[发明专利]非满管流量测量仪及其测量流量的方法和流量监测系统

说明书

本发明公开一种非满管流量测量仪，以及利用非满管流量测量仪计算流量的方法和流量检测系统，非满管流量测量仪包括支架、转轴、与转轴连接的连杆、固定于连杆活动端的容器，其中：支架安装于顶部开口的排水管的上方，转轴处安装有扭矩传感器、角度传感器，扭矩传感器检测并显示转轴处承受的扭矩T，角度传感器检测并显示转轴相对于初始位置的转角α。所述非满管流量测量仪根据液位高度、所受阻力和流体比重计算非满管情况下管道中的流量，进而对流量进行监测。

技术领域

本发明涉及一种流量测量仪，尤其是涉及一种用于非满管状态下测量流量的非满管流量测量仪。

背景技术

对于流量测量，现在工业上用的较多的是电磁流量计，其利用公式Q＝A*V计算流量，其中A表示管道的横截面积，V表示流体的流速，上述参数中A固定不变，因此电磁流量计只能针对满管情况进行流量测量，而当管道内流体为非满管时，即流体的横截面积不等于管道的横截面积时，电磁流量计就不能使用。在非满管情况下，流体的横街面积随管道中流体的高度h的变化而变化，因此可通过测量管道内流体高度进而计算流体的横截面积，从而计算得到流量的流量测量仪。

根据上述原理，市场上出现两种非满管流量测量仪，其中一种对现有的电磁流量计作出改进，把电磁流量计的两电极点位置放低，并在电磁流量计管道的横截面正中再安装一液位计以测量液体介质的液位高度。如使两电极点位置的高度为管子直径D的1/10，这样当流体高度为D/10时，流体截面积为管道横截面积的14.4％。这种流量计能保证液体高度大于D/10时的测量精度，但是当流体小于此高度时则无法使用，因此要求管道中流体高度高于D/10，造成适用范围有限。

另一种是明渠流量计，主要与各种标准堰或槽配套，用于各类水质排放总量的计量或监测，在液体流经标准堰或槽时，将形成液位高度与流量的对应关系，仪表测量液位高度再根据相应公式转换成流量进行显示和累计。明渠流量计使用探头测量液位高度，探头有一定盲区，要求其安装高度大于该盲区；并且探头发波是个扩散过程，即有方向角，因此安装的时候需注意，否则可能探测到池壁的凸起物或渠道边沿，影响精度，因此要求工程量大；而且明渠流量计通过多次计算发波、收波时间而计算流量，计算量大。

除以上缺陷外，上述两种非满管流量测量仪对于使用环境有一定要求，无法使用于石油钻井情况下。在石油钻井过程中可能会发生井漏或井涌，甚至发生井喷，造成严重灾害，因此需要对钻井过程进行监测，提前发现提前采取措施，保证钻井过程的安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供可用于钻性过程中的结构简单、便于安装和使用的非满管流量测量仪，以及利用非满管流量测量仪测量流量的方法和流量监测系统。

为解决上述技术问题，本发明的非满管流量测量仪，包括支架、转轴、与转轴连接的连杆、固定于连杆活动端的容器，其中支架安装于顶部开口的排水管的上方，转轴处安装有扭矩传感器、角度传感器，扭矩传感器检测并显示转轴处承受的扭矩T，角度传感器检测并显示转轴相对于初始位置的转角α。

优选的，非满管流量测量仪还包括驱动转轴的力矩电机、与力矩电机的电流输入端连接的电流控制器，与力矩电机的电流输出端和电流控制器连接的电流传感器，以及分别与角度传感器和电流控制器连接的角度控制器，其中电流传感器检测、和/或显示电机的输出电流，并将检测值传输至电流控制器；电流控制器控制力矩电机的输入电流，使负载大于力矩电机的输出扭矩时力矩电机停止转动；角度控制器配置为当转轴转动到预定角度后向电流控制器发送停止信号，电流控制器停止增大或减小力矩电机的输入电流，使电机的输出扭矩保持不变，连杆在流体中保持受力平衡状态；然后角度传感器检测转轴的实际转角，并计算实际转角与预定角度之间的差值Δα，并根据Δα计算使Δα＝0所需的补偿电流ΔI并发送至电流控制器，电流控制器增大或减小输出电流，补偿电流ΔI的计算公式为：