CN102156086B - 一种利用弯曲振动测量动态流体粘度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粘度的检测方法，尤其涉及一种检测动态流体粘度的检测方法。该方法使用了与液体流动管道相连通的振动管，控制振动管振动的控制器，分别设置在振动管两端处的流量检测装置和解算装置；由于科里奥利质量流量计本身可以直接测量流体的质量流量，因此本发明可以很方便的计算出流速补偿后的动力粘度测量结果，从而实现流体粘度实时在线测量。而且由于科里奥利质量流量计可以测量管内流体的密度，则可以同时得到管内流体的实时运动粘度。

Description

一种利用弯曲振动测量动态流体粘度的方法

【技术领域】

本发明涉及一种粘度的检测方法，尤其涉及一种检测动态流体粘度的检测方法。

【背景技术】

粘度及其测量在国民经济的许多领域都有着较广泛的应用，例如在石油、化工、交通、国防、轻工、食品、建材、煤炭、冶金、航天、医药等领域中。粘度测量是控制生产流程、保证安全生产、控制与评定产品质量、医学诊断及科学研究的重要手段。

生产流程中常用的粘度计有毛细管式粘度计、旋转式粘度计和振动式粘度计。

毛细管式粘度计利用的是哈根泊肃叶定律，通过记录流体在毛细管内的下落时间，计算出流体的粘度，它的缺点是难以实现工业上的实时在线粘度测量，例如中国专利200610041820.0。

旋转式粘度计主要是利用由一台同步微型电动机带动转筒以一定的速率在被测流体中旋转，由于受到流体粘滞力的作用，转筒会产生滞后，与转筒连接的弹性元件则会在旋转的反方向上产生一定的扭转，通过测量扭转应力的大小就可以计算得到流体的粘度值。但是该方法的缺点是所需硬件设备较多，流体中需侵入特殊装置，不能实时在线测量。例如中国专利96109032.4、01241517.0。

振动式粘度计主要是利用特制物体深入所测量流体中，通过测量特制物体受到流体粘滞力的作用，造成的能量衰减来实现粘度的测量，这种方法与旋转式粘度计都有同样一个缺点，就是必须有外界物体侵入流体中，而且设计复杂。

在中国专利200710018494.6中提出了一种静态的流体粘度测量方法，该方法的实现装置简单，而且不需要有外界物体进入到流体中，减少了后期测量过程的一些不便。但同时由于这是一种静态的流体粘度测量方法，而工业生产中的流体往往都是流动的，是一种动态的测量，所以该方法不能实现工业上的实时在线测量功能。

【发明内容】

本发明旨在提供动态检测，且结果准确的一种利用弯曲振动测量动态流体粘度的方法。

本发明所述的方法使用了与液体流动管道相连通的振动管，控制振动管振动的控制器，分别设置在振动管两端处的流量检测装置，和解算装置；并且该方法包括以下步骤：

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，并使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₂和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q_1{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测流体并使之内部充满该待测流体，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量此时控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；

⑥计算该待测流体的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

其中，步骤①、②、④和⑤中振动管的振幅均相同。

由于科里奥利质量流量计本身可以直接测量流体的质量流量，因此本发明可以很方便的计算出粘度测量的修正结果，从而实现流体粘度实时在线测量。而且由于科里奥利质量流量计可以测量管内流体的密度，则可以同时得到管内流体的实时运动粘度。

【附图说明】

图1：粘度值为212mPa·s的硅油的动态测量结果

图2：粘度值为344mPa·s的硅油的动态测量结果

图3：粘度值为612mPa·s的硅油的动态测量结果

图4：粘度值为107mPa·s的润滑油的动态测量结果

图5：粘度值为954mPa·s的甘油的动态测量结果

图中实线为上述硅油或润滑油或甘油的实际粘度，圆点为本发明的测量结果。

【具体实施方式】

实施例一

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制振动管以振幅A进行恒幅的弯曲振动，测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，振动管入口和出口还分别设有一个电磁阀，关闭电磁阀，使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管以振幅A进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管以振幅A进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₂和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q_1{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测硅油(粘度值为212mPa·s)并使之内部充满该待测硅油，控制器控制振动管以振幅A进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；共平行测量五次；

