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微小液体流量校准技术

化工进展 2024年第2期43卷 579-585页

作者：侯立凯范旭包福兵中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

微小液体被广泛应用于微反应器中,具有传热传质效率高、高通量、集成化、方便控制等优势,微小液体流量计可以实现对样品的精确控制,但在极低流量下(μL/min乃至nL/min),微小液体流量计存在计量基标准不完善、校准难度大等问题。本文综... 详细信息

微小液体被广泛应用于微反应器中,具有传热传质效率高、高通量、集成化、方便控制等优势,微小液体流量计可以实现对样品的精确控制,但在极低流量下(μL/min乃至nL/min),微小液体流量计存在计量基标准不完善、校准难度大等问题。本文综述了目前在微小液体流量计量领域所采用的几种校准技术,主要包括质量法和体积法,并根据现有的研究给出了这些技术目前所能达到的校准范围和不确定度。分析表明,现有的质量法微小液体流量校准技术在应用于微小液体时仍具有不足,需要进一步研究多种作用机制的影响;体积法微小液体流量校准技术有多种实现方式,虽然目前仍处于探索阶段,但在未来有望成为更具有研究前景的一种方法。最后,结合微小液体流量计量技术的发展和先进测量体系的建设,展望了微小液体流量计量的发展前景。

关键词：微反应器微流体学测量校准技术

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液体微小流量测量技术研究进展

力学学报 2024年第6期56卷 1573-1584页

作者：侯立凯范旭金羽卓刘铭扬包福兵中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

随着流体力学与生命科学、材料科学、医疗健康、能源环境和先进制造等多学科领域的交叉融合,微量液体与微流控技术逐渐在这些领域取得了广泛的应用.与此同时,液体微小流量(每分钟几微升、几纳升,甚至更低)的测量需求逐渐凸显出来.随着... 详细信息

随着流体力学与生命科学、材料科学、医疗健康、能源环境和先进制造等多学科领域的交叉融合,微量液体与微流控技术逐渐在这些领域取得了广泛的应用.与此同时,液体微小流量(每分钟几微升、几纳升,甚至更低)的测量需求逐渐凸显出来.随着特征尺度的减小,原有的液体流量测量技术已经无法满足测量准确度的要求,因此,需要流量测量技术的进一步发展来满足微小流量测量和传感器微尺度集成的需求.文章介绍了液体微小流量的应用背景和面临的主要问题,首先,根据测量过程中是否引入外界能量(例如电能、热能等),将现有的和正在开发的液体微小流量测量技术分为有源流量测量技术和无源流量测量技术;其次,分别对其包含的具体测量技术展开论述,主要包括质量流量测量技术(科里奥利和微谐振器)、热式流量测量技术(热损失型、热分布型和热脉冲型)、光流控流量测量技术(光致褪色)、压力转换流量测量技术(压差式、悬臂式和柔性膜形变)、粒子测速技术、重力测量技术和弯月面追踪技术等,并讨论了上述测量技术的传感测量原理、测量性能指标和优缺点;最后,结合液体微小流量测量技术的发展和先进测量体系的建设,总结了液体微小流量测量的应用前景和有待解决的挑战.

关键词：微小流量测量流量计微量液体传感器

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活塞式体积管法微小气体流量标准装置

计量学报 2024年

作者：杨宏明徐雅刘铁军谢代梁黄震威中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室

为实现对微小气体流量计的便携式计量校准，设计了一种基于活塞式体积管法的微小气体流量标准装置。通过数学建模设计了活塞的几何尺寸，构建了基于光纤传感器的光电检测系统，以满足装置所需的检测时间准确度。利用动网格6DOF技术研究... 详细信息

为实现对微小气体流量计的便携式计量校准，设计了一种基于活塞式体积管法的微小气体流量标准装置。通过数学建模设计了活塞的几何尺寸，构建了基于光纤传感器的光电检测系统，以满足装置所需的检测时间准确度。利用动网格6DOF技术研究光纤传感器位置，通过分析活塞运动中的惯性效应，确保在2个光纤传感器之间的匀速运动。为满足现场在线检定智能化系统的需求，开发基于PLC的控制系统，并设计了人机交互控制与数据采集界面。对装置的不确定度进行了分析和评定，结果表明该装置的扩展不确定度为0.38%(k=2)。实验装置配合自动检定控制系统可高效、准确、方便地完成微小气体流量计检定。

关键词：气体流量标准装置活塞式体积管控制系统不确定度

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环形间隙式层流元件设计及流量特性研究

电子测量与仪器学报 2024年第4期38卷 195-201页

作者：陈雨萱谢代梁崔骊水徐雅黄震威刘铁军中国计量大学计量测试与仪器学院浙江省流量计量技术研究重点实验室杭州310018 中国计量科学研究院北京100029

为了解决传统层流流量计(LFM)线性度不佳、长径比较大、加工使用不便和结构易受流体影响等诸多问题,受双锥流量计的启发,提出了一种环形间隙式层流元件结构,介绍了测量原理和流道内非线性压力损失来源。保持该结构外套筒体和圆柱锥体同... 详细信息

为了解决传统层流流量计(LFM)线性度不佳、长径比较大、加工使用不便和结构易受流体影响等诸多问题,受双锥流量计的启发,提出了一种环形间隙式层流元件结构,介绍了测量原理和流道内非线性压力损失来源。保持该结构外套筒体和圆柱锥体同轴心,其流道截面为同心圆环,通过CFD仿真确定了锥形导流结构的合理锥形角度,确定了层流元件的尺寸参数。将取压孔设置在流道中充分发展的层流段,理论上消除了传统毛细管式LFM进出口处流动局部损失和层流发展段的动能损失。制作3种不同间隙大小的试件并进行试验,结果显示,当测量流量值小于53 mL/min时,层流元件的测量误差在3%以内;当测量流量值在(130~6189)mL/min时,测量误差在±2%以内;层流元件的压差和流量之间具有优秀的线性关系。说明环形间隙式层流元件结构可有效克服传统LFM的非线性影响,同时测量流量范围可随间隙大小变化而改变。

关键词：层流流量计微小气体流量环形间隙式数值模拟流量测量

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基于LSMR算法的火焰三维温度场重建

化工进展 2024年第2期43卷 659-666页

作者：单良仰文淇洪波周荣幸孔明中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

光场成像技术可以同时记录入射光线的空间分布信息和传播方向信息,结合相关反演算法,可以进行火焰三维温度场的重建。最小二乘QR分解算法(least squares via QR factorization,LSQR)可以有效求解基于大型稀疏矩阵的线性问题,但是在对火... 详细信息

光场成像技术可以同时记录入射光线的空间分布信息和传播方向信息,结合相关反演算法,可以进行火焰三维温度场的重建。最小二乘QR分解算法(least squares via QR factorization,LSQR)可以有效求解基于大型稀疏矩阵的线性问题,但是在对火焰辐射强度求解的过程中,难以保证求解的非负性和准确性。非负最小二乘算法(non-negative least squares,NNLS)可以保证求解的非负性,但是计算效率太低。本文提出将最小二乘残差方法(least square minimal residual,LSMR)用于火焰光场成像三维温度场重建,并研究其重建精度、计算效率、抗噪性能等指标。仿真实验表明,LSMR和NNLS算法可以在不同噪声水平下保证求解火焰辐射强度的非负性。在噪声为5%、10%、15%和20%的情况下,LSMR和NNLS算法对辐射强度的求解精度均比LSQR提高了10%以上,且LSMR算法的求解时间比LSQR和NNLS分别降低了一个数量级和四个数量级。可见,LSMR算法可以在保证求解精度的情况下大幅提高运算效率。最后用LSMR算法对模拟光场火焰进行温度场重建,在不同噪声水平下,平均相对误差都保持在1.2%以内,验证了LSMR算法在重建时的准确性和可靠性。

关键词：光场成像火焰 LSMR算法三维温度场重建

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面向光场火焰温度场重建的特征提取优化方法

化工进展 2024年第2期43卷 823-829页

作者：单良华夏杰牛玉风赵腾飞洪波孔明中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

近年来,利用深度学习的方法从光场火焰图像中重建三维温度分布已成为辐射测温研究领域的一个新方向。传统的温度场重建网络仍沿用平面图像的特征提取方法,不仅忽略了光场图像中记录的三维光线信息,而且没有充分考虑追迹光线的分类问题,... 详细信息

近年来,利用深度学习的方法从光场火焰图像中重建三维温度分布已成为辐射测温研究领域的一个新方向。传统的温度场重建网络仍沿用平面图像的特征提取方法,不仅忽略了光场图像中记录的三维光线信息,而且没有充分考虑追迹光线的分类问题,致使先验信息的缺失和不同类型特征的杂糅,对温度场的重建精度产生负面影响。本文对网络中的特征提取过程进行了优化,首先将子孔径图像的视角信息添加到网络输入端,然后使用双分支卷积方法分别提取光场的空间特征和角度特征,最后利用注意力机制对特征在不同尺度上的重要性进行建模。本文通过正交实验验证了上述因素对重建精度的影响。仿真结果表明,与传统网络相比,优化方法重建的温度场平均相对误差降低了44.82%,最大相对误差降低了34.76%。

