专利名称：射流密度测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种密度测量设备，特别是涉及一种可应用于流动的气体或液体密度测量的射流密测量装置及方法，属于流体测量技术领域。
背景技术：
密度计广泛应用于石油、天然气测量以及化工和印刷等行业；目前已有的密度计有科里奥利流量密度计、压差密度计、放射密度计、振荡管密度计等；科里奥利流量密度计的精度较高但价格昂贵，且对介质清洁度要求较高；压差密度计较多的应用在石油密度测量中，可用于液体测量却无法进行气体密度测量；放射密度测量因为存在有放射源，存在一定的安全隐患；振荡管密度计需要柱体的自激卡门涡街振荡，而卡门涡街振荡有雷诺数下限，即当流速低于某雷诺数以后，不会产生卡门涡街，则密度也无法测量。
发明内容
本发明所要解决的的技术问题在于克服现有密度测量方法的不足，提供一种低雷诺数管流射流密度测量方法及测量装置。一种射流密度测量装置，其特征在于包括盖板和射流振荡元件；上述射流振荡元件从前至后依次包括入口流道、射流喷嘴、中间流道、出口流道，其中射流出口和射流喷嘴之间还具有两路射流反馈回路；上述中间流道从前至后为渐扩形式；上述盖板安装于射流振荡元件上部，盖板上安装有与上述入口流道相通的入口接头，和与上述出口流道相通的出口接头；入口接头和出口接头用于连接所需测量的介质管道；上述盖板还安装有伸入射流喷嘴内的动态差压传感器高压取压管和伸入射流出口内的动态差压传感器低压取压管。利用权利所述射流密度测量装置的射流密度测量方法，其特征在于包括以下步骤
步骤A、将所需测量的介质管道连接于入口接头和出口接头之间；使射流通过射流振荡元件，产生振荡射流；
步骤B、利用动态差压传感器高压取压管和动态差压传感器低压取压管，测量射流振荡元件的射流喷嘴和射流出口的压差；
步骤C、根据下式计算射流的密度
P =K* (DP/f2)，
式中，P表示射流的密度；DP表示射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口的压差平均值；f表示射流的振荡频率；K为比例系数，对于特定的射流振荡元件，其为定值，根据实验预先标定得到；所述射流的振荡频率f 通过以下方法得到动态记录下差压传感器随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率。所述射流的振荡频率通过以下方法得到动态记录下差压传感器随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率(参考何振亚著，数字信号处理的理论与应用，北京人民邮电出版社，北京，1983)。利用已测量得到的射流喷嘴和射流出口的压差，通过计算得到射流的振荡频率，不需要设置单独的振荡频率测量部件，简化了结构，降低了成本。本发明涉及到的射流密度计可以大大的降低测量雷诺数的下限，结构简单，成本低廉。由流体介质流过射流振荡元件(参考蔡武昌，应启戛著，新型流量检测仪表，北京化学工业出版社，北京，2006)，在射流入口和出口之间形成振荡的差压信号，通过采集一路动态差压信号即可以进行流动介质的密度测量。相比现有技术，本发明可以实现液体和气体的流体密度测量，液体和气体的测量比例系数K 一致，且本发明的可测雷诺数下限较低，测量装置结构简单，成本较低。


图I为本发明的结构示意图；图2为射流振荡元件4的俯视图。
各标号的含义如下1流动入口、2入口接头、3盖板、4射流振荡元件、5动态差压高压取压管、6射流喷嘴、7射流附壁、8射流反馈回路、9动态差压低压取压管、10出口接头、11流动出口、12入口流道、13中间流道、14出口流道，15射流出口。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
本发明的射流密度测量装置的一个实施例如图I所示，它包括流动入口 I、入口接头2、盖板3、射流振荡元件4、动态差压高压取压管5、射流喷嘴6、射流附壁7、射流反馈回路8、动态差压低压取压管9、出口接头10、流动出口 11、入口流道12、中间流道13、出口流道14，射流出口 15，其中射流振荡元件4包括射流喷嘴6、射流附壁7、射流反馈回路8、动态差压低压取压管9、出口接头10、流动出口 11、入口流道12、中间流道13、出口流道14，射流出口 15。入口接头2的上端口为流动入口 1，可通过软管连接所需要测量的流体管道，入口接头2的下端与盖板3通过螺纹紧固连接，出口接头10的下端也与盖板3螺纹紧固连接，出口接头10的上端为流动出口，可通过软管连接连回所需要测量的介质管道；盖板3盖在射流振荡元件4之上并通过螺栓与之固连；射流振荡元件4的射流喷嘴6处设置有动态差压高压取压管5，射流振荡元件4的射流出口 15处设置有动态差压低压取压管9。当进行密度测量时，将上述测量装置通过入口接头2用软管与待测流体的流动管路连接，流体从流动入口 I进入射流振荡元件4，由于康达效应使射流喷嘴6出来的主体射流偏向射流附壁7的一边，主射流经射流振荡元件4的射流出口 15流出，而一小部分射流经同侧的射流反馈回路8返回至射流喷嘴6处，推动主射流偏向另外一侧的附壁，一小部分射流再经另外一侧的射流反馈回路至射流喷嘴6处；如此不断循环，形成腔体振荡。采用动态压差传感器对高压取压管5、低压取压管9之间的差压进行实时测量，并将测量数据依据下式计算并显示输出射流的密度
