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管内相分隔双压差在多相流双参数测量中的应用

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化工学报 2020年第12期71卷 5515-5520页

作者：王帅李庆芝陈建英王栋牛棚满董宝光中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 西安热工研究院有限公司陕西西安710049 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

应用管内相分隔技术可以产生沿管道横截面的径向压差和沿管壁变化的轴向压差,研究表明,径向压差与两相流的总流量和相含率呈一定函数关系,若轴向压差与两相流的总流量和相含率也呈一定的函数关系,那么就可以通过双压差(轴向压差和径向压... 详细信息

应用管内相分隔技术可以产生沿管道横截面的径向压差和沿管壁变化的轴向压差,研究表明,径向压差与两相流的总流量和相含率呈一定函数关系,若轴向压差与两相流的总流量和相含率也呈一定的函数关系,那么就可以通过双压差(轴向压差和径向压差)的联立实现多相流双参数的测量。以油水两相流为例,系统研究了基于管内相分隔产生的轴向压差在多相流测量的理论机理,并结合径向压差进行了实验验证。结果表明,在管内相分隔状态下,旋流器下游某两截面之间的轴向压差与油水两相流的总流量和体积含油率呈一定的函数关系,两者的实验值和理论值之间的相对误差分别在±1.05%和±9.84%以内;通过双压差的联立,可以求出某一状态下两相流的总流量和相含率,两者的实验值和理论值之间的相对误差分别在±1.13%和±6.89%以内,验证了基于管内相分隔双压差在多相流双参数测量应用的可行性。

关键词：管内相分隔轴向压差径向压差双压差多相流双参数测量实验验证

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应用强制环状流的湿气双参数测量方法

西安交通大学学报 2020年第10期54卷 28-35,44页

作者：孟宇飞张兴凯廖锐全王栋长江大学石油工程学院武汉430100 长江大学中国石油天然气集团公司气举试验基地多相流实验室武汉430100 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

针对湿气中液相含量测量困难以及湿气流型对测量精度影响较大的问题,首先设计了一种由旋流器和文丘里管喷嘴组成的湿气双参数测量装置。该装置利用旋流器将湿气调整成强制环状流,引入了用强制环状流状态下文丘里管喷嘴节流压差与离心压... 详细信息

针对湿气中液相含量测量困难以及湿气流型对测量精度影响较大的问题,首先设计了一种由旋流器和文丘里管喷嘴组成的湿气双参数测量装置。该装置利用旋流器将湿气调整成强制环状流,引入了用强制环状流状态下文丘里管喷嘴节流压差与离心压差之比表示的无量纲数M,分别确定了湿气虚高和液气质量流量比与M和气相弗劳德数Fr g之间的关系,进而建立了湿气双参数测量模型。通过数值模拟对测量装置内的流场特性进行了分析,并搭建室内实验平台对建立的湿气测量模型进行了验证。实验结果表明:在气相弗劳德数为0.7~1.5以及Lockhart-Martinelli数为0~0.2的范围内,湿气气相流量测量误差在±3%以内,液相测量误差在±10%以内。该测量方法将为工业生产中湿气的实时测量提供一种新的思路,具有一定的工程意义。

关键词：湿气测量文丘里管强制环状流径向压差双参数测量

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新型内外管差压流量计弹状流双参数测量研究

中国测试 2019年第1期45卷 27-33页

作者：方立德王配配王松曾巧巧谢辰李小亭韦子辉河北大学质量技术监督学院河北保定071000 河北省计量仪器与系统工程实验室河北保定071000 保定市产业计量工程技术研究中心河北保定071000

为实现气液两相流相含率及流量的双参数测量,设计新型内外管差压流量计测量装置。利用该装置在单相水流量为1～11 m3/h范围内进行实验测试,拟合单相流出系数C的数学模型。单相水流量测量值与实际值的最大示值相对误差在±1.6%以内。气... 详细信息

