基于起旋分相单元的电容式含水率测量系统研究
发布时间：2021-06-29 14:15
随着科学技术的快速发展,多相流流量的测量在天然气、核能、航天等领域变得越来越重要。本研究利用电容式传感器以及文丘里管,通过理论分析、机械设计以及实验室实流实验研发一套起旋分相式含水率测量技术,使电容传感器在含水率测量时能够尽量克服流动形态对其测量的影响,以适用于更宽的相含率测量范围。同时探索一套基于该含水测量手段的组合技术,为多相流参数更加准确方便的测量提供可能。首先,运用流体动力学原理设计起旋分相单元,并基于该单元设计相应的电容传感器的测量原理。将复杂的气液两相流流动形态转换成气相在中心区域流动,液相沿管壁流动的流动状态,管壁液膜厚度的变化将会引起传感器的容值变化,从而实现测量。分别在中压湿气装置以及三相流装置的进行实验,在体积含水率为020%的实验条件,积含水率测量值与真实值的绝对误差在±2%以内。其次,在第一版传感器的基础上设计了新式传感器结构,并通过实验室实流实验研究该结构下的含水率测量特性;在湿气实验中,体积含水率的绝对误差分布在±0.5%以内。在三相流装置上进行体积含水率为0-88%范围内的气水两相流测试实验,受装置实验管段长度以及连接方式的影响,在实...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
垂直上升管中的气液两相流流型
图 1-2 水平管中的气液两相流流型管路中的泡状流动形态相似，只是受，在管道底部液相多气相少。另外，气含量继续变高，小气泡合并聚合成大并且其尾部往往跟随数量不等的小气气相和液相的流速都相对较小时，重力部流动，气相在管道顶部流动，两相之动。
传统的电容测量电路主要是构建信号处理电路，把待测量的电容信号转换成信号、电压信号或者电流信号，利用该信号与电容值的转换关系，实现对电测量。传统的信号测量电路需要对信号进行调理，例如放大电路、隔离电路、电路和激励电路，其电路结构较为复杂，实现过程中引入干扰的概率较高容值的高精度测量带来了巨大的挑战。同时，随着电子技术与集成电路技术速发展，出现了多款电容测量集成芯片，保证了测量精度。AD7746 是一个高分辨率∑ 型电容数字转换器，被测电容与设备输入管接连接。该结构固有高精度 (工厂校准±4fF)、高线性度 (±0.01%)和高分辨4 位无失码，最高 21 位有效分辨率)。但电容值的测量范围较窄，在使用中很大的限制。CAV444 集成的电容电压转换电路，几乎适用于所有电容变化量，并且该芯片能够实现电压信号的连续输出，待测电容值的变化与输出电现线性关系。但该芯片的测量下限太大（19pF），对较小电容的测量存在困另一方面，由于其输出的为电压信号在后续的信号处理中需要进行数模转换后续的电路补偿校正，增加了信号后续处理的难度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气液两相流电容传感器相浓度测量特性[J]. 赵安,韩云峰,翟路生,陈春原,金宁德. 化工学报. 2015(07)
[2]基于截面气含率的文丘里湿气压降模型[J]. 于培宁,徐英,张涛,魏靖,巴玺立,李静,秦自耕. 化工学报. 2014(12)
[3]基于双节流装置的湿气测量方法[J]. 徐英,袁超,龙征海,张强,李振林,张涛. 机械工程学报. 2012(22)
[4]基于长喉径文丘里管的双差压湿气流量测量[J]. 张强,徐英,张涛. 天津大学学报. 2012(02)
[5]凝析天然气两相流不分离测量技术[J]. 徐英,张强,于磊,杜遂广,张涛,李振林,吴强. 天然气工业. 2011(04)
[6]长槽道内文丘里湿气流量测量虚高特性[J]. 张强,徐英,张涛. 化工学报. 2011(03)
[7]电容式气固两相流浓度测量系统[J]. 胡红利,周屈兰,徐通模,惠世恩,赵钦新,谭厚章. 仪器仪表学报. 2007(11)
