使用并联科里奥利质量流量计的科里奥利粘度计

                      发明领域

本发明涉及一种粘度计，这种粘度计使用并联的科里奥利质量流 量计获得物质流的粘滞度。

                        问题

在现实中常常需要确定在管道或导管中流动的物质的粘滞度。之 所以需要这样做，是因为在许多生产过程中，需要使流动的物质保持 特定的粘滞度。例如，在使用管道系统加工食品如糖浆或工业品如电 动机润滑油的生产过程中，要求在管道中流动的物质所具有的粘滞度 能够增强其被客户使用的适用性。在其它应用中，必须使流动物质保 持特定的粘滞度，以使生产过程的下一个步骤能够以规定的方式完 成。另一种需要知道粘滞度的场合是使用分流式流量计测量大管道中 的流率。流量计与大管道之间的流量比值是粘滞度的函数。所以，不 间断地了解粘滞度能够使分流式流量计以更高的精度测量流率。

获知粘滞度的一种通用方法是人工测量，按照这种方法，需要采 集流动物质的样品并进行分析以确定其粘滞度。这种分批采样的方法 不是很理想，因为它需要人员的劳动并且耗费时间。这种方法的不足 之处还在于当获取流动物质采样和进行分析时常常需要中断生产过 程。此外，在不同的采样之间，粘滞度可能变化很大，而无法察觉。

测量粘滞度的另一种方法是使用购买的粘度计。这些仪器非常昂 贵，它们一般利用插入流体管道中的振动或转动部件测定粘滞度。虽 然它们可以进行连续测量，但是由于它们价格昂贵，振动部件易碎 裂，所以也不是理想的方式。

振动管科里奥利流量计由于能够测量质量流量、体积流量、密 度、和温度而成为众所周知的测量仪器。许多科里奥利流量计的使用 者需要调配各种成分以达到在流量计中流动物质所需的粘滞度。也能 够测量粘滞度的科里奥利质量流量计与需要人工参与和实验室采样 的离散的分批方式相比可取之处在于它能够连续地测定粘滞度。这种 能够测量粘滞度的科里奥利流量计还没有单独的粘度计的昂贵和易 碎裂性。粘滞度测量科里奥利流量计还可以以分流方式操作，以测定 在一根大管道中流动物质的流率和粘滞度。知道管道中物质的粘滞度 使得可以通过补偿物质粘滞度的变化获得更加精确的质量流量输出 信息。

授予Kalotay等人的美国专利US-5,359,881试图通过为科里奥 利流量计配备可测定流量计出入口之间压力降的一个内置压力差传 感器来解决分批采样方法和现有的粘度计存在的问题。根据这种压力 降信息，可以获得流动物质的粘滞度。Kalotay等人发明的科里奥利 流量计在许多应用中能够令人满意地工作。但是，Kalotay等人的科 里奥利质量流量计的结构必须必须能够安置压力差传感器。这样增加 了它的成本和复杂性。而且，Kalotay等人的装置在某些应用中不是 很理想。由于必须安置压力差传感器造成的机械上的复杂性，使得这 种装置无法达到某些工业生产过程例如食品加工和制药或在流量计 可能用于在不同时间为不同物质的应用中所要求的洁净程度。

可以看出，在利用不耗费时间和不需要使用专用的、昂贵的、或 易碎裂装置的方法来测量在一根管道中流动的物质的粘滞度方法尚 存在问题。此外，在某些应用中以足够卫生的方式连续地测量粘滞度 方法也存在着问题。最后，使用分流式结构，而不连续地获得粘滞度 以补偿粘滞度对于流量计灵敏度的影响，是难以精确地测量流率的。

                      解决方案

本发明解决了上述问题，通过提供使用一对并联的科里奥利质量 流量计来测定物质粘滞度的一种方法和装置而实现了本领域的进 步。本发明的方法和装置通过测定在具有不同的物质流动阻力的两个 并联的科里奥利质量流量计中的流速来确定粘滞度。这两个流量计这 样连接，使得其物质入口压力彼此相等，出口压力也彼此相等。每个 流量计产生表示在其中流动物质的质量流量、密度、和温度的信息。 这种信息传输到一个相应电子仪器的微处理器中，该微处理器求得两 个流量计中的物质流速，并根据流速以及密度和流率，计算出在流量 计流动和通过与流量计相连管道中物质的粘滞度。

由于在两个并联的、流阻不同的通道中流动物质的流速比值为粘 滞度、流率、和密度的函数，所以能够计算粘滞度。(如果两个通道 中的流阻相等，则其流速总是相等的，该装置也对粘滞度不敏感。) 标准的科里奥利流量计测定流率和密度，然后利用已知的管路直径， 能够计算出物质流速。利用具有不同流阻的两个科里奥利流量计可以 给出物质流速，这个量值是计算物质粘滞度所需的最后一个信息。

