气固两相流流速测量系统的传感器设计

介绍一种用于测量气固两相流流速的传感器,阐述了其工作原理,对传感器的结构和随机噪声提取电路进行设计和分析,试验证明该传感器能够检测微弱的随机流动信号。     

基于优化速度检测算法的气固两相流参数检测系统北大核心CSCD

为了实现气固两相流流动参数的准确检测,设计了一套双截面8电极ECT系统。采用交流激励的方法,完成28组电容值的检测及信号处理。在流速测量中,采用曲线拟合的方法避免了互相关算法下提取曲线最高值不准确的问题,有效提高了时延估计的精度。根据速度与浓度计算获取质量流量,并与重力传感器获取的质量流量结果进行比较,发现具有较好的一致性。     

基于双列阵电容传感器的气固两相流多参数测量系统

气固两相流体系是复杂的非线性动态系统,其流动过程的复杂性和随机性增加了气固两相流参数检测的难度。设计了一种基于双列阵电容传感器的硬件测量系统,该测量系统具有成本低、响应快、非侵入性和安全性好等优点,广泛应用在工业生产中。其采用Cortex-M4内核的STM32F407IGT6作为主控芯片进行微弱电容信号的采集,将采集的电容数据存储到SD卡且传送至上位机。将上位机接收的数据和SD卡中的数据进行离线分析和处理,得到固相浓度、速度和质量流量。实际使用结果表明,该测量系统测量精度较高、稳定性好,解决了传统测量仪表测量气固两相流时的弊端。     

气固两相流超声过程层析成像系统研究

研究了一种应用于气固两相流过程监测的超声波层析成像系统。为利用少数传感器实现较精确成像,研制了一套测试系统:传感器阵列由8个扇形空气耦合传感器组成,每个传感器均为收发一体式并且发射扇形波束角度可达150°;设计了基于单片机的切换装置以改善系统实时性;发展了改进二值逻辑反投影图像重建算法,通过设置双阈值改善边缘效应提高了图像重建精度。对四氟乙烯棒进行的静态实验与对煤粉进行的动态测试实验中,系统获得了足够多的有效信号数据,实现了气固两相流横断面的二维图像重建。静态实验中重建图像的最小空间成像误差(SIE)为3.2%,表明系统具有较好成像精度,可实现气固两相流流动监测。     

气固两相流离心叶轮机械磨损特性研究

采用无粘流动模型和有限元法及准三元法，求解了离心风机叶轮气流动，然后用“单相耦合“法并选用合选的固粒反弹模型和冲蚀磨损模型，计算了叶轮内部固粒的运动轨迹和磨损量，首次提出了在气固两相流离心叶轮中，不仅存在冲蚀磨损，同时还存在擦伤式磨粒磨损的观点，并分析了耐磨肋条的作用。本文结果对气固两相流耐磨离心叶轮机械的研制具有指导意义。     

用于气固两相流流量测量的阵列式电容传感器和互相关测量系统

在电力、冶金、化工等工业生产过程中，大量存在气固两相流流动情况。气固两相流的流量测量对于计量、节能和控制具有重要意义。本文设计了阵列式电容传感器、信号测量电路和以ＭＣＳ—８０９８单片机为核心的智能互相关测量系统。通过在气固两相流试验装置上的试验研究表明，设计的测量系统可以用于直接测量气固两相流中分离相的速度、浓度和质量流量，该系统有较高的实时性和测量精度。     

阵列式静电传感器结构设计与优化研究

气固两相流广泛存在于自然界和工业生产过程中,利用阵列式静电传感器感应成像系统可以对两相流的流型、截面分布等信息进行可视化监测,进而得到其流动特性、运输效率、安全状况等情况,对于两相流体的理论研究以及相关生产过程的安全化、高效化和实时控制等具有重要意义。本文提出了一种新型的阵列式静电传感器结构,通过有限元方法分析静电传感器敏感场特性,进而验证传感器的结构参数对测量结果的影响;建立了两相流流动的仿真模型,通过对比传感器不同结构参数下的敏感特性,对相关参数进行优化,对提高静电成像系统的成像精度与准确度具有重要意义。     

