(10);入口接頭(2)和出口接頭(10)用于連接所需測量的介質(zhì)管道； 上述蓋板(3 )還安裝有伸入射流噴嘴(6 )內(nèi)的動態(tài)差壓傳感器高壓取壓管(5 )和伸入射流出口(15)內(nèi)的動態(tài)差壓傳感器低壓取壓管(9)。
2.利用權(quán)利要求I所述射流密度測量裝置的射流密度測量方法，其特征在于包括以下步驟 步驟A、將所需測量的介質(zhì)管道連接于入口接頭(2)和出口接頭(10)之間；使射流通過射流振蕩元件(4)，產(chǎn)生振蕩射流； 步驟B、利用動態(tài)差壓傳感器高壓取壓端(5)和動態(tài)差壓傳感器低壓取壓管(9)，測量射流振蕩元件(4)的射流噴嘴(6)和射流出口(15)的壓差； 步驟C、根據(jù)下式計(jì)算射流的密度P =K* (DP/f2)， 式中，P表示射流的密度；DP表示射流振蕩元件的射流噴嘴、射流出口的壓差平均值；f表示射流的振蕩頻率；K為比例系數(shù)，對于特定的射流振蕩元件，其為定值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定得到； 所述射流的振蕩頻率f 通過以下方法得到動態(tài)記錄下差壓傳感器隨時間的變化數(shù)值，應(yīng)用快速傅里葉變換把時域信號轉(zhuǎn)化成頻域信號，得到振蕩頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射流密度測量裝置及方法。包括流動入口、入口接頭、蓋板、射流振蕩元件、動態(tài)差壓高壓取壓管、射流噴嘴、射流附壁、射流反饋回路、動態(tài)差壓低壓取壓管、出口接頭、流動出口；射流振蕩元件所在平面與流動入口和出口相垂直；通過動態(tài)差壓傳感器測量出兩個取壓管之間的動態(tài)差壓，再通過線路輸入到二次儀表進(jìn)行密度計(jì)量。本發(fā)明中，當(dāng)流體經(jīng)入口進(jìn)入射流振蕩元件之后，由于流體的康達(dá)效應(yīng)和反饋回路，誘使腔體振蕩；由動態(tài)差壓傳感器測量的差壓為振蕩的脈動差壓，差壓的振蕩頻率與射流噴嘴的工況流速成正比，差壓的平均值與射流噴嘴處流體的動壓頭成正比，那么，動壓頭與流速平方之比與介質(zhì)的密度成正比。本發(fā)明的優(yōu)勢是可以實(shí)現(xiàn)流動介質(zhì)低雷諾數(shù)下的密度測量。
文檔編號G01N9/26GK102735587SQ20121023436
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者李鵬, 白亞磊, 談志晶, 鐘偉 申請人:南京航空航天大學(xué)