在本领域已知利用科里奥利效应质量流量计测量质量流量和在 一根导管或管道中流动物质的其它信息。这种流量计公开了授予 J.E.Smith等人的美国专利US-4,109,524(1978年8月29日)、 US-4,491,025(1985年1月1日)和Re.31450(1982年2月11日) 中。这些流量计具有一根或多根直线形或弯曲形的流管。每种流管结 构具有一组固有振动模式，它们可以是简单的弯曲型、扭转型或耦合 型。每种流管在驱动下以与这些固有模式之一谐振的方式振荡。振动 管的固有振动模式部分地由流管和在流管中流动物质的组合质量限 定也是众所周知的。所以，可以利用谐振频率确定流管中物质的密 度。

从一根相连的管道中在流量计入口侧流入流量计中的物质流过 流管，然后从流量计的出口侧流出。如果没有物质流动，则流管上所 有点都由于所施加的驱动力的作用以相同的相位振荡。当有物质流动 时，科里奥利加速度使得流管上的各个点具有不同的相位。流管入口 侧的相位滞后于驱动器，而出口侧的相位则超前于驱动器。在流管上 设置有传感器，以产生表示流管速度的正弦波输出信号。两个传感器 信号之间的相位差正比于通过流管的物质的质量流率。

与在科里奥利流量计中流动物质特征相关的信息必须以高精度 获得，因为常常要求所获得的流率信息的精度至少为读数的0.15％。 这些流量计输出信号是正弦波形的，其时间或相位的偏移量由物质流 过的流量计所产生的科里奥利力决定。接收这些传感器输出信号的信 号处理电路精确地测量这个时间差，并以所需的至少为读数的0.15％ 的精度生成流动物质的所需特征信息。

根据本发明的第一实施例，在物质供应管道与物质接收管道之间 以全流方式将一对科里奥利质量流量计彼此并联连接。这两个流量 计，包括它们的材料入口和出口，对于物质流动具有不同的阻力。这 可以由于流动路径具有不同的横截面面积、长度或两者均不同而形 成。不同的流阻还可以由于在其中一个流量计中采用的节流板产生的 局部限制而形成的。这两个流量计的物质入口与物质供应管道相连， 两个流量计的物质出口与物质接收管道相连。在工作时，这两个流量 计产生表示各个流量计中物质流的质量流率、温度、和密度的输出信 号。来自各个流量计的输出信息被传输到相应的电子装置中，该装置 处理所接收的信息，并计算出各个流量计中的物质流速。然后将一个 流量计的流速数据从一个流量计电路中传送到另一个中，利用电子装 置中的一个微处理器计算物质粘滞度。在该第一实施例中，两个流量 计由在物理上分开的、并联连接在供应管道和接收管道之间的流量计 构成。它们还具有物理上分开的电路部分，它们之间的连接仅仅用于 传送流速数据。

在本发明的一个第二实施例中，提供了一体化装置，该装置包括 功能上等效的一对并联的科里奥利质量流量计。但是，在这个实施例 中，两个流量计的许多冗余部件被组合为一个。例如，如图所述它们 不使用独立的外壳、管线、驱动器、温度测量装置、和电子装置，而 是组合成具有两根流管的一个细长部件，以减少成本。这些流管可以 是具有相等长度、直径、刚度和质量，但是具有不同物质流阻的两根 流管。每根流管具有其自己的一对独立的速度传感器。来自各个速度 传感器的信号之间的时间延迟决定了质量流率。在每根流管上设置的 独立速度传感器能够独立地测定质量流率和速度。

为了确定粘滞度，两个平行的流动路径具有不同的流阻。这是通 过限制入口管和其中一个流管之间的流动通道，和/或限制出口与同 一流管之间的流动通道而实现的。因此，第二实施例，与第一实施例 一样，包括两个两条具有不同流阻的平行流动通道，以及用于确定各 个通道中流动物质的密度和质量流率的装置。第二实施例还包括用于 计算密度、物质流速、和物质粘滞度的电子装置。第二实施例与第一 实施例的不同之处在于它由一个单一结构构成，该结构能够独立地测 量两根流管中每一根中的流率。两根流管中每一根都与一根独立的直 管科里奥利质量流量计等效。与第一实施例一样，这两个流动路径具 有不同的流阻。

