小流量热式气体流量的数值模拟研究

为了研究火烧油层采油技术中火烧井空气(助燃剂)的注入状况和监测微小气体流量,提出了一种具有自动温度补偿功能及混合气体组分补偿功能的小流量热式气体质量流量测量方法。为适应井下狭小空间的复杂操作环境,在传统传感器结构的基础上,在管道中加入环形分布器的传感器优化结构。利用FLUENT进行流体仿真,验证该结构的可行性及测量原理数学模型的正确性。传感器优化设计为深入了解各层注入气体量和提高采收率提供了可靠的依据。     

多点热式气体质量流量测试方法实验研究

在已研制单点热式气体质量流量计的基础上,针对目前大口径或不规则管道气体质量流量测量中存在的问题,提出了基于多点测量的热式气体质量流量测试方法.文章对敏感元件(热膜探头)温度特性和以热膜探头为测点的多点测试方法进行了大量的试验研究.实验结果表明:多点测试方法中,以对数线性法最好;多点热式气体质量流量测试方法可以明显改善某些单点测量中出现的较大偏差,测量精度可以达到1.5%,扩展不确定度小于3.4%.     

多探头热式气体流量传感器的设计与仿真

在组合铂膜探头的基础上,提出了一种多探头热式气体流量传感器的结构形式,运用FLUENT软件在不同直管段条件下对其所在的管道内的流场进行仿真研究.运用多传感器数据融合的方法对每个探头所在测量点的仿真流速值进行处理融合,并与单点仿真结果进行比较.仿真结果表明:在直管段长度较短,流场分布不规则的情况下,多探头流量传感器的测量精度明显比单个探头要高.     

基于热容原理的小管径气液两相流传感器设计

为了识别小管径内气液含量,设计了一种参比铂电阻电极、工作铂电阻电极和加热器复合结构的传感器.基于液体与气体热容率不同,在管道进出口设计了铂电阻电极,采用温度调理电路和温度加热电路实现测量,传感器输出高低电压信号可以区别气液含量.实验结果表明,管径内气体体积小于测量管段体积的50％时,传感器输出低电压信号值0 V;管径内气体体积大于测量管段体积的80％时,传感器输出高电压信号值4 V.     

微量程段的热式气体质量流量传感器研制

研制了一种微量程段的热式气体质量流量传感器.传感器芯片通过微机电系统(MEMS)工艺制备,芯片包括上下游测温电阻器和环境电阻器,其中测温电阻器有4只,对称分布在芯片中央位置,构成惠斯通电桥,芯片工作中采用恒压模式驱动.当气体流过芯片表面时,会导致检测电桥不平衡,流量信号变化转换为相应的电压信号.通过实验标定了传感器的输出曲线并对传感器的精度进行了测试,测试结果表明:研制的传感器在流量0 ～5 mL/min的量程范围内,具有响应速度快、精度高的优点.     

大量程气体流量传感器的仿真与设计

基于热传递原理,设计了一种大量程气体流量传感器。采用FLUENT进行结构的仿真,结合权重法确定传感器的最优结构模型。研究了传感元件的温度特性,确定了传感器的工作状态。设计了传感电路,对传感器进行了自动温度补偿。测量中采用两种不同的测量原理,使传感器能够检测微小流量和中、大流量,提高了传感器的测量范围。实验结果表明该传感器测量流量量程为0.14m^3/h^130m^3/h,测量误差优于1.5%。     

加速度传感器在气体微流量检测中的应用

根据MEMsic(微电子机械系统集成芯片)加速度传感器的工作原理及特点,提出把加速度传感器作为流量传感器应用于气体微流量检测中,为了验证,建立了一套实验装置用于MEMSic加速度传感器检测气体的流动变化,利用PIC单片机对数据进行采集和处理,经过具体实验验证,在不同温度下,经过一定的温度补偿,当气体流量从0到50sccm发生变化,加速度传感器是能够精确的测量出流量的变化,说明了MEMSic加速度传感器对微流量的检测具有较高的灵敏度和稳定性.     