为实现气液两相流相含率及流量的双参数测量,设计新型内外管差压流量计测量装置。利用该装置在单相水流量为1～11 m3/h范围内进行实验测试,拟合单相流出系数C的数学模型。单相水流量测量值与实际值的最大示值相对误差在±1.6%以内。气液两相流测量特性研究在水流量范围为2～6 m3/h,气流量范围为0.12～0.6 m3/h进行实验,在已知含率的情况下求得弹状流的两相总质量流量预测模型,通过分析压损比与XLM变化规律,分段建立压损比和Frg与XLM的数学模型,得到分相含率。预测结果表明:弹状流液相含率相对误差在±2%以内,两相总质量流量相对误差在±3%以内。通过差压及压损比实现相含率及流量的双参数测量,为气液两相流不分离测量提供一种参考方法。

关键词：气液两相流差压流量计压损比双参数测量

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基于近红外差压技术的气液两相流双参数测量

中国测试 2018年第1期44卷 21-26页

作者：方立德吕晓晖田季李婷婷赵宁李小亭河北大学质量技术监督学院河北保定071000 河北省计量仪器与系统工程实验室河北保定071000

为实现气液两相流相含率及流量的双参数测量,对基于近红外光谱技术的轴向安装气液两相流测量装置进行优化。利用近红外吸收衰减技术实现两相流液相含率测量,同时结合差压技术通过测量实验管段前后差压值得到流量信息。利用该装置进行单... 详细信息

为实现气液两相流相含率及流量的双参数测量,对基于近红外光谱技术的轴向安装气液两相流测量装置进行优化。利用近红外吸收衰减技术实现两相流液相含率测量,同时结合差压技术通过测量实验管段前后差压值得到流量信息。利用该装置进行单相水、单相气的相关测试并得到单相流量测量模型,实验结果表明其相对误差分别在±1.25%和±1.5%以内。选取液相含率高于85%的35个工况点进行气液两相流动测试,结合朗伯比尔定律及双流体模型,分别得到相含率及流量预测模型。预测结果表明:上述模型的相对误差分别在±3.0%和±6.0%以内。通过结合近红外技术与差压技术,同时实现相含率及流量的双参数在线测量,为后续气液两相流不分离测量奠定基础。

关键词：气液两相流近红外技术差压测量双参数测量

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基于多芯光纤原位自补偿的双参数测量

基于多芯光纤原位自补偿的双参数测量

作者：李驰武汉理工大学

学位级别：硕士

在生物、化学、制药等领域,药剂、溶液的折射率的测量往往伴随着温度的变化,一方面液体的折射率本身随着温度变化会有微弱的变化,另一方面光纤折射率传感器容易产生对温度的交叉敏感,所以环境温度的变化会严重影响液体折射率的测量结果... 详细信息

在生物、化学、制药等领域,药剂、溶液的折射率的测量往往伴随着温度的变化,一方面液体的折射率本身随着温度变化会有微弱的变化,另一方面光纤折射率传感器容易产生对温度的交叉敏感,所以环境温度的变化会严重影响液体折射率的测量结果。光纤传感器的温度与折射率交叉敏感特性限制了传感器的准确性,也是光纤传感技术亟待解决的难点之一。多芯光纤可以看作是一类特种光纤,在多芯光纤中刻蚀光栅,或者对其进行表面微结构处理,使其纤芯中的光发生相互耦合,可以用作光纤传感器。结合多芯光纤空分复用的特性,基于多芯光纤的光纤传感器可以用于温度、折射率、应力、曲率等多参数同时测量。本文提出一种腐蚀型七芯光纤光栅传感器结构(eFBGs-MCF),有效地解决了折射率和温度的串扰问题,可同时测量折射率和温度,且提供独特的原位温度补偿。这种具有温度补偿特性的折射率传感器符合光学器件小型化、简单化、集成化的设计理念,具有较高的应用可行性。本文的主要创新点在于:将多芯光纤空分复用特性与光纤光栅传感原理相结合,设计了一种基于腐蚀型七芯光纤光栅的温度和折射率双参数测量的传感器,提供双参数测量和原位温度补偿特性。本文的主要研究内容包括:(1)综述了基于光纤光栅和光纤干涉仪原理的折射率传感器的特点和研究现状,提出了具有温度补偿功能的光纤折射率的需求。概述了多芯光纤的发展历程,重点介绍了多芯光纤在传感领域的研究现状。(2)分析了双参数光纤传感器的测量误差的主要来源和消除误差的方法,推导了双参数光纤传感器的分辨率的计算公式,为本文提出的基于多芯光纤原位自补偿的双参数测量提供了理论基础。详细介绍了三种类型的双参数传感器的研究现状。(3)提出了基于七芯光纤原位自补偿的双参数传感器,对传感器的设计原理进行了讨论。利用COMSOL软件对传感器模型进行模拟分析,分别讨论了七芯光纤包层直径、外界环境折射率、七芯光纤沟槽和腐蚀均匀性对传感器性能的影响,给出了传感器的腐蚀极限直径和环境折射率测量范围。(4)对提出的传感器结构进行实验研究。研究了传感器对折射率和温度的传感性能,并对实验结果进行误差分析。结果表明提出的传感器能同时测量折射率和温度,折射率和温度的灵敏度分别为42.83 nm/RIU和9.89 pm/°C,折射率的分辨率可达9.21*10 RIU。

