基于浆液流体特性分析的电磁流量传感器浆液噪声问题研究

发布时间：2017-09-27 11:43

  本文关键词：基于浆液流体特性分析的电磁流量传感器浆液噪声问题研究

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【摘要】：电磁流量计具有结构简单、测量范围大、测量精度高、耐腐蚀性能好、对流速分布要求低、使用可靠、维护方便、寿命长等优点,因此,对于流量测量比较困难的浆液流体,电磁流量计也是被最广泛使用的流量仪表之一。但是,采用电磁流量计用于测量浆液型流体时,输出信号会出现频繁跳动现象,这种现象叫做浆状流体噪声,即浆液噪声。浆液噪声对电磁流量计的测量会产生不利的影响。因此,针对电磁流量计在测量浆液型流体时产生的浆液噪声问题进行研究,分析其产生的原因,从而采取措施来降低或消除其对测量的影响,有重大意义,也是目前国内外对电磁流量计研究领域关注的热点之一。目前国内外学者及技术工作者对电磁流量计浆液噪声问题及解决浆液噪声的方案进行了大量研究,不断有新的论文、专著与专利出现。然而,目前的电磁流量计研究主要集中于对已有叠加了浆液噪声的流量信号处理方法上。而从浆液流速、浓度和浆液颗粒分布等特性与电磁流量计传感器的浆液噪声关系的研究工作相对较少。即如何基于浆液流体特性来研究电磁流量计传感器的浆液噪声问题及其对已有传感器的改进工作还有待于深入与完善。基于上述背景,本文主要围绕着电磁流量计浆液噪声的特性进行研究,并根据研究成果,针对现有克服浆液噪声方法的不足,提出一种电磁流量计传感器的改进方案以克服浆液噪声对流量信号的影响,通过实验验证了该方案的正确性与可行性。主要工作如下:一是对前人在浆液型电磁流量计领域中的重要理论、研究成果以及目前对浆液噪声采取的解决方案进行了整理与总结,并通过分析其中的问题与不足,提出了本文的研究构想与研究路线,为本文后续工作提供必要铺垫,并为本文研究打下坚实基础。二是基于CFD方法对浆液型流体流场进行分析,提出了一种确定液固两相流入口段长度的方法,以确保所分析的浆液固相颗粒在管道内的分布达到平稳状态,并从理论上分析了电磁流量计浆液噪声产生的原因、浆液噪声强度与流场及电磁流量传感器结构的关系,为后续对浆液噪声特性的相关分析提供支持。三是使用随机信号功率谱估计方法对浆液噪声进行了研究,根据浆液噪声的1/f特性应用ARMA模型建立了浆液噪声的数学模型,通过对浆液噪声功率谱密度曲线的数值仿真直观的描述了浆液噪声强度与被测浆液型流体浓度、流速的关系,为克服浆液噪声的电磁流量传感器改进方案提供理论基础。四是从浆液流体的特性与电磁流量传感器的关系入手,提出一种改进电磁流量传感器结构的方案,该方案可以避免浆液流体中固相颗粒对测量电极的冲撞,从而达到克服浆液噪声的目的,同时,通过研究改进方案中影响正常流量测量的因素,确立该改进方案。五是根据改进方案设计并制作出电磁流量传感器实物,通过标定验证改进传感器能够达到流量测量所需的精度等级要求,并在浆液装置上对改进传感器进行流量测量实验,经实验验证,该方案可以有效的克服浆液噪声对流量信号的干扰。
【关键词】：电磁流量计 浆液噪声 CFD方法 随机信号功率谱估计
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814.93;TP212
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 主要符号对照表13-16
• 第一章 绪论16-34
• 1.1 课题研究背景及研究意义16-17
• 1.2 用于浆液测量的电磁流量计浆液噪声现象及其产生原因17-21
• 1.2.1 电磁流量计的测量原理17-19
• 1.2.2 用于浆液测量的电磁流量计浆液噪声现象19-20
• 1.2.3 电磁流量计的浆液噪声产生原因20-21
• 1.3 国内外研究现状概况21-28
• 1.3.1 电磁流量计浆液噪声问题的研究现状21-24
• 1.3.2 1/f噪声的特性与研究现状24-26
• 1.3.3 管道液固两相流场的研究现状26-28
• 1.4 论文的研究内容及编排28-34
• 1.4.1 论文的技术方案28-29
• 1.4.2 论文研究的主要内容29-30