卟啉传感器气体检测系统流量控制研究

针对目前卟啉传感器气体检测系统中采样气体流量控制的不足,提出了一种控制精度高、响应速度快、超调量小的流量控制系统。该系统利用增量式PID算法调整PWM脉冲信号的占空比,从而间接地改变直流电机两端电枢电压的大小,实现对采样气体流量的控制。流量控制精度为±1.5 cm3/min,且气体流量仅需15.6 s就能达到稳定。实验结果表明:控制采样气体流量,有助于卟啉传感器气体检测系统准确、快速地实现对目标气体的检测。     

基于超声波时差法的管道流量测定仪设计

煤矿现有抽采管道使用传统瓦斯流量计存在易产生堵塞故障等问题,基于超声波时差法的流量计测量精度高、测量结果重复性好,但不适用于瓦斯抽采管道流量测量,并且需要单独设计超声波驱动电路和信号处理电路,实现难度较大。针对煤矿瓦斯抽采管道的特点,设计了一种基于超声波时差法的管道流量测定仪。在固定的传播距离下,超声波换能器发出的超声波在流体中的传播时间与气体的流速呈函数关系,而流速与管道截面积的乘积即为流量,从而间接得到管道气体流量。该管道流量测定仪以低功耗微处理器STM32F103为核心控制元件,在时间数字转换芯片MAX35104内部通过自动差分飞行时间测量法计算超声波顺逆流传播时间,根据传播时间计算气体流速、瞬时流量和累计流量。测试结果表明,基于超声波时差法的管道流量测定仪的最大绝对误差为0.15 m/s,最大重复性误差为0.17%,符合JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》中2级精度要求,同时也满足MT 448—2008《矿用风速传感器》中对超声波式风速传感器基本误差的要求。     

一种新型的电离式MEMS气体传感器

本文实现了一种新型的电离式MEMS气体传感器,即线性阻抗电离式MEMS气体传感器。该电离式气体传感器创新地采用了电导率而不是常用的击穿电压来检测不同的气体成分,这样可以避免高电压对器件的影响,提高器件工作状态的可重复性和稳定性。该器件在低压条件下不同气体组分中进行气体放电实验,测出了不同的伏安特性曲线和电导率值,从而证实了该器件的气体传感特性。     

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。     

燃煤发电厂高温高尘烟气流速静电测量技术研究

高温烟气流速(流量)是实现燃煤电厂选择性催化还原脱硝(SCR)过程优化控制的关键参数之一,提高烟气流量测量的准确性对于提高SCR系统脱硝系统效率和控制NOX排放浓度具有重要意义。针对燃煤电厂烟气管道管径大、截面速度分布不均匀、含尘量高等特点,利用烟道内飞灰颗粒起电,开展了基于静电原理的SCR区高温高尘烟气流速测量方法研究。开发了接触式棒状静电互相关高温烟气流速测量系统,在实验室输送带装置上进行了性能实验评价研究,并对某330 MW燃煤机组锅炉脱硝系统入口烟气流量进行了现场测试。试验结果表明在3.1 m/s^43.6 m/s速度范围内,速度相对误差优于4.8%,重复性误差小于4.1%,验证了静电法烟气流量测量方法的可行性和准确性,并适用于高温高尘烟气恶劣现场环境,为开发新型可靠的高温烟气流速在线测量系统提供了技术基础。     

计算机仿真在可压缩流体研究中的应用

通过建立相应的数学模型，用特征线方法对管内可压缩气体的流动进行了数值计算，求得各截面上气体的流动参数。进而运用计算机仿真技术对具有多分支管管道内的可压缩气体流动进行了动态仿真，较为直观地描述了各管段内气体流动的瞬态过程，为管内可压缩流体的研究提供了新的方法。     

基于函数链神经网络的管道煤气流量计量系统

在管道煤气计量系统测量中引入了管道煤气相对湿度修正,并对采用湿度传感器转换相对湿度信号,利用函数链神经网络对管道煤气工况温度下所对应的水蒸汽饱和压力进行了拟合,得到了基于函数链神经网络的管道煤气流量计量模型和在线计量系统,从而可以大大简化管道煤气流量计量软件,在流量计设计范围内可以快速准确地实现管道煤气流量实时在线计量。实际应用结果表明:该计量系统测量管道煤气流量误差为±0.7%。     