关键词：多芯光纤光纤布拉格光栅双参数测量折射率传感器

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气液两相流的双参数测量及其标定

炼油化工自动化 1993年第1期 57-60,66页

作者：童小清陈彦萼上海化工研究院华东化工学院

本文基于相关测量技术的气液两相流流量双参数测量原理,对装置及其标定问题作了较为详尽的论述,并相应地提供了实验数据。

关键词：气液两相流流量双参数测量

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基于光纤光栅啁啾效应的压力与温度传感研究

基于光纤光栅啁啾效应的压力与温度传感研究

作者：俞旭东厦门大学

学位级别：硕士

随着全球对能源需求的日益膨胀以及陆上能源的日益枯竭,发展海洋能源已成为必然趋势。在海洋能源发展中,压力是管道输送油气和深海勘探资源时保证其生产系统安全运行的重要指标,因此压力传感和测量在涉及管道运输和水下勘探方面具有关... 详细信息

随着全球对能源需求的日益膨胀以及陆上能源的日益枯竭,发展海洋能源已成为必然趋势。在海洋能源发展中,压力是管道输送油气和深海勘探资源时保证其生产系统安全运行的重要指标,因此压力传感和测量在涉及管道运输和水下勘探方面具有关键和重要的作用。传统电学类压力传感技术由于受限于技术本身和信号传输在具体应用场景下存在的问题,难以满足海洋能源开发的未来发展需求。而光纤传感技术凭借其结构紧凑,抗电磁干扰,耐腐蚀,响应快,能够远距离工作以及分布式阵列组网等优良性能已逐渐发展成一种有效可靠的传感解决方案。本论文围绕基于光纤Bragg光栅(以下简称光纤光栅)的压力传感技术及特性进行研究,以管道压力和水下压力的传感和测量为应用对象,针对实际应用时环境温度对压力测量有较大影响且需要对压力和温度同时测量这一问题,基于光纤光栅在压力传递元件-弹簧管上不同的安装方式,提出两种可同时测量管道或水下压力和温度的新型光纤压力与温度双参数传感测量方案,设计制作了相应的传感器,并在实验上做了验证。论文的主要研究内容有:1、为了实现压力与温度的同时测量,根据光纤光栅在非均匀应变作用下会产生啁啾光谱且光谱中不同反射峰波长与被测压力和温度具有不同响应系数的特性,提出一种基于光纤光栅啁啾光谱响应的压力-温度双参数同时测量方法,并借助仿真软件验证了该测量方法的可行性。2、通过理论仿真获得压力变化时C型弹簧管表面不同区域应变分布的情况和特点,提出一种基于双光纤光栅的C型弹簧管的压力与温度同时传感的纵向粘接方案。即将两个光纤光栅分别粘接在弹簧管表面具有相反应变作用的区域,通过分别测量其中心波长的变化并进行相关计算,就可获得压力和温度信息,解决压力与温度交叉敏感问题。3、为了进一步简化传感测量方案,提出一种基于单光纤光栅横向粘接C型弹簧管的压力传感器,通过分析可知这种横向粘接方式能使光纤光栅在压力传感测量中受到非均匀应变作用,因而反射光谱中会出现两个易于识别且对压力和温度具有不同响应的特征峰,从而通过跟踪特征峰波长漂移量即可解调出压力和温度的变化,实现压力和温度的同时精确测量。经过理论研究和实验证明,以上提出的两种新型光纤光栅压力传感器在管道压力和水下压力的应用中切实可行,且还有结构稳定、灵敏度高、成本低等优点,所以在实际中具备广阔的应用前景。

