直管式粘度计的研制.pdf

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1、576化工自动化及仪表第39卷直管式粘度计的研制刘希民1刘保双2黄明键’张恩平1任宏伟(I．济南大学自动化与电气工程学院，济南250022；2．山东东营胜利石油管理局钻井工艺研究院．山东东营257017)摘要分析了直管式粘度计测量原理和工作过程，给出了测量结果并与旋转式粘度计作了比较．结果表明：在5一150mPa·e范圈内粘度潮量准确度可迭3％，并实现了粘度在线测量。关键词粘度直管式粘度计单片机中圈分类号TH86文献标识码B文章编号1000一3932(2012)05Ⅲ576—04在工业生产和科学研究中粘度是一个重要的参数，

2、常用的粘度测量仪器有旋转式粘度计、漏斗式粘度计及振动式牯度计等。。。’，这些仪器一般采用离线、手动或半自动的方式实现粘度测量，测试过程复杂且耗时很长，有时还需要人工计算得出测量结果，给生产过程的实时监测和控制带来诸多不便，在石油钻探中钻井液粘度的测量就是如此。毛细管粘度计也是常用的粘度测量仪器，但一般采用恒压方式且主要用于血液的测量中¨一1。笔者研制了一种直管式粘度计，实现了流体粘度的在线测量，该仪器结构简单、自动操作、实时性好、测量结果可数字显示和远传，改变了现有枯度的测量模式，尤其适合钻井液的实时在线测量。1测量原理如

3、图l所示，在一段直径为D(内径)的水平安装的直管段两端，各安装一只压力变送器，两只压力变送器之间的距离为三，当体积流量为口的流体流过直管段时，在两只压力变送器之间会产生压力损耗，其大小为△p，由泊萧叶定律可知其值为：”：AP；堕挚(1)式中仙——动力牯度。对于宾汉流体，由宾汉流体管流压力损耗公式可得‘4j】：妒警+等㈩‘订D‘3D式中f。——启始动切力。由式(1)、(2)可得动力粘度

4、‘‘为：肛=锚一等㈩肛2旆一1万¨’流黾信号压力信号图l直管式粘度计测量原理由式(1)、(3)可知，在已知直管直径D和长度L的情况下，只要测

5、出压差△p和流体体积流量Q，就可算出流体的粘度，实现流体粘度的实时在线测量，这就是直管式粘度计的测量原理。2装置结构及工作过程2．1装置结构直管式粘度计的结构如图2所示，主要由测量系统和数据采集与处理系统两部分组成，测量系统由直径为D的直管、两个压力变送器、科里奥利流量计、阻尼器、电磁阀、节流阀、旁路阀、两个止回阀、泥浆泵及溢出口等组成，主要完成被测泥浆的实时输送、流量测量、密度测量、温度测量、直管段的压差测量及管路的定期清洗等，阻尼器用于消除流体流动时的脉动。数据采集及处理系统由单片机数据采集单元、数字显示、数据输出端口

6、、泥浆泵及电磁阀控制信号驱动电路等组成，主要完成上、下游压力信号p，、p：，流量信号口，密度信号_jIf．以及温度信号t的采集和处理，根据压力信号p。、P：计算直管段上、下游差压△p，并由式(1)或式(3)计算出被测流体的粘度灿。为了保证收稿日期：2012—03-t4(惨改稿)基金项目：中石化重点科研项目(jpl0009)第5期刘希民等．直管式牯度计的研制577测量精度，要确保在任何情况下，直管都处于水平状态，溢出口和直管内壁最高点在同一水平面上。数据采集及处理系统图2直管式粘度计结构原理2．2装置工作过程3测量结果直管式

7、粘度计工作过程可分为3个步骤：按照图2所示的结构，分别采用直径为18．o、a．零点校准。在单片机的控制下，关断泥浆14．1、12．5、9．8、4．omm的直管在不同的流速下泵，打开电磁阀，水流过阻尼器、科里奥利流量计对配制试样进行了测量，为了便于比较，同时采用和直管，由溢流口流出，待管路中充满水后，关闭旋转式粘度计对试样进行测试。首先，计算直管电磁阀l，使管路中的水处于静止状态，采集直管式粘度计的测试条件，在此只给出直管直径为段上、下游压力信号pIo、p：。作为压力零点校准信18mm和旋转式粘度计工作在100r／min时的

8、测试号。条件和结果。当旋转式粘度计工作在lOOr／min，b．数据采集及处理。由单片机控制，关闭电对应的速度梯度为170s～，直管的直径为18mm，磁阀，接通泥浆泵，让被测泥浆流人管路，数据采由剪切速率计算公式：集单元分别采集上、下游压力变送器输出的压力R。旦信号P。、p：和科里奥利流量计输出的流量信号Q、，，=蚩=—产2希(4)密度信号肘、温度信号￡，先用pto、P：。对压力信号式中y——速度梯度，$～；p．、P：进行零点校准后再计算差压信号△p=(p-口——流速，m／。；一p，。)一(p：一p：。)；再由差压信号△p、

9、流量信号Q——体积流量，m，／s；Q和已知的直管段内直径D及两压力变送器间A——管道截面积，m：。的距离L，由式(1)或式(3)计算流体粘度值p，对令7：170。’t时，可得对应的流过直管的流i摹量嚣纂黧嚣黧薯君詈体流量：Q：譬：坐磐：力f。；然后将牯度值、流量值、密度值和温度值由”⋯。8。。32数据输