⑥计算每次测量结果下该待测硅油的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

⑦检测结果如图1所示。由图1可知，本发明的检测误差属于可允许的范围内。

实施例二

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制振动管以振幅B进行恒幅的弯曲振动，测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，振动管入口和出口还分别设有一个电磁阀，关闭电磁阀，使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管以振幅B进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管以振幅B进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₂和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q_1{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测硅油(粘度值为344mPa·s)并使之内部充满该待测硅油，控制器控制振动管以振幅B进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；共平行测量五次；

⑥计算每次测量结果下该待测硅油的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

⑦检测结果如图2所示。由图2可知，本发明的检测误差属于可允许的范围内。

实施例三

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制振动管以振幅C进行恒幅的弯曲振动，测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，振动管入口和出口还分别设有一个电磁阀，关闭电磁阀，使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管以振幅C进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管以振幅C进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₂和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测硅油(粘度值为612mPa·s)并使之内部充满该待测硅油，控制器控制振动管以振幅C进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；共平行测量五次；

⑥计算每次测量结果下该待测硅油的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

⑦检测结果如图3所示。由图3可知，本发明的检测误差属于可允许的范围内。

实施例四

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制以振幅D振动管进行恒幅的弯曲振动，测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，振动管入口和出口还分别设有一个电磁阀，关闭电磁阀，使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管以振幅D进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管以振幅D进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₂和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q_1{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测润滑油(粘度值为107mPa·s)并使之内部充满该待测润滑油，控制器控制振动管以振幅D进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；共平行测量五次；

⑥计算每次测量结果下该待测润滑油的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

⑦检测结果如图4所示。由图4可知，本发明的检测误差属于可允许的范围内。

实施例五

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制振动管以振幅E进行恒幅的弯曲振动，测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，振动管入口和出口还分别设有一个电磁阀，关闭电磁阀，使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管以振幅E进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管以振幅E进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₂和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q_1{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测甘油(粘度值为954mPa·s)并使之内部充满该待测甘油，控制器控制振动管以振幅E进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；共平行测量五次；

⑥计算每次测量结果下该待测甘油的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

⑦检测结果如图5所示。由图5可知，本发明的检测误差属于可允许的范围内。

Claims (2)

1.一种利用弯曲振动测量动态流体粘度的方法，该方法使用了与液体流动管道相连通的振动管，控制振动管振动的控制器，分别设置在振动管两端处的流量检测装置，和解算装置；其特征在于该方法包括以下步骤：

①向振动管中连续地注入空气并使之内部充满空气，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，保证在通入同种液体的情况下，每次测量的驱动通过控制测量振动管振动时控制器的输出功率P₀和振动管的谐振频率f₀；

②向振动管中连续地注入已知动力粘度η₁的流体并使之内部充满该流体，并使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P₁和振动管的谐振频率f₁；

③计算流体粘滞力因子K_s；

$K_s=\frac{{\mathrm{\η}}_1{f}_1}{(\frac{P_1}{f_1}-\frac{P_0}{f_0})}$

④向振动管中连续地注入已知质量流量Q₁的流体并使之内部充满该流体，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量控制器的输出功率P2和振动管的谐振频率f₂，并计算该流体的科氏力能耗因子K_c，

$K_c=\frac{K_s}{Q_1{f}_2}(\frac{P_2}{f_2}-\frac{P_1}{f_1})$

⑤向振动管中连续地注入待测流体并使之内部充满该待测流体，控制器控制振动管进行恒幅的弯曲振动，测量此时控制器的输出功率P和振动管的谐振频率f，同时流量检测装置测量出此时的实时质量流量Q；

⑥计算该待测流体的粘度，

$\mathrm{\η}=\frac{K_s}{f}(\frac{P}{f}-\frac{P_0}{f_0})-K_{c}Q$

其中，步骤①、②、④和⑤中振动管的振幅均相同。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于振动管入口和出口还分别设有一个电磁阀，在进行步骤②所述的测量前，关闭电磁阀，使管中流体不具有沿管道方向的轴向流速。

Images