关键词：光纤光栅压力传感啁啾效应 C型弹簧管双参数测量

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白光干涉空间互相关光纤法珀腔解调仪研制

白光干涉空间互相关光纤法珀腔解调仪研制

作者：康家雯西安工业大学

学位级别：硕士

随着传感技术的不断进步,光纤传感器因其小巧、轻便、灵敏度高和耐腐蚀等优势,已被广泛运用于各种环境下的温度、压力和应变/应力的监测。光纤传感器解调仪是光纤传感技术的重要组成部分,具有重要的科学研究价值和广泛的应用前景。本文... 详细信息

随着传感技术的不断进步,光纤传感器因其小巧、轻便、灵敏度高和耐腐蚀等优势,已被广泛运用于各种环境下的温度、压力和应变/应力的监测。光纤传感器解调仪是光纤传感技术的重要组成部分,具有重要的科学研究价值和广泛的应用前景。本文针对温度-压力双参量同步测量的需求,基于菲索干涉仪原理,采用双光楔结构,设计了一种白光干涉空间互相关光纤法-珀腔解调仪。通过仿真和实验验证了该解调仪的可行性、可靠性和稳定性。本文的主要工作内容总结如下:首先,针对复合式光纤法-珀传感器的工作原理、解调方法进行了研究分析,对比各种解调技术之间的优劣。基于菲索干涉仪原理,设计了一种白光干涉空间互相关光纤法-珀腔解调仪。并对白光干涉空间互相关光纤法-珀腔解调仪的解调原理进行了理论推导和介绍,通过模拟仿真验证了该解调技术的可行性。并搭建了解调仪的光路部分。然后,设计了信号采集与处理电路软硬件。基于STM32F407设计解调系统的电路部分。通过线阵CCD对光信号进行光电探测后经由ADC08060传输给芯片内部,最后通过设计的数据处理软件与解调算法对相关干涉信号进行解调。其中,电路设计部分包括STM32主控模块、A/D转换、CCD光电探测和串口通信。解调算法包括相关干涉信号的切比雪夫带通滤波和高斯函数拟合法寻峰。最后,搭建实验平台验证白光干涉空间互相关光纤法-珀腔解调系统的可靠性、可行性和稳定性。实验包括通过对复合式光纤法-珀传感器进行不同温度和压力下的测量来对整个解调系统进行标定,从而得到相关干涉信号峰值点所对应的像素点与温度和压力的关系,以及对解调系统进行重复性实验。通过实验得到白光干涉空间互相关光纤法-珀腔解调仪压力的灵敏度为-23.396/MPa,温度的灵敏度为-0.233/℃,矫正后的压力值与标准气压之间的最大误差为0.017 MPa,测量的温度值与标准的温度值之间的最大误差为0.533℃,温度测量范围为20-300℃,压力测量范围为0.1-3 MPa,实现了对温度和压力的双参量实时测量。

关键词：光纤传感器白光干涉光电信号处理双参数测量法布里-珀罗传感器

准分布式FBG对应变和温度双参数分离测量的实现

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中南民族大学学报（自然科学版） 2017年第4期36卷 84-87页

作者：李薇侯睿张志俊中南民族大学计算机科学学院武汉430074

为解决光纤Bragg光栅(FBG)的应变与温度交叉敏感问题,提出了一种将两个参数相同的FBG分别放置于承重梁上下两端面同时感知应变与温度的方法,通过理论分析计算,实现了应变、温度双参数传感的目的.该方法既克服了传统双参数分离方法的各... 详细信息

为解决光纤Bragg光栅(FBG)的应变与温度交叉敏感问题,提出了一种将两个参数相同的FBG分别放置于承重梁上下两端面同时感知应变与温度的方法,通过理论分析计算,实现了应变、温度双参数传感的目的.该方法既克服了传统双参数分离方法的各种限制,又简化了分离算法.标定与测量实验结果表明:在温度0-100℃、应变0-40MPa范围内,FBG的应变与温度响应曲线呈现良好的对应关系,最大相对误差分别为3.7%和4.2%.应变与温度分离测量方案简单易行,将其应用于准分布式应变定位领域,可以实现应变位置的识别与预警,具有较高的实际应用价值.

关键词：准分布式光纤布拉格光栅双参数测量