根据本发明的第三实施例，一对分别具有不同流阻的物理上分开 的科里奥利质量流量计与包含物质流动的一根导管有效地并联连 接。这种结构被称为分流式流量计结构，利用这种结构仅仅直接测量 一部分流动特性，并推导出整个流动的特性。分流式流量计的使用者 通常假定通过流量计的流动与通过主管道的流动之间的比值是恒定 的。不过，这个比值与密度、粘滞度和流体流率有关。

在该第三实施例中，流量计的物质入口与管道的内部相连，使每 个流量计的物质入口的开口方向朝向物质流动的上游。每个流量计的 物质出口与管道中的下游相连，使物质出口的开口端沿管道延伸，并 与管道的内表面齐平。该下游管段包括设置在该管道内部的一个文丘 里结构。文丘里结构在接近出口的管道部分产生一个低压区，进而增 大了两个流量计入口与出口之间的压力降。这样增大了各个流量计中 的物质流率，进而提高了流量计灵敏度。两个并联的流量计分别产生 指示流率和密度的信号。两个流量计将其输出信息传输到一个共用流 量计电子单元中，该单元接收每个流量计的信息、推算质量流率和密 度，进而计算出流量计中物质的流速和粘滞度。利用这样计算出的粘 滞度以及密度、流量计流率、和流量计几何参数信息能够准确地推算 出在整个管道中流动的物质的流率。

在本发明的又一个实施例中，由第二实施例的两个并联直管科里 奥利流量计构成的一体化装置以分流方式工作以确定在相连的一根 管道中物质的流动和粘滞度信息。

                      附图简介

通过阅读以下结合附图所作的详细描述可以更好地理解本发明 的这些和其它优点及特征。

图1表示设置在两个管段之间的一根流管；

图2表示并联连接在两个管段之间的一对科里奥利质量流量计；

图3表示包括连接在两个管段之间的一对平行直管科里奥利质量 流量计的一个一体化单元；

图4表示图3所示装置的横截面端视图；

图5表示其入口和出口与一根管道以分流方式相连的一对分开的 科里奥利质量流量计；

图6表示以分流方式与一根管道相连的图3所示的科里奥利质量 流量计；

图7与图5相似，不同之处在于流量计入口与管道701的内壁齐 平；

图8为用于确定粘滞度的方法的流程图。

                      详细描述 对于图1的介绍

图1表示一根管道101，其在B点逐渐收缩至具有较小直径的一 根管道102。经过一段短距离之后，管道102在C点突然扩大至具有 与管道101相同直径的一根管道103。在其后推导使粘滞度与其它已 知流体参数相关的方程时将参照图1。 对于图2的介绍

图2表示有效地并联连接在一根供应管道201和一根物质接收管 道203之间的一对科里奥利质量流量计202和207。流量计202的入 口204与源管道201相连，流量计207的入口205也如此。物质出口 208和209与接收管道203相连。这两个流量计，包括它们的入口和 出口，对于物质流动具有不同的阻力，或者各个流量计的入口和出口 以及内部流管的横截面具有不同的尺寸。路径216和217包括两个流 量计的流量计电路206和210与驱动器和传感器之间的电连接。

在操作过程中，流量计202的流量计电路210和流量计207的流 量计电路206通过路径216和217传输驱动信号，以使各个流量计的 流管以其与从中流过物质的谐振频率振荡。这些包含流动物质的流管 的振荡运动由设置在各个流量计中的速度传感器检测。各个流量计的 传感器将表示由各个传感器检测的信号之间时间差或相位差的输出 信息通过路径216和217传输到流量计电路206和210中。流量计电 路210和206，以一种众所周知的方式，利用所接收的传感器信号推 算出在与它们相关的各个流量计中流动物质的质量流率和密度。流量 计电路210将其获得的信息通过路径218传输到流量计电路206中， 因此，该电路具有流量计202和207两者所获得的信息。如下文中所 详细描述的，流量计电路206利用两个流量计所获得的质量流率和密 度信息计算在两个流量计中流动物质的流速，从而计算出流动物质的 粘滞度。流量计电路206和210是本领域中众所周知的，可以包括 Micro Motion RFT9739型发射器，这种发射器由Micro Motion公司 (Boulder,Colorado 80301)制造。科里奥利流量计202和207可 以是本领域中公知的任何一种类型，可取的是利用在上述的Smith 等人的专利中记载类型的流量计。Smith等人的专利的公开内容以引 用方式结合在本发明中以使本发明达到充分公开的程度。流量计202 和207还可以是由Micro Motion公司(Boulder,Colorado 80301) 制造和销售的CMF025型或CMF050型流量计。 图3和图4的介绍