气固两相流固相浓度电容式传感器优化设计

本文建立了一种螺旋式电容传感器的数学模型,并基于该模型对传感器结构进行了优化设计。优化后的结构可以产生较均匀的灵敏场分布,实测结果表明,优化后的传感器电容值与固相浓度具有良好的线性关系,测量点的线性相对偏差小于0.8%,适用于气固两相流固相浓度的测量。     

叶轮机械中的气固两相流研究综述

综述了国内外有关叶轮机械中的气固两相流方面的近期研究进展,主要包括叶轮机械内部气固两相流流动模型、处理方法,流动的数值计算进展,叶轮机械内部磨损类型与磨损机理的研究、磨损的实验研究及防磨损措施的研究。     

叶轮机械中的气固两相流研究综述

综述了国内外有关叶轮机械中的气固两相流方面的近期研究进展,主要包括叶轮机械内部气固两相流流动模型、处理方法,流动的数值计算进展,叶轮机械内部磨损类型与磨损机理的研究、磨损的实验研究及防磨损措施的研究.     

一种新型电容式空隙率传感器仿真研究

该文提出了一种侵入式多环套状结构电极的电容传感器,并研究它对气液两相流空隙率测量的可行性。通过建立多环套状电容传感器装置的有限元仿真数学模型,运用ANSYS软件对电容传感器有限元模型进行了二维静电场仿真。其分析了极板间的电位分布,计算不同相分布下传感器的电容及变化量,分析空隙率的设定值与仿真值对比结果,并以层流和环流为例比较并分析传感器的灵敏度以及受流型的影响。仿真结果表明,多环套状电极结构电容传感器可运用于两相流的空隙率测量技术上,为多环套状电极结构电容传感器的设计提供了部分理论依据。     

基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

气固两相流中基于神经网络的固相质量流量检测方法的研究

用神经网络的自学习算法对采样数据进行辨识得出固相质量流量的黑箱模型，实现固相质量流量的在线测量。实验结果，模型最大测量误差为１０％     

数字信号处理技术在科氏质量流量计中的应用

科氏质量流量计是目前应用范围最广、发展速度最快的流量计之一。数字信号处理技术是科氏质量流量计的核心技术,直接决定其测量精度、测量稳定性等性能指标;而流量传感器输出信号的数学模型是信号处理的依据和基础。国内外学者提出了多种信号处理方法,但是,没有根据不同的信号模型和不同的应用场合对各种信号处理方法进行比较和评价。为此,根据不同数字信号处理方法的特征量提取原理,分析了其具有的优缺点。针对科氏质量流量计单相流、批料流与气液两相流测量这3种典型应用场合中存在的关键技术问题,依据随机游动信号模型、突变信号模型和自回归滑动平均(ARMA)信号模型,分别从计算精度、响应速度、收敛性、抗干扰能力和对参数变化的敏感度等方面,对不同信号处理方法进行考核和对比,确定了3种典型应用场合下,解决关键技术问题,性能最佳的数字信号处理方法。     

基于 C 4 D 技术的非满管液体流速测量方法研究

为满足目前小型化设备中液体流速测量的需求,通过将空间滤波测速与电容耦合非接触电导测量(C~4D)技术相结合,提出了一种适用于非满管液体流速测量的新方法。设计了一种轴向两电极结构的C~4D传感器,采用COMSOL仿真软件建立了传感器的三维仿真模型,并对其空间灵敏度分布特性进行了分析,然后基于该传感器的空间滤波效应对液体流速测量原理进行了理论推导,并采用等效峰值频率的方法得到了速度测量的数学表达式;在此基础上,设计了一套可适用于空间滤波的C~4D液体流速测量系统,并通过该测量系统验证了C~4D传感器具有良好的空间滤波效应,且实验结果表明,该测量方法具有良好的可行性,在1.39～2.35 m/s的速度范围内,测量速度的绝对误差均在5%以内。     

金属颗粒的电容式速度测量方法研究

针对金属材料在静电场中呈现出的特殊性,设计了一种用于检测管道中金属颗粒速度的电容式传感器。首先,基于多电极理论建立了电容传感器测量金属物质的数学模型,在此基础上,使用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立了传感器三维仿真模型,并对其空间灵敏度分布特性进行了分析。然后,基于该传感器的空间滤波效应对金属颗粒速度测量原理进行了理论分析,建立了传感器输出信号功率谱截止频率和金属颗粒速度之间的关系式。最后,开发了基于三角电极电容传感器和电容数字转换芯片Pcap01的金属颗粒速度测量系统,并在重力输送装置进行了验证及分析。实验结果表明,该测量方法具有良好的可行性,在2.44～5.34 m/s的速度范围内,测量速度的重复性误差小于4%。     

