非色散红外气体传感器稳态扩散高斯分布浓度校正方法

流程工业中气体浓度测量至关重要。非色散红外传感器是一种基于不同气体对红外光吸收强度差异性测量气体浓度的传感器,气体浓度测量精度高,广泛用于流程工业中CO₂和N₂O气体浓度测量。非色散红外传感器内气体不均匀扩散使气体浓度测量会产生原理性误差,需要得到气体在传感器气室内达到稳态扩散时间降低浓度测量误差,提高测量精度。本文提出一种非色散红外传感器高斯分布扩散模型预测气体稳态扩散时间计算方法,14组不同条件下CO₂和N₂O的仿真实验得到本文提出高斯扩散模型的拟合度分别为0.82和0.80,验证所提出高斯模型预测气体稳态扩散时间的鲁棒性。本文所提方法非色散红外传感器浓度测量不均匀扩散产生误差补偿提供保障。     

基于COA-GRU的低成本气体传感器数据修正方法

针对低成本气体传感器在受到温度、湿度、压力、气体交叉干扰等影响时检测精度低的问题,提出了一种长鼻浣熊-门控循环单元神经网络(COA-GRU)的修正模型,用于提高传感器检测精度。首先,根据低成本传感器的非线性特性构建了GRU修正模型;其次,利用COA算法解决修正模型的多局部极值以及参数组合寻优问题;最后,利用低成本传感器组以及H200D气体检测装置的实测数据对该方法进行了仿真实验。结果表明,使用COA-GRU修正模型后,SO₂、CO、NO₂、CO₂传感器的平均绝对误差分别降低了72.0%、28.4%、29.6%、13.5%,能够有效提高低成本传感器的检测精度。     

热式质量燃气表自动化校准技术研讨

利用热式传感器输出瞬时流量的计量特性,提出一种基于瞬时流量的校准方法,在热式表主板模块上加装红外发射及接收电路,通过红外通信方式与上位机建立数据交互,读取其显示的瞬时流量,以音速喷嘴法气体流量标准装置为标准器,通过下位机读取音速喷嘴处气体的瞬时流量,计算出示值误差。程序设置通信、初校、生成系数修正列表、写入系数、复校、判定一共6个工序,一键实现热式表连续化、批量化、自动化校准。通过用瞬时流量法测试G1.6规格燃气表0.5 m~3/h流量点的示值误差,重复性为0.053%,与累积流量方法比较提高了0.05%,缩短校准时间87%,极大提升工作效率。     

基于修正三次样条插值的红外SF6气体传感器高精度标定方法

针对红外SF₆气体传感器存在温漂及标定精度较低的问题，提出一种基于修正三次样条插值的传感器高精度标定方法。采集传感器在不同温度、不同体积分数下的输出电压，按照误差小于总量程的2%为标准设置插值步长，对输出电压-体积分数曲线进行三次样条插值。在此基础上，利用相对误差的平均值修正插值结果。通过线性插值对同一体积分数的温度进行补偿，最终得到SF₆气体体积分数预测模型。对6只红外SF₆气体传感器分别使用三次样条插值、三次Hermite插值和多项式函数拟合的方法进行数据插值标定。结果显示：采用修正三次样条插值的标定方法可将误差控制在1.2%以内，标定的数据合格率达到99%。该方法标定过程简单、精度高，并且考虑了温度的影响，可广泛应用于大批量红外传感器标定。     

基于恒定功率的热式流量计设计与测试

针对热式流量计的温度漂移问题,提出了一种恒定功率模式下的热式流量计结构,并对其数字校准方法进行了研究。与传统热式流量计相比,增加了环境探头,该探头内嵌于流体管道壁。各传感器之间采用隔热措施,利用环境探头和感温探头测量得到的电压信号进行实时数字校准。采用音速喷嘴法燃气表检验装置对流量计进行检测。检测结果显示：流量在0.016～0.25 m³/h范围内误差率小于0.5%,流量在0.25～6 m³/h范围内误差率小于1.0%,温度漂移现象有效改善。     

