CN116539473A - 一种利用旋进漩涡mems三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法 - Google Patents
一种利用旋进漩涡mems三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116539473A CN116539473A CN202310260785.5A CN202310260785A CN116539473A CN 116539473 A CN116539473 A CN 116539473A CN 202310260785 A CN202310260785 A CN 202310260785A CN 116539473 A CN116539473 A CN 116539473A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acceleration vector
- vector module
- module value
- acceleration
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 134
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 29
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 23
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 13
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 8
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 8
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 6
- 238000004141 dimensional analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 61
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 241000234435 Lilium Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000007425 progressive decline Effects 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N7/00—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
本发明公开一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，包括以下步骤：利用基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计进行管道干气和湿气流量测量，采集三轴加速度传感器各轴上的电信号输出，消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压；将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴的电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号，并进行矢量合成，得到干气和湿气加速度矢量模值；利用干气加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起干气加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系；对湿气加速度矢量模值用对应干气工况下的加速度矢量模值进行无量纲化；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量。
Description
技术领域
本发明属于流量测量技术领域，涉及一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法。
背景技术
湿气两相流广泛存在于石油、天然气、发电、航空航天等领域，一般是指体积含气率大于95％或Lockhart-Martinelli参数不超过0.3的气液两相流。美国石油学会(API)定义的三种湿气类型中，第I类湿气是指Lockhart-Martinelli参数不超过0.02，或液相体积含率(LVF)小于0.5％的超低含液率湿气。在中国，第I类湿气通常存在于低渗透气田井口产出气中，一般使用旋进漩涡流量计等单相气体流量计直接计量并不修正。旋进漩涡流量计作为一种速度式流量计，采用先进的微处理技术，具有功能强、流量范围宽、操作维修简单、安装使用方便等优点，广泛应用于石油、化工、电力、冶金、城市供气等行业。
旋进漩涡流量计根据强迫振动的漩涡进动原理实现流量的测量，在单相气体测量中，漩涡进动频率与气体流量呈较好的线性相关性。但是当旋进漩涡流量计应用于湿气流量测量时，受到气相中液相夹带的影响，漩涡进动频率一般会随着液相体积含率的增大而降低，导致预测的气相流量普遍偏低；液相还将会影响旋进漩涡的进动特性，破坏旋进气核的稳定性，进而影响流量测量结果的可靠性。为此，国内外学者在湿气旋进漩涡流量测量方面做了许多尝试。如文献[1]Hua等人在研究低压湿气中旋进漩涡流量计的测量特性时，发现旋进漩涡的“虚低现象”，即当气相中存在夹带液滴时，气体流量读数容易出现负偏差，且当洛马参数XLM大于一定程度时(XLM>0.12)，漩涡进动消失。随后，文献[2]Hua和Geng利用湿气漩涡进动频率的虚低特征，将旋进漩涡流量计与槽式孔板流量计串联，对液相体积含率在0.8％以内的湿气进行了研究，并提出了湿气流量计量模型。文献[3]徐英等人通过在旋进漩涡流量计两端并联差压变送器发现体积含液率大于0.50％时，漩涡的进动信号遭到破坏，测量结果失真。通过增加幂指数形式的无量纲湿气修正项的方法，建立了频率和压降参数的对偶模型，使旋进漩涡流量计的湿气测量能力得到了进一步提升。专利CN 216081610U为测量水蒸汽和天然气混合流量，在旋进漩涡流量计的流体流动腔内沿流体的流动方向增设一个压力传感器，并在两个压力传感器之间设置节流件使得节流件的上下游产生差压，通过两个压力传感器来检测节流件上下游的压力处理后得到差压，通过进动频率检测元件检测得到流体的体积流量，流量积算仪根据传感器采集到压力、温度、差压、体积流量等参数可以计算出混合的多相流中各组分各自的流量，上述进动频率检测元件为压电晶体，且结构复杂，所需传感器较多，成本较高。
上述研究成果均基于漩涡进动信号的频率展开，对漩涡进动加速度的研究较少，但漩涡进动加速度同样可以用于建立与被测流体流量之间的关系。现有旋进漩涡流量计普遍使用压电传感器，而随着微机电系统(MEMS)技术的快速发展，MEMS三轴加速度传感技术的广泛运用为漩涡进动信号检测提供了新的可能。使用三轴加速度传感器代替传统的压电传感器可以获取各轴向上的流体加速度等信息，为湿气两相流进动漩涡中加速度信号幅值和液相含率关系的深入分析提供新的支持。
[1]Chenquan Hua,Yanfeng Geng.Investigation on the swirlmeterperformance in low pressurewet gas flow[J].Measurement,2011,44(5).
[2]Chenquan Hua,Yanfeng Geng.Wet gas metering technique based onslotted orifice andswirