氣固兩相流流速測量系統

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氣固兩相流流速測量系統

試驗測量測試系統氣固兩相流隨機噪聲信號隨機噪聲信號的自相關分析不同流速下理論值和試驗值的比

2004年9月(2)

 系統的基本工作原理:以正弦激勵信號作為載波,將兩個傳感器變化的信號調制在其幅度上成為一調幅波,分別輸入到儀用放大器的輸入端,經差動放大后,到帶通濾波器(BPF),BPF主要用于減小噪聲有效帶寬度提高信噪比。BPF輸出的調幅波經同步調制解調器解調后,變成全波整流信號,經低通濾波器平均后,可以得到與兩個傳感器信號差成正比的電壓信號。設計完成的電路可以明顯檢測到約0.2 的相對電容變化量。

4試驗測量

4.1測試系統

為了對整套測試系統進行模擬動態試驗,設計了一套動態測試系統以模擬氣固兩相流在垂直段管內的自然流動。將試驗管段垂直置于實驗平臺上,物料將沿管段垂直流動。隨機噪聲信號提取電路將由流體流動引起的電容的隨機變化轉換成電壓信號,通過屏蔽電纜傳輸至數字示波器中,再將采集到的信號通過GPIB總線送到計算機中,對信號進行處理。改變物料下落的高度,產生不同的流速。

4.2 電氣中心距的標定

相關測試系統中,速度 由下式確定:

                  (5)

要計算 必須知道 。 為對傳感器的電氣中心距,希望電氣中心距和幾何中心距相重合,然而在傳感器的制作中,由于工藝的原因,兩電容傳感器幾何尺寸不能完全一致;以及工作原理的原因,電容傳感器中邊緣效應的影響,實際上很難保證幾何中心距和電氣中心距一致,因此必須對電器中心距進行標定。根據計量學的相同性原則,利用自由落體,采用相關分析方法,對已知的速度 進行測量,得到經過兩測點的渡越時間 ,從而確定電氣中心距 。試驗采用的傳感器的等效電氣中心距為4.63(cm)±0.96%。

4.3系統的動態測量

   我們采用了最大粒度小于0.3cm的不規則物料做實驗。讓物料沿管的中軸線自由下落,模擬垂直管段中氣固兩相流的流動。圖4為氣固兩相流隨機噪聲信號,圖5為對隨機信號的相關分析,可以明顯地看到相關后的波形有一負峰值,其歸一的相關值接近-0.6的渡越時間 。用以上的分析方法,用不同的高度產生不同流速的流體,圖6給出了試驗值和基于自由落體的理論值的比較。試驗數據分析表明最大的相對誤差為±1.55%。

圖4 氣固兩相流隨機噪聲信號

 

圖5 隨機噪聲信號的自相關分析

圖6 不同流速下理論值和試驗值的比較

 5 結束語

本文研究了基于差動自相關原理測量流體流速的方法,并且利用電容傳感器模擬氣固兩相流作了相應的試驗研究。理論與實驗分析研究證明:

   ①采用電容傳感器和基于差動原理的平衡調制解調的隨機噪聲信號提取電路,能夠檢測微弱的隨機流動信號,完全可以實用化;

   ② 實驗結果表明,基于差動自相關原理的流速測試系統能達到較高精確度;

   ③基于差動自相關原理的測試系統相對互相關原理有兩個突出的優點:解決了電容傳感器的大初始值問題,提高了整個系統的信噪比;提高了系統的可靠性、抗干擾能力和性價比。

    差動自相關的測量方法不但可以代替系統的互相關速度測量系統,而且在與相含率測量系統結合后,可以廣泛應用于多相流體的流量測量。例如,與電容圖象層析法相結合構成的圖象相關流量測量系統是目前多相流參數檢測的發展方向。

 

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