图3和图4表示装置300，其由组合成一个装置的一对直管科里 奥利流量计构成。第一流量计包括流动通道304及其相应的线圈 318、319和磁体M。第二流量计包括流动通道305及其相应的线圈 322、323和磁体M。流动通道304和305彼此平行。装置300具有 一个入口301，用于从供应管道101中接收物质流。装置300还具有 一个出口314，用于将流过流量计304、305的物质传递到物质接收 管道103中。

设置在流动通道304和305之间的空腔399中包含线圈321和相 应的磁体M。这个线圈和磁体组合构成一个驱动器，该驱动器在受到 经图4所示路径334从流量计电路206中接收的一个驱动信号的激励 时，当物质从入口301向出口314流过时以它们共同的谐振频率振 荡。流管和从中流过的物质流的同时振荡使得这些流管起两个直管科 里奥利流量计的作用，其中在流管304和305中流动的物质受到科里 奥利加速度的作用，其幅值与流管中物质的流率相关。这个加速度引 起流管的变形和使由构成流动通道304的一对传感器的传感器线圈 318/319输出的信号之间产生时间延迟。流动通道305的振荡运动利 用传感器322和323检测。传感器线圈318和319的输出信号在时间 上彼此偏移与流过流动通道304的质量流率相关的一个量值。线圈 322和323的输出信号也在时间上彼此偏移与流过流动通道305的质 量流率相关的一个量值。这些信号通过图4所示的导线335、336、 336和338传输到流量计电路206，其利用每一对信号时间上的偏移 求得通过流动通道304/305的物质流率的信息。流动物质的密度根据 振动流动通道304和305的谐振频率求得。然后，流量计电路206 计算流动物质的物质流速和粘滞度。从入口端301进入流量计装置的 物质由部件330分流，从而使一部分物质进入流动通道304，而另一 部分进入通道305。进入流动通道304的物质在一个节流孔313处流 出，由此物质进入出口314。进入通道305的物质经节流孔312流出 流动通道。节流孔312包括一个限流部分，其使流管305中物质在进 入出口314之前必须流经的区域横截面变窄和缩小。流管304和305 的入口309和311的直径基本相同。同样，流管304和305的直径也 基本相同。节流孔312与流管304相比减小了流管305的有效物质流 载运能力。结果，流管304和305具有不同的物质流动特性，包括流 速。这是本发明的一个重要方面，并且是流量计电路206求得在流动 通道304和305中流动物质粘滞度的方法的必须部分。如果两个通道 的流阻相同，则物质流速比值将保持为常数，而无法指示出流体的粘 滞度。只有具有不同的流阻，使物质流速比值随粘滞度变化，才能计 算出粘滞度。

图4为图3所示结构300的入口301的横截面端视图。图4中所 示为流动通道304和305、流动结构300入口部分的外壁324以及入 口开口301。图4中还表示了传感器线圈318和322以及它们相应的 磁体M。导线335和336将流动通道304的线圈318和319与流量计 电路206相连。导线337和338将流动通道305的传感器线圈322 和323与流量计电路206相连。流量计电路206的一个功能是从传感 器线圈中接收输出信号，和测量各个传感器线圈对的信号之间的时间 差，以求得在流动通道304和305中流动物质的质量流量和密度。流 量计电路的另一个功能是计算流动物质的体积流率和流速。图4中所 示的流量计电路206包括两个独立的流量计控制器所有的独立电路 单元，例如Micro Motion 9739，但是它们享用相同的单元例如电源、 驱动电路、和电子仪器外壳。粘滞度由流量计电路根据利用流动通道 304和305的几何结构参数和在两个流管中物质流速比值求得的每个 流动通道的质量流率和密度确定。这个信息输入流量计电路微处理器 的ROM部分。这个结果表示在方程21中。图2、5和7中所示的流量 计可以是具有不同流阻类型的流量计，例如Micro Motion的CMS100 和CMS050型。 图5的介绍

图5表示本发明的又一个实施例，该实施例包括一对流量计502 和503，它们有效地并联连接，并且以分流方式工作，以测量诸如在 管道501中流动物质的粘滞度之类的流动特性信息。流量计502和 503具有共用入口507，该入口分成流量计502入口508和流量计503 入口509。单元511为流量计502的物质出口，单元512为流量计503 的物质出口。由于流量计502入口、出口和流管的流动横截面面积与 流量计503不同，这两个流量计具有不同的流阻，进而具有不同的载 流能力。入口507的开口朝向上游，从而它受到管道501中物质流动 的静压力和动压力。物质出口511和512的末端在接近管道中用T 指示部分与管道501的内表面齐平，T部分包括由设置在管道501内 部的结构513形成的文丘里管喉部。文丘里管513增加了流动物质的 速度，同时降低了文丘里管喉部T处的物质压力。这种减小的压力在 两个流量计的入口507和出口511/512之间产生巨大的压力降。这个 压力降使得流量计灵敏度提高。