P =K* (DP/f2)，
式中，P表示射流的密度；DP表示压差传感器输出的压差的平均值4表示射流的振荡频率，通过以下方法得到动态记录下差压传感器随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率(参考何振亚著，数字信号处理的理论与应用，北京人民邮电出版社，北京，1983);K为比例系数，对于特定的射流振荡元件，其为定值，根据实验预先标定得到。为使公众便于理解本发明的技术方案，下面对本发明的测量原理进行详细说明 经理论研究和实验证明，由射流的康达效应和反馈回路诱使的腔体振荡的频率f与射
流喷嘴处的流速V成正比，公式如下
V = Ic1* f(I)
其中，ki为比例系数；振荡频率f可采用现有的通过在反馈通道或者出入口附近设置热敏、力敏、光纤等检测元件，检测得到射流振荡频率的方法得到，而本发明为了简化结构， 利用对动态差压信号做快速傅里叶变换的方法得到，具体为动态记录下差压传感器随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率(参考何振亚著，数字信号处理的理论与应用，北京人民邮电出版社，北京，1983)。而动态差压信号的平均值DP与射流喷嘴处的动压头P V2成正比，公式如下
P v2=k2*DP(2)
其中，k2为比例系数；P为流体密度；
由公式(I)和公式(2)可以得到公式(3)如下
P =(k2/V)*(DP/f2)(3)
流体的密度为P，令k2/\的值为K，则有公式(4)
P =K* (DP/f2)(4)
对于特定的射流振荡元件，比例系数K为定值，可根据实验预先标定得到。
权利要求
1.一种射流密度测量装置，其特征在于 包括盖板(3)和射流振荡元件(4)； 上述射流振荡元件(4)从前至后依次包括入口流道(12)、射流喷嘴(6)、中间流道(13)、出口流道(14)，其中射流出口(15)和射流喷嘴(6)之间还具有两路射流反馈回路(8);上述中间流道(13)从前至后为渐扩形式； 上述盖板(3)安装于射流振荡元件(4)上部，盖板(3)上安装有与上述入口流道(12)相通的入口接头(2)，和与上述出口流道(14)相通的出口接头(10);入口接头(2)和出口接头(10)用于连接所需测量的介质管道； 上述盖板(3 )还安装有伸入射流喷嘴(6 )内的动态差压传感器高压取压管(5 )和伸入射流出口(15)内的动态差压传感器低压取压管(9)。
2.利用权利要求I所述射流密度测量装置的射流密度测量方法，其特征在于包括以下步骤 步骤A、将所需测量的介质管道连接于入口接头(2)和出口接头(10)之间；使射流通过射流振荡元件(4)，产生振荡射流； 步骤B、利用动态差压传感器高压取压端(5)和动态差压传感器低压取压管(9)，测量射流振荡元件(4)的射流喷嘴(6)和射流出口(15)的压差； 步骤C、根据下式计算射流的密度P =K* (DP/f2)， 式中，P表示射流的密度；DP表示射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口的压差平均值；f表示射流的振荡频率；K为比例系数，对于特定的射流振荡元件，其为定值，根据实验预先标定得到； 所述射流的振荡频率f 通过以下方法得到动态记录下差压传感器随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率。
全文摘要
本发明公开了一种射流密度测量装置及方法。包括流动入口、入口接头、盖板、射流振荡元件、动态差压高压取压管、射流喷嘴、射流附壁、射流反馈回路、动态差压低压取压管、出口接头、流动出口；射流振荡元件所在平面与流动入口和出口相垂直；通过动态差压传感器测量出两个取压管之间的动态差压，再通过线路输入到二次仪表进行密度计量。本发明中，当流体经入口进入射流振荡元件之后，由于流体的康达效应和反馈回路，诱使腔体振荡；由动态差压传感器测量的差压为振荡的脉动差压，差压的振荡频率与射流喷嘴的工况流速成正比，差压的平均值与射流喷嘴处流体的动压头成正比，那么，动压头与流速平方之比与介质的密度成正比。本发明的优势是可以实现流动介质低雷诺数下的密度测量。
文档编号G01N9/26GK102735587SQ20121023436
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者李鹏, 白亚磊, 谈志晶, 钟伟 申请人:南京航空航天大学