超临界CO2气冷器内火积耗散分析

为了分析火积耗散在气冷器内分布情况及影响，利用CFD数值模拟技术建立直管套管式气冷器模型，对超临界CO₂套管式气冷器内CO₂与冷却水之间的热量传递过程进行数值模拟研究。通过改变操作压力、温度、质量流量等参数进行计算，分析火积耗散沿管长分布情况，研究温度、质量流量、压力的变化对套管式气冷器火积耗散的影响。结果表明：随着CO₂进口温度升高，火积耗散增大，但冷却水温度的改变对火积耗散影响小，可忽略不计；随着冷却水质量流量的增大，火积耗散减小，火积耗散在CO₂入口相对于在套管气冷器其他位置处，数值最大。相较于冷却水质量流量0.03 kg/s，冷却水质量流量为0.04 kg/s时，火积耗散减小了2.6%，冷却水质量流量为0.05 kg/s时，火积耗散减小了3.2%；随着CO₂质量流量增大，火积耗散增大；且随着压力的增大，火积耗散减小。研究结果可以为改进CO₂气冷器的结构和提高换热性能提供新的思路和参考依据。     

超临界CO2注气压缩机的设计

CO₂注气压缩机是CO₂-EOR工艺的关键设备之一，超临界CO₂驱替工艺要求其将气体从低压气态压缩至高压超临界态，其运行安全可靠性至关重要。由于CO₂在近临界点物性的突变，超临界CO₂注气压缩机的设计与运行存在其特殊性。应用PR方程计算了混合气体在宽温度、压力范围内的压缩因子，分析了其在近临界点的分布规律，指出了气缸内压缩过程中不适宜存在的压力-温度工况范围，划定了超临界CO₂注气压缩机的“非设计区”工况，并提出了回避“非设计区”的手段与方法。     

基于粒子群解耦算法的 FBG 流量温度复合传感研究

针对光纤布拉格光栅流量温度复合传感解耦困难的问题,提出了一种基于粒子群解耦算法的光纤布拉格光栅流量温度复合传感器。首先,结合光纤布拉格光栅传感理论和流量温度复合传感理论,研究了基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感机理。然后,设计了悬臂梁为空心圆柱的一体靶式结构的光纤布拉格光栅流量温度复合传感器,搭建了流量温度实验系统平台,进行了温度和流量复合传感实验。最后,提出了一种基于粒子群算法的FBG流量温度复合传感解耦方法,并运用所设计的粒子群算法对实验数据进行流量与温度解耦研究。研究结果表明,解耦后传感器在3～8 m~3/h的范围内其流量最大误差为0.014 m~3/h,温度最大误差为0.021℃,流量测量误差为0.28%,温度测量误差为1.5%,流量均方误差为1.16×10^-4 m~3/h,温度均方误差为1.53×10^-4℃,与神经网络算法进行性能比较后,结果表明所采用的粒子群算法解耦效果良好,有效地提高了传感器的测量精度。     

分析温室气体及CO2碳同位素比值的傅里叶变换红外光谱仪

改进了傅里叶变换红外分析仪（FTIR）的硬件设计以实现温室气体及CO₂碳同位素比值的多组分、高精度、连续自动测量。首先,对FTIR分析仪测量系统进行了设计和理论分析,引入了温度和压力监控系统以及全密封气路干燥系统。然后,讨论了光谱的定量分析过程。最后,设计了标准气体对比测量实验。实验结果表明：分析仪测量CH₄,CO,CO₂和δ¹³CO₂值的标准偏差分别为0.01×10^-6,0.011×10^-6,0.239×10^-6和0.572‰,与常规FTIR测量系统相比,其检测的标准不确定度分别提高了6.3,8.45,10.54和14.73倍,其系统误差分别提高了2.88,1.93,4.67和4.66倍;对比分析仪与同位素质谱仪对δ¹³CO₂值的测量结果,标准偏差分别为0.572‰和0.171‰,二者测量的标准不确定度相近。所设计的温室气体及CO₂碳同位素比值FTIR分析仪能够满足多组分、高精度、连续自动测量的需要。     

基于热敏电1阻的热式液体流量传感器

根据热消散效应原理,设计了一种基于热敏电阻的热式液体流量传感器.介绍了传感器设计模型及工作原理,通过流体力学软件FLUENT对传感器进行了液体温度场仿真分析,验证了传感器设计的可行性.通过实验与分析,求出了液体流量变化与所设计传感器对应的电压变化函数关系.进行了0～100 L/h流量范围液体流量测量,提出了传感器研究与改进的方法.     