• 1.4.3 论文编排30-34
• 第二章 论文相关理论与技术基础34-64
• 2.1 引言34
• 2.2 论文相关液固两相流理论基础34-39
• 2.2.1 液固两相混合物的分类34-35
• 2.2.2 固相颗粒的基本概念35-38
• 2.2.3 液固两相流的基本参数38-39
• 2.3 本研究的电磁流量计直管段与入口段要求39-42
• 2.3.1 直管段与入口段39-40
• 2.3.2 电磁流量计对直管段要求的原因40-41
• 2.3.3 现有资料对电磁流量计直管段的要求41
• 2.3.4 浆液流体直管段与入口段的研究意义41-42
• 2.4 管道流体特性的粘性底层和沿程阻力系数问题42-50
• 2.4.1 流体粘性底层理论42-43
• 2.4.2 管道内的沿程阻力系数及计算方法43-50
• 2.5 测量电极对测量的影响50-52
• 2.5.1 测量电极表面积对测量的影响50-51
• 2.5.2 测量电极材料对浆液测量的影响51-52
• 2.6 CFD方法及其对液固两相流研究的基础理论52-56
• 2.6.1 欧拉-拉格朗日方法53-54
• 2.6.2 欧拉-欧拉方法54-55
• 2.6.3 多相流模型的选择55
• 2.6.4 混合物模型和欧拉模型的选择细则55-56
• 2.7 噪声的基础理论及随机信号的功率谱估计方法56-62
• 2.7.1 噪声的性质与噪声的分类56
• 2.7.2 白噪声和有色噪声56-58
• 2.7.3 加性噪声和乘性噪声58
• 2.7.4 确定性噪声和随机性噪声58-61
• 2.7.5 随机信号的功率谱估计61-62
• 2.8 本章小节62-64
• 第三章 基于CFD方法的电磁流量计管道浆液流场仿真研究64-96
• 3.1 引言64-65
• 3.2 基于CFD方法的浆液型流体管道入口段长度研究65-75
• 3.2.1 纸浆流体的管道入口段长度研究65-73
• 3.2.2 沙浆流体的管道入口段长度研究73-74
• 3.2.3 管道入口段长度对浆液噪声的影响及本文相关要求74-75
• 3.3 基于CFD方法的浆液流体流速及固相体积浓度分布研究75-92
• 3.3.1 纸浆流体的流速与固相体积浓度分布研究75-82
• 3.3.2 沙浆流体的流速与固相体积浓度分布研究82-90
• 3.3.3 纸浆与沙浆的流速及固相体积浓度分布特点总结90-92
• 3.4 单位时间内冲撞电极的固相颗粒数与流速及浓度的关系92-94
• 3.5 本章小节94-96
• 第四章 基于随机信号功率谱估计方法的浆液噪声模型研究96-110
• 4.1 引言96-97
• 4.2 浆液噪声的参数模型97-100
• 4.3 浆液噪声功率谱的仿真实现100-102
• 4.4 浆液噪声功率谱估计的实验验证及特性分析102-108
• 4.5 本章小节108-110
• 第五章 克服浆液噪声的电磁流量传感器改进方案110-125
• 5.1 引言110-113
• 5.2 电磁流量传感器的改进方案113-123
• 5.2.1 改进方案的提出113-116
• 5.2.2 管道内气泡的产生与运动规律116-122
• 5.2.3 改进方案的确立122-123
• 5.3 本章小节123-125
• 第六章 改进方案的实验验证125-141
• 6.1 引言125
• 6.2 标定测试实验125-132
• 6.2.1 标定装置及标定过程125-127
• 6.2.2 改进传感器的标定数据与数据分析127-132
• 6.3 改进传感器的浆液实验132-140
• 6.3.1 纸浆实验133-136
• 6.3.2 沙浆实验136-140
• 6.3.3 浆液实验结论140
• 6.4 本章小节140-141
• 第七章 结论与展望141-145
• 7.1 本文完成的主要工作及主要创新点141-142
• 7.2 今后研究工作的展望142-145
• 参考文献145-155
• 作者在攻读博士学位期间公开发表的论文、专利及获奖情况155-156
• 致谢156-157

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本文编号：929504