导线516和518为流量计电路210和206用于传输一个驱动信号 以使各个流量计的流管振荡的电路路径，并且作为流量计传输它们的 传感器输出信号的导线。这些输出信号使得流量计210和206能够以 与结合图2和图3所示实施例所述的相同方式获得各个流量计的质量 流率和其它信息。流量计电路206的ROM、RAM和微处理器是利用诸 如两个流量计、管道、以及文丘里管喉部的物理参数编程的。流量计 电路206还通过路径517从流量计电路210接收所获得的信息。流量 计电路206利用这些信息，包括所获得的各个流量计的质量流率，并 根据两个流量计承受相同的压力降的事实，利用两个流量计之间的物 质流速比值，求出流动物质的粘滞度。它还可利用在流量计中流动物 质与在管道501中流动物质的比率求得。综上所述，管道501中的质 量流率是如在上述共同申请(美国申请号为08/587,550)中所详述 的那样确定的。可取的是，科里奥利质量流量计502和503为在前述 的Smith等人的专利中所述类型的流量计。它们还可以是由Micro Motion公司(Boulder,Colorado 80301)制造和销售的CFM025和 CFM050型流量计。 对于图6的介绍

图6表示图3中所示装置以分流方式与一根管道601相连。入口 301由连接管602连接到管道601内壁上的开口604。出口314由连 接管603连接到管道601内壁上的一个开口605。元件606构成一个 在接近开口605处具有喉部T的文丘里管。由于在T处的物质压力远 低于上游604处的压力，当物质在管道601中向下游流动时，流量装 置及其流动通道304和305承受巨大的压力降。图6所示的流动通道 304/305以与图4所示的相同方式工作，并如图5所示利用流量计电 路206求得分流方式下在管道601中流动物质的粘滞度和质量流率。 图6所示的流量计电路206是如图4所示的一个双重单元，它可获得 流动通道304和305的物质流动信息。 对于图7的介绍

图7与图5相似，不同之处在于流量计502和503的入口508和 509与管道501的内壁齐平。 粘滞度方程的推导

下面给出的数学推导表明如何从流动物质的流率、密度、和流速 推导出物质粘滞度。推导是基于图1和图2所示结构进行的。推导利 用了这样的事实，在平衡时，驱动物质流过流动通道的压力等于在这 些通道中的粘滞压力降。对于其它类似的结构可以使用相同的方法以 获得不同的方程，但是仍然是从中可以获得粘滞度的方程。在任何结 构中关键的因素是它必须包含两条具有不相等流阻的平行流动路 径。

为了理解以下关于本发明如何确定物质粘滞度的描述，有必要限 定和理解诸如静压力、总压力和动压力等术语。静压力是我们最为熟 悉的一种压力。它是静态物质(轮胎中的气体)的压力。运动物质也 具有静压力。在一根管道中运动物质的静压力是通过使压力计的入口 垂直于管道中物质运动方向测得的。使压力计入口朝向管道上游所测 得的压力高于静压力。朝向入口的上游与垂直于朝向入口的静压力之 间的压力差为物质的动态压力。这种动态压力是物质动能的一种量 度，并由下列方程表示： $\left(1\right)---P_d=\frac{\rho V^2}{2}$

Pd=动压力

ρ=物质密度

V=物质流速

管道中物质的动压力可以通过降低物质流速同时避免湍流而转 换成静压力。这通常是利用一个长的缓锥体实现的，该圆锥体增大了 物质传输管道的直径和减小物质流速。管道直径的急剧增大导致动能 转换成湍流和热能，而不是增大的静压力。其结果是造成管道中总压 力TP的损失。

通过将管道中锥体反置使得管道直径变小和物质流速增大还可 以将静压力转换成动压力。将静压力转换成动压力比将动压力转换成 静压力较为容易，因为减小的管道直径倾向于减少湍流和能量损失。

管道中总压力TP定义为静压力Ps和动压力Pd之和。根据 Bernoulii定理，如果湍流和粘滞度损失可以忽略不计，当物质压力 在静压力与动压力之间转换时，管道中流动物质的总压力保持不变， 但是，实际上，湍流和粘滞度损失使总压力减小了。粘滞度损失在前 一半推导过程中忽略不计，但是在后半段推导中予以考虑。