[8]螺旋分离器的设计计算[J]. 王志雅. 化工设备与管道. 2005(03)
[9]电容式气-固两相流相浓度传感器的优化设计[J]. 金锋,张宝芬,王师. 清华大学学报(自然科学版). 2002(03)
[10]电容式两相流相浓度传感器的仿真及优化[J]. 张宝芬,焦清,黄松明. 清华大学学报(自然科学版). 1992(01)
硕士论文
[1]利用双差压式节流装置测量湿气[D]. 张强.天津大学 2008
[2]文丘里管在湿气测量中的应用研究[D]. 罗翼.天津大学 2005
本文编号：3256594
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
垂直上升管中的气液两相流流型
图 1-2 水平管中的气液两相流流型管路中的泡状流动形态相似，只是受，在管道底部液相多气相少。另外，气含量继续变高，小气泡合并聚合成大并且其尾部往往跟随数量不等的小气气相和液相的流速都相对较小时，重力部流动，气相在管道顶部流动，两相之动。
传统的电容测量电路主要是构建信号处理电路，把待测量的电容信号转换成信号、电压信号或者电流信号，利用该信号与电容值的转换关系，实现对电测量。传统的信号测量电路需要对信号进行调理，例如放大电路、隔离电路、电路和激励电路，其电路结构较为复杂，实现过程中引入干扰的概率较高容值的高精度测量带来了巨大的挑战。同时，随着电子技术与集成电路技术速发展，出现了多款电容测量集成芯片，保证了测量精度。AD7746 是一个高分辨率∑ 型电容数字转换器，被测电容与设备输入管接连接。该结构固有高精度 (工厂校准±4fF)、高线性度 (±0.01%)和高分辨4 位无失码，最高 21 位有效分辨率)。但电容值的测量范围较窄，在使用中很大的限制。CAV444 集成的电容电压转换电路，几乎适用于所有电容变化量，并且该芯片能够实现电压信号的连续输出，待测电容值的变化与输出电现线性关系。但该芯片的测量下限太大（19pF），对较小电容的测量存在困另一方面，由于其输出的为电压信号在后续的信号处理中需要进行数模转换后续的电路补偿校正，增加了信号后续处理的难度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气液两相流电容传感器相浓度测量特性[J]. 赵安,韩云峰,翟路生,陈春原,金宁德. 化工学报. 2015(07)
[2]基于截面气含率的文丘里湿气压降模型[J]. 于培宁,徐英,张涛,魏靖,巴玺立,李静,秦自耕. 化工学报. 2014(12)
[3]基于双节流装置的湿气测量方法[J]. 徐英,袁超,龙征海,张强,李振林,张涛. 机械工程学报. 2012(22)
[4]基于长喉径文丘里管的双差压湿气流量测量[J]. 张强,徐英,张涛. 天津大学学报. 2012(02)
[5]凝析天然气两相流不分离测量技术[J]. 徐英,张强,于磊,杜遂广,张涛,李振林,吴强. 天然气工业. 2011(04)
[6]长槽道内文丘里湿气流量测量虚高特性[J]. 张强,徐英,张涛. 化工学报. 2011(03)
[7]电容式气固两相流浓度测量系统[J]. 胡红利,周屈兰,徐通模,惠世恩,赵钦新,谭厚章. 仪器仪表学报. 2007(11)
[8]螺旋分离器的设计计算[J]. 王志雅. 化工设备与管道. 2005(03)
[9]电容式气-固两相流相浓度传感器的优化设计[J]. 金锋,张宝芬,王师. 清华大学学报(自然科学版). 2002(03)
[10]电容式两相流相浓度传感器的仿真及优化[J]. 张宝芬,焦清,黄松明. 清华大学学报(自然科学版). 1992(01)
硕士论文
[1]利用双差压式节流装置测量湿气[D]. 张强.天津大学 2008
[2]文丘里管在湿气测量中的应用研究[D]. 罗翼.天津大学 2005
本文编号：3256594
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