关键词：温度场重建优化神经网络数值分析

基于注意力机制的改进残差网络火焰温度场重建

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化工进展 2024年第2期43卷 688-695页

作者：单良周荣幸洪波仰文淇孔明中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

基于卷积神经网络重建火焰温度场的方法近年来已被广泛采用,但是传统卷积神经网络模型随着其网络层数的增加极易出现过拟合或者模型退化的现象,导致重建误差较大。本文提出一种改进的方法,使用ResNet18网络进行火焰温度场重建,并引入注... 详细信息

基于卷积神经网络重建火焰温度场的方法近年来已被广泛采用,但是传统卷积神经网络模型随着其网络层数的增加极易出现过拟合或者模型退化的现象,导致重建误差较大。本文提出一种改进的方法,使用ResNet18网络进行火焰温度场重建,并引入注意力机制和局部重要性池化,优化提取内容,实现已知信息的充分利用,减少重建误差。实验结果表明,同时引入局部重要性池化和注意力机制后,温度场重建的平均相对误差为0.13%,最大相对误差为0.75%;相较于初始ResNet18网络,平均相对误差减少了31.58%,最大相对误差减少了34.21%。通过消融实验验证了两种因素对重建精度的影响,结果表明:同时加入两个改进模块后的温度场重建精度要优于加入单个改进模块后的精度,局部重要性池化模块对精度提升的作用更大。

关键词：温度场残差网络注意力机制池化

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面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法

光子学报 2024年第3期53卷 153-166页

作者：单良简娟熊俊哲施飞杨洪波楼晓颖孔明中国计量大学信息工程学院、浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

提出了一种面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法,可以减小重建角度误差和均方根误差,尤其是图像边缘部分的角度误差。使用该优化算法分别对单涡流、双涡流、DNS湍流粒子场进行速度场重建,得到三种流场的均方根误差和平均角度误差... 详细信息

提出了一种面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法,可以减小重建角度误差和均方根误差,尤其是图像边缘部分的角度误差。使用该优化算法分别对单涡流、双涡流、DNS湍流粒子场进行速度场重建,得到三种流场的均方根误差和平均角度误差比优化前至少降低了15.96%和19.87%。搭建二维PIV实验系统,在待测流场中均匀撒入100μm的PSP粒子,进行旋转实验和注水实验,分别模拟涡流场和射流场,所提出的优化算法可以获得与常见算法流形一致的速度场。

关键词：粒子图像测速光流法均方根误差平均角度误差图像插值流体测量速度场重建

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微小口径涡街流量计设计与测量特性研究

电子测量与仪器学报 2024年

作者：吴奕瑶谢代梁刘铁军徐雅黄震威中国计量大学计量测试与仪器学院浙江省流量计量技术研究重点实验室

涡街流量计是基于流体振荡原理对流量进行测量的流量计，但在低流速下输出的信号很微弱，在实际测量过程中会叠加各种现场产生的噪音。并且目前工业上使用小口径涡街流量计在小流量工况下存在测量局限性，一般最小口径仅到DN15。针对目... 详细信息

涡街流量计是基于流体振荡原理对流量进行测量的流量计，但在低流速下输出的信号很微弱，在实际测量过程中会叠加各种现场产生的噪音。并且目前工业上使用小口径涡街流量计在小流量工况下存在测量局限性，一般最小口径仅到DN15。针对目前涡街流量计存在的问题对DN10及以下的微小口径涡街流量计结构及参数进行研究，以满足工业上的测量新需求。基于模拟仿真计算平台，建立不同尺寸参数的微小口径涡街流量计数值计算模型并进行仿真计算，提出优化的涡街流量计结构尺寸。通过对不同压力监测点的压力波动强度及频率的研究，分析传感器的最佳布置位置。最后以电磁流量计为标准表对所研制的微小口径涡街流量计在微量程段进行了测试，对该被检流量计的误差、精度等参数进行实验，同时对雷诺数与斯特劳哈尔数之间的关系及仪表系数进行分析，结果表明，仿真所获的测量特性与实验测得的特性具有较好的一致性，且该微小口径涡街流量计相对误差优于0.5%，重复性等指标能够满足微量程段内的测量标准。

关键词：涡街流量计卡门涡街流道结构数值仿真 Fluent 微小口径取压位置频谱分析