图1表示一根管道101在B点逐渐收缩为具有较小直径的一根管 道102。在一段短的距离之后，管道102在C点急剧扩大并入与管道 101具有相同直径的一根管道103。将B点与C点之间的压力降确定 为A点与D点之间的压力在推算粘滞度时是有用的。因为A点的管道 直径与D点相同，所以在A点和D点的动压力Pd也必然是相等的。 连续性要求A点和D点的流率也是相等的。这意味着A点与D点之间 的总压力TP之差一定等于A点与D点之间的静压力之差。对于B点 和C点也同样成立。应当指出，C-D之间出现急剧的转换，在这里产 生湍流，并且造成总压力的损失。

在图1中，管道101在B点的上游收缩的目的是使总压力TP守 恒。当物质加速进入具有较小直径的管道102时，在A点的一部分静 压力Ps转换为在B点的动压力Pd。在B点的动压力Pd(动能)大于 在A点的动压力。在C-D之间的下游转换是急剧的，使得当管道102 中的物质进入具有较大直径的管道103，并且没有转换回静压力Ps(D 点的Ps小于A点的Ps)时，管道102中的物质在C点增大的动能(动 压力)(与在A点的动压力比较)损失了，造成在D点的静压力小于 在A点的静压力。与在A点的静压力比较，在D点的静压力减小了。 这个损失的能量可以由下式量化。 $\left(2\right)---\delta P_L=\frac{\rho (V_C^2-V_D^2)}{2}$

δPL=湍流压力损失

ρ=物质密度

VC=管道102中的物质流速

VD=管道103中的物质流速 能量损失为C点与D点之间动压力之差。与在平缓转换中不同，这个 能量差没有转换回在D点的静压力，而是损失在湍流中。这意味着静 压力在C点与D点之间没有发生转换，而总的压力降低量可以由方程 (2)给出。 $\left(3\right)---{\mathrm{TP}}_C={\mathrm{TP}}_D+\frac{\rho (V_C^2-V_C^2)}{2}$

TPD=在D点的总压力

TPC=在C点的总压力 在C点的总压力大于在D点的总压力，其差值等于湍流压力能量损 失。在C点和D点的总压力可以表示为在各个点的静压力和动压力之 和。 $\left(4\right)---P_C+\frac{{\mathrm{\rho V}}_C^2}{2}=P_D+\frac{{\mathrm{\rho V}}_D^2}{2}+\frac{\rho (V_C^2-V_D^2)}{2}$

PC=在C点的静压力

PD=在D点的静压力 通过取消一些项可以将方程4简化为下式。

          (5)           PC=PD 因此，它表明在D点出口管道103处的静压力等于在C点管道102 出口处的静压力。这个静压力小于在A点的静压力。这个差值等于方 程2表示的动压力损失。

如果假定转换区足够短，使得粘滞度损失可以忽略不计，并且转 换足够平缓，使得能量没有损失为湍流，则在管道102入口B点处的 静压力可以根据在A点的总压力确定。根据Bernoulli定理，在A 点的总压力等于在B点的总压力。

(6)              TPA=TPB      TPA=在A点的总压力                                           TPB=在B点的总压力 用静压力加动压力代替在A点和B点的总压力，得到以下方程： $\left(7\right)---P_A+\frac{\rho V_A^2}{2}=P_B+\frac{\rho V_B^2}{2}$

PA=在A点的静压力

PB=在B点的静压力

VA=在A点的物质流速

VB=在B点的物质流速 这个方程可以简化为： $\left(8\right)---P_B=P_A+\frac{\rho (V_A^2-V_B^2)}{2}$

                             在B点和C点之间的静压力差 现在将方程5和方程8的静压力值相减可以得到DPB-C。 $\left(9\right)---{\mathrm{DP}}_{B-C}=P_A+\frac{\rho (V_A^2-V_B^2)}{2}-P_D$

图2表示一根管道201分成不等直径的两根管道204和205。每 个流动路径204/205包含一个科里奥利流量计202/207以确定各个管 道中物质的密度和质量流率。根据这些参数可以确定各个管道 204/205中物质的流速。在流量计的下游，这两根管道208/209会集 成一根管道D，与在上游A点直径相同。与前述一样，很显然，两根 管道204/205在上游B点的收缩的目的是储藏总压力，而在下游C 点急剧的扩大使得当管道208/209中物质在D点进入较大的管道203 时其多余动能损失掉。

驱动物质流过图2所示流量计1和2(202和207)的压力DP由 下列方程给出，与方程9一样。 对于流量计1 $\left(10.1\right)---{\mathrm{DP}}_1=P_A+\frac{\rho (V_A^2-V_1^2)}{2}-P_D$

DP1=流量计1的驱动压力降

    PA=在A点的静压力

    PD=在D点的静压力

    Vp=在A点的流速(管线)