基于瞬态模型的井下抽采主管道泄漏定位方法研究

针对现有煤矿井下瓦斯抽采主管道漏点定位大多采用单一定位方法,存在适用性差、效率低、易受环境影响等问题,结合流量平衡法、负压波法和小波降噪原理,提出了一种基于瞬态模型的井下抽采主管道泄漏定位方法。首先分析了管道首末两端流量变化规律及差值大小,排除干扰信号,利用流量平衡法对管道泄漏状态进行定性分析,判断管道是否泄漏:比较正常运行及发生泄漏情况下的流量变化,当管道首末两端流量差大于管道流量差阈值时,即为工况改变或发生泄漏;然后根据负压波在管道内的传播机理,采用小波降噪技术对压力信号进行消噪处理,结合邻域差值法寻求信号突变点;最后通过泄漏定位公式计算漏点位置,从而实现对管道漏点位置的有效定位。仿真分析结果验证了该方法的准确性。     

Hybrid method based on particle filter and NARX for real-time flow rate estimation in multi-product pipelines

Real-time flow estimation plays a vital role in multi-product pipeline operations, and the accuracy of real-time flow estimation is affected by noise interference and instrument accuracy and cannot be performed by direct observation of flow meter. Pipeline flow models based on the first principle method are established and employed as soft sensors of pipeline real-time flow rate. However, these models are validated by the controlled experimental pipeline, which may be ineffective regarding actual pipelines with uncertain physical parameters. In this paper, a novel approach integrating data-driven and model-driven method is proposed to estimate the flow rate of petroleum products on-line. The difference between the theoretical model and actual state of a pipeline is accounted for by the friction coefficient, and on-line calibration is achieved by solving multi-objective optimisation problems with asynchronous operation data. The flow state of the pipeline is obtained in real time by the particle filter when new pressure observations with noise become available. The estimation performance of local pressure mutation points is improved by adopting the recurrent nonlinear autoregressive neural network modelling blue of the data-driven method. The effectiveness of the proposed method is evaluated blue by examining actual data of the pipeline over a period of time. The prediction results of some other model-driven and data-driven methods are also compared to blue that of the proposed method. The results blue indicate that the proposed method improves the accuracy and reliability of the product flow rate estimations even under unforeseen operation conditions.     

基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测方法

针对传统方法难以精确诊断输气管道泄漏的难题,提出采用准分布式光纤B ragg光栅(FBG)传感技术实现天然气管道泄漏的在线监测技术。利用一条FBG光缆作为传感器,并行铺设在天然气管道附近,拾取管道由于泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力和振动信号,通过匹配光栅法和自动识别技术检测管道泄漏并进行定位。实验结果表明:该方法可以实现对天然气管道泄漏进行诊断并定位。     

一种基于单传感器的热式气体流量测量方法

基于热传递的原理,提出了基于单一铂电阻的热式气体流量测量方法.首先研究了在不同温度和电流下铂电阻的温度特性.然后设计了流量测量系统的电路,分析了流量测量原理及温度补偿.最后通过恒温控制算法使铂电阻工作在2个不同的设定温度.由铂电阻的输出电压计算出气体的流量.实验结果表明该测量方法的测量精度优于1%.流量量程比近100:1.     

煤矿管道瓦斯流量计量技术研究

阐述了煤矿管道瓦斯流量计量技术的发展现状,分析了孔板流量计、涡街流量计、皮托管流量计、旋进漩涡流量计、V锥流量计的优缺点;针对瓦斯流量测量准确度受气体中的杂质和瓦斯体积分数变化影响的问题,提出了解决办法;建议煤矿瓦斯抽放管网中的主管、干管、支管采用V锥流量计,汇流管以及各评价单元采用多点采样的插入式流量计;指出煤矿管道瓦斯流量计量应根据不同的现场状况、工况条件及测量需求选择相应的流量计。