不同绝缘气体下中压开关柜温升特性研究

为探究干燥空气和 N₂ 从温升角度替代 SF₆ 气体的可能性,针对 KYN28-12 型中压开关柜,通过有限元分析法,构建三维温度场 流场的耦合模型,并在 3 种绝缘气体下,研究中压开关柜温升特性。研究结果表明,在 3 种绝缘气体下,具有相似的温度场分布,采用干燥空气和 N₂ 开关柜的温升要高于 SF₆ 气体,高出约 5~9 ℃ ; 3 种气体中流场分布规律也基本一致,但 SF₆ 气体流速较慢,最高 0.12 m / s ,干燥空气和 N_2?的流速类似,最高流速 0.16 m / s 。研究结果认为从温升方面考虑,满足绝缘条件下,干燥空气和 N2 替代 SF₆ 可行,但需要注意较 SF₆ 更高的温升,流场分布特性可为干燥空气和 N₂ 开关柜降低温升研究提供一定的理论依据。     

超声多普勒谱修正的油水两相流流速测量

针对水平管道油水两相流流速的无扰动测量问题,提出一种基于超声/电学双模态传感器的流速测量方法。测量系统由连续波超声多普勒传感器和基于电容与电导的电学传感器构成,分别用于获取两相流流速和分相含率。由于连续波多普勒的测量区域集中于管道中心,受流速剖面、含率分布影响,所测得流速并非流体的总表观流速。在假设含率分布满足高斯分布的前提下,建立相含率加权的多普勒能量谱模型,将含率分布的影响因素引入总表观流速的测量,并建立总表管流速和分相表观流速的计算模型。在试验基础上,分别确定水连续和油连续时总表观流速计算模型的参数。试验表明,通过模型计算出的表观流速与实际测量的流速能够较好吻合,总表观流速的相对误差小于6.32%,分相表观流速的方均根误差小于5.64%。     

Pressure effects on Coriolis mass flowmeters

The current status of available work regarding the pressure effect on Coriolis mass flowmeters is reviewed, which shows significant improvement in the latest generation of Coriolis flowmeters. A theoretical method using the linear damping model is proposed to understand the pressure effect. This new method applied to Coriolis flow sensors provides intuitive insight into the flow-generated signal by studying undamped natural frequencies and mode shapes. Most importantly this method can be used to model virtually any shape and configuration of flow sensors as found in the practical design. It is found that when the pressure changes it alters the superimposed contribution and the mass flow measurement can deviate from the reference condition. Experimental results from both low and high pressure flow tests are reported, which are in general agreement with the theoretical prediction. Further specific work is finally suggested which may advance our understanding and improve the Coriolis mass flow measurement technology.     

对称式微波功率传感器的设计

为了克服传统微波功率传感由于失配和热损耗带来的微波功率测量误差,提出了一种基于MEMS技术的对称式微波功率传感器,对该微波功率传感器的微波损耗、温度分布以及微波功率的精确测量进行了研究.首先,根据提出的损耗模型推导了微波损耗功率和损耗电压的表达式,并建立了该传感器的传热解析模型;接着,设计并制作了该微波功率传感器;最后...     

Mass flowmeter detecting fluctuations in lift generated by vortex shedding

Indirect measurement of mass flow rate has been widely used, combining volumetric flowmeters with the temperature and/or pressure compensation of fluid density. However, this approach has disadvantages, such as a complicated compensating algorithm, and is only applicable to ideal gases, except for highly pressurized and other gases. A flowmeter for direct measurement of mass flow is more suitable for overcoming the disadvantages of indirect measurement. The authors propose one approach to direct measurement using a vortex flowmeter. That is, Karman vortices are generated by a vortex shedder, and fluctuations in the lift and their frequency are detected by stress sensors built into the vortex shedder. The amount of lift is divided by the frequency to yield signals proportional to the mass flow rate. The proposed approach to sensing features simplicity both in principle and in sensor construction. Satisfactory results are obtained from applying this approach to water, air and other gases.     