    V1=在流量计1中的流速

    ρ=物质密度

    VA=在A点的流速 对于流量计2 (10.2)   ${\mathrm{DP}}_2=P_A+\frac{E(V_A^2-V_2^2)}{2}-P_D$

DP2=流量计2的驱动压力降

V2=在流量计中的流速

在平衡条件下，驱动物质流过流量计1和2的压力(方程10.1 和10.2)等于流量计中的压力降或流阻。 (11.1)    DP1=δP1     δP1=流量计1的压力降

                        1 (11.2)    DP2=δP2     δP2=流量计2的压力降 将方程10.1和10.2代入方程11.1和11.2，并将方程10的动能项 从该方程两侧相减，得到： $\left(12.1\right)---P_A-P_D={\mathrm{\delta P}}_A-\frac{\rho (V_A^2-V_1^2)}{2}$ $\left(12.2\right)---P_A-P_D={\mathrm{\delta P}}_2-\frac{e(V_A^2-V_2^2)}{2}$ 这些方程可以应用于图2所示的两个流量计。因为方程12.1和12.2 的左侧是相同的，所以其右侧相等。 $\left(13\right)---P_A-P_D={\mathrm{\delta P}}_A-\frac{\rho (V_A^2-V_A^2)}{2}={\mathrm{\delta P}}_S-\frac{\rho (V_A^2-V_2^2)}{2}$ 第一项，PA-PD可以消掉，将剩余的方程项简化可以得到： $\left(14\right)---{\mathrm{\delta P}}_1+\frac{\rho V_1^2}{2}=\delta P_2+\frac{{\mathrm{\rho V}}_2^2}{2}$ 利用物质粘滞度获得的流量计1和2中的压力降δP1和δP2可以用 Darcey公式表示2表示其它几何结构和流动方式的别的压力降公式 也可以使用，而不会影响最后的解。Darcey公式为： $\left(15.1\right)---\delta P_1=f_1\frac{L_1}{d_1}\frac{{\mathrm{\rho V}}_1^2}{2}$

f1=流量计1摩擦因子

L1=流量计1管道长度

d1=流量计1管道直径

V1=流量计1物质流速 $\left(15.2\right)---{\mathrm{\delta P}}_2=f_2\frac{L_2}{d_2}\frac{e{V}_2^2}{2}$

f2=流量计2摩擦因子

L2=流量计2管道长度

d2=流量计2管道直径

V1=流量计2物质流速 将方程15代入方程14得到： $\left(16\right)---f_1\frac{L_1}{d_1}\frac{{\mathrm{\rho V}}_1^2}{2}+\frac{{\mathrm{\rho V}}_1^2}{2}=f_2\frac{L_2}{d_2}\frac{{\mathrm{\rho V}}_2^2}{2}+\frac{{\mathrm{\rho V}}_2^2}{2}$ 在从方程两边消掉密度ρ之后，这个方程可以简化为下式： $\left(17\right)---V_1^2(f_1\frac{L_1}{d_1}+1)=V_2^2(f_2\frac{L_2}{d_2}+1)$ 求解两根管道中物质的流速比(平方项)，得到下式： $\left(18\right)---\frac{V_2^2}{V_1^2}=\frac{f_1\frac{L_1}{d_1}+1}{f_2\frac{L_2}{d_2}+1}$ 对于流过平滑管道的湍流，可以利用Blasius公展开摩擦系数f1和 f2。 $\left(19\right)---f_n=·\frac{316}{{\mathrm{Re}}^{.25}}$

Re=雷诺数

其中： $\left(20\right)---\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{\rho Vd}}{\mu }$

μ=粘滞度 应当指出，对于不同的流动状态、表面粗糙度、流管几何结构等还有 其它的摩擦因子算法。这些基于雷诺数或物质粘滞度的方法中的任何 一种都足以用于下述的确定粘滞度的方法。将方程19和20代入18 得到： $\left(21\right)---\frac{V_2^2}{V_1^2}=\frac{\left[\frac{.316}{{\left(\frac{\rho V_1{d}_1}{\mu }\right)}^{.25}}\right]\left(\frac{L_1}{d_1}\right)+1}{\left[\frac{.316}{{\left(\frac{\rho V_2{d}_2}{\mu }\right)}^{.25}}\right]\left(\frac{L_2}{d_2}\right)+1}$ 因为每个流量计测量其自己的质量流量和密度，所以可以将质量流率 除以密度获得其体积流量。于是可以将体积流率除以流动通道横截面 面积计算出各个流量计的流体流速。由于各个流量计的长度和直径是 已知的常数，所以这个方程中除了粘滞度以外所有参数都是已知的。 为了简化粘滞度解的表示式，将已知的参数合并为三个常数。 $\left(22\right){---k}_1=\frac{.316L_1}{{\left(\rho V_1{d}_1\right)}^{.25}{d}_1}$ $\left(23\right)---k_2=\frac{.316L_2}{{\left(\rho V_2{d}_2\right)}^{.25}{d}_2}$ $\left(24\right)---k_3=\frac{V_2^2}{V_1^2}$ 将方程22、23和24代入方程21得到下列方程。 $\left(25\right)---k_3=\frac{k_1{\mu }^{.25}+1}{k_2{\mu }^{.25}+1}$ 方程25现在可以求解粘滞度，得到下列方程(26)。 $\left(26\right)---\mu ={\left(\frac{1-k_3}{k_3{k}_2-k_1}\right)}^4$