采用流场分析提高涡轮流量传感器性能的研究

以10 mm口径液体涡轮流量传感器为研究对象,经过对传感器内部流场进行分析,提出通过减小靠近叶片顶端的叶片受力面积,提高传感器测量性能的方法。从对特性曲线的分析出发,结合传感器数学模型,提出了一种利用不同流量点的仪表系数平方差Δ(K~2)评价传感器性能的方法。在此基础上,结合CFD仿真和传感器样机实验测试,研究了不同叶轮叶片形状参数对传感器性能的影响。实验结果表明:改变叶轮叶片形状能有效提高传感器的测量性能,切角参数为0.25时,传感器性能最优;此方法同样适用于其他口径涡轮流量传感器结构的优化。     

An instrumentation system for multi-parameter measurements of gas-solid two-phase flow based on Capacitance-Electrostatic sensor

In this paper, an instrumentation system for the measurements of local solid volumetric concentration, local solid velocity, local solid mass flowrate and solid mass flowrate in gas-solid two-phase flow system is developed. It is based on a new type of a Capacitance-Electrostatic sensor (CES). The CES sensor is mainly composed of a capacitance electrode array and two electrostatic electrode arrays. The optimum design of the sensor is achieved by finite element method. The capacitance electrode array is employed to detect the solid distribution over the cross-section of the pipe, and the local solid volumetric concentration measurement is further derived. The electrostatic electrode arrays are used to measure the local solid velocities in conjunction with cross-correlation method. From the local solid velocity and local volumetric concentration, the solid mass flowrate and the local solid mass flowrate can be achieved. The developed system for the local solid volumetric concentration measurement is verified through analogue simulation experiments and static experiments. Finally, the system is employed to measure the local solid volumetric concentration, local solid velocity, local solid mass flowrate and solid mass flowrate on a belt conveyor. The experimental results show that the measurement error of the local solid volumetric concentration measurement results are less than 10.43% for solid local volumetric concentration ranging from 0.02 to 0.56, the standard deviations of the local solid velocity measurement results are less than 0.42 for solid velocity ranging from 3.5 m/s to 15.0 m/s, and the relative error of the solid mass flowrate is within −19.6% to +14.9% for solid mass flowrate ranging from 0.006 kg/s to 0.103 kg/s, indicating that the system is capable of achieving multi-parameters measurement in gas-solid two-phase flow system.     

微型热敏剪应力传感器的温度补偿

微型热敏剪应力传感器在航空航天等领域有重要应用价值,然而基于热敏感原理的间接剪应力测量会引入流体环境温度的影响.结合热敏剪应力传感嚣的热交换模型,研究了流体环境温度变化的影响机理.分析了常用温度修正方法的应用局限性,设计了结合流体温度、从信号处理角度修正传感器输出的温度补偿方法,没有增加电路复杂程度,显著提高了测量精度.测试实验表明:当流体环境温度在10～20℃范围变化时,温度造成的输出信号偏移误差从原来的2％/℃降低到了0.5％/℃,证明了该方法的有效性.     

Reparability measurement of vision sensor in active stereo visual system

The active visual inspection has made giant strides in development. Due to the complexity of field conditions, the binocular stereo vision sensor in active stereo visual inspection system is difficult to acquire the ideal image pair under the poor illumination environment, or cannot work normally because one of two cameras is damaged. To solve the practical problem, a reparability method of the vision sensor in active stereo visual inspection system is proposed. Based on the traditional measurement platform with a structured stripe projector and two industrial cameras, a reparability mathematical model is established, which merges the measurement mode of the stereo vision and the structured light vision to inspect feature points based on the reparability measurement model. Meanwhile, a mathematical model and calibration method of the structured light vision are developed based on the homography between the image and light plane. The method greatly improved the stability and reliability of measurement data. It is proven by experiment that the method is valid, which can accomplish reparability tasks commendably and achieve uninterrupted inspection of feature points in the actual industrial applications.