表面粘贴式MEMS应变传感器的应变传递分析

表面粘贴式MEMS应变传感器已被广泛运用于航空航天、汽车工业及土木工程等领域的应变测量和监测中。但由于粘接层的影响,结构的应变并不能全部准确、有效地传递到MEMS应变传感器上,造成传感器的测量值与结构的真实应变之间存在一定误差。为了分析表面粘贴式MEMS应变传感器的应变传递机理,基于剪滞理论建立了MEMS应变传感器的力学分析模型,推导出基体和MEMS应变传感器基底上的应变分布、粘接层中的剪力分布及表征MEMS应变传感器应变传递效果的应变传递率,并与有限元数值模拟结果进行了比较。特别地,具体分析了粘接层及MEMS应变传感器基底的几何参数和物理特性参数对应变传递率的影响。结果表明,金属类粘接材料的应变传递率明显高于有机胶的应变传递率,且粘接层厚度越薄,应变传递效果越好。此外,在制造MEMS应变传感器时,采用厚度较薄的Si或Si C基底能保证较高的应变传递率。     

Mass flow rate measurement of gas-liquid two-phase flow using acoustic-optical-Venturi mutisensors

The measurement of multiphase flow parameters is essential for the online monitoring of industrial production and energy metering. In this paper, a multi-sensor experimental measurement device is designed based on NIR, acoustic emission sensors, and throated Venturi. The measurement information is decomposed using modal decomposition, and the characteristic variables of the gas volume fraction are extracted by flow noise decoupling and light attenuation analysis. A new gas volume fraction model is proposed based on Gradient Boosting Decision Tree (GBDT) through feature-level fusion, and the Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of the gas volume fraction prediction models is within 4% for the three flow patterns. A new flow rate model is established based on the Homogeneous and Collins models. Laboratory results indicate that the MAPE of the flow rate model is 1.56%, and 98.61% relative deviations are within ±20% error band. The study provides a new method for online measurement of multiphase fluid motion and a theoretical basis for sensing mechanism and measurement of multiphase flow.     

MEMS传感器随机误差Allan方差分析

MEMS传感器中随机误差较大,有时会覆盖传感器中有用信号,提出采用Allan方差(Allan variance)方法对MEMS传感器实测数据进行分析,系统地分析了引起MEMS传感器误差的随机噪声种类及其来源和特性,确定其各项系数,根据系数获得其功率谱密度,根据功率谱密度分析法与Allan方差分析法获得对应各项随机误差的数学模型,然后以数学表达式的形式得到统一的数学模型,再与卡尔曼滤波相结合得到增强的卡尔曼滤波,最后通过车载实验对MEMS-INS/GPS各个姿态进行卡尔曼滤波与改进后卡尔曼滤波2种滤波方法的比较,实验结果表明新滤波方法能很好地提高微惯性系统各个姿态精度.     

基于门控循环单元的动态过程下两相 CO2 质量流量测量

针对碳捕集与封存条件下科里奥利质量流量计测量气液两相CO_2动态过程质量流量时误差较大的问题,本文提出了一种基于门控循环单元(GRU)的动态过程下气液两相CO_2质量流量校正方法。利用GRU适合动态过程预测的特点,使用来自CO_2气液两相流实验平台的采集数据,对GRU网络模型进行训练,并使用网格搜索法结合K折交叉验证优化模型参数。使用八组典型工况下的测试集对优化后的GRU模型在测量精度和泛化性能方面进行了评估,并与最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型进行了对比分析。实验结果表明GRU模型优于LS-SVM模型,并且GRU模型在动态波动发生后的平稳阶段,其输出结果能够快速跟随CO_2质量流量变化,相对误差在±5%以内。