因此，它表明粘滞度可以利用并联连接的具有不等流阻的流动通 道测定。各个通道中的流体流速和流体密度可以利用一个科里奥利流 量计测得。这个信息加上通道的几何参数足以用来计算粘滞度。现代 的微处理器诸如在科里奥利流量计中已有的电子控制微处理器(如 Micro Motion RFT9739)能够用于计算上列表示式和确定流体粘滞 度。

从方程21可以看出，确定物质粘滞度涉及确定由方程21中等号 的左边和右边的项表示的两个流量计中的物质流速。确定物质粘滞度 还涉及在方程21右边表示的流量计常数。这些常数包括用L1和L2表 示的流量计管的长度以及用d1和d2表示的流管直径。每个流量计在 其正常的工作范围内计算在其中流动的物质的质量流率。每个流量计 还求出其中的物质密度。因此，物质的体积流率是由各个流量计确定 的，各个流量计还确定质量流率和密度。然后利用流动通道面积求得 物质流速，流速等于体积流率除以流动通道的横截面面积。这个横截 面面积信息是根据方程21的项d1和d2求得的。这些参数和流管长度 L1和L2都是已知的流量计参数的一部分。

所有与流量计参数有关的这些信息都编程在流量计电子单元206 中。流量计电路206接收来自流量计电路210的与第一流量计有关的 流动信息，并求得另一个流量计的流动信息。单元206响应其存储、 接收、和求得的信息确定流动物质的质量流率和密度。然后单元206 利用其中编程以求解方程21的流量计物理参数诸如长度和直径求出 在流量计中流动物质的粘滞度，以及当流量计以分流方式工作时在管 道中流动物质的粘滞度。

如果需要的话，单元206可以由Micro Motion公司制造的 RFT9739型流量发射器构成。根据本发明，RFT9739在将各个流量计 的常数如L1和L2编程之后，在接收到从正在工作的各个流量计传感 器输出的信号时求解方程25。然后RFT9739响应这些预先编程信息 中的信号进行运算以获得质量流率、物质密度、体积流率、物质流速。 在求得这些参数后，RFT9739确定物质粘滞度。 对于图8的介绍

图8表示本发明的装置和方法计算在并联连接的两个流量计中流 动物质的粘滞度的方法。该方法从步骤800开始，进入步骤801，在 这个步骤中将已知的流量计物理参数输入计算处理装置如微处理器 中。这些参数包括d1、d2、L1、和L2。在计算出这些参数之后，该 方法进入步骤802，在这个步骤利用流量计传感器的输出信号以公知 方式计算出质量流率M1、M2，和密度ρ1、ρ2。

该方法在步骤803利用下列方程以公知方式计算出流体流速V1 和V2： $V=$$\frac{4\stackrel{·}{M}}{\mathrm{\rho \Pi }{d}^2}$

这种计算对于各个流量计是独立进行的。换句话说，这个方程求 解两次，一次是针对第一流量计求解V1，第二次是针对第二流量计求 解V2。

该方法接着进入步骤804，利用方程21确定流动物质的粘滞度： $\left(21\right)---\frac{V_2^2}{V_1^2}=\frac{\left[\frac{.316}{{\left(\frac{\rho V_1{d}_1}{\mu }\right)}^{.25}}\right]\left(\frac{L_1}{d_1}\right)+1}{\left[\frac{.316}{{\left(\frac{\rho V_2{d}_2}{\mu }\right)}^{.25}}\right]\left(\frac{L_2}{d_2}\right)+1}$

在确定粘滞度和在步骤804之后，该方法进入步骤805，在这个 步骤可以将求得的粘滞度信息输出。

可以很清楚地理解，所要求保护的本发明并不局限于所述的优选 实施例，而是包括在本发明构思和范围内所做的其它改进和替换。

在本申请中所使用的文丘里管的术语定义为流动通道的一部 分，该部分首先减小流动面积，然后在一个区域逐渐增大，使得当流 体静压力转换成动压力，然后又转换回静压力时流体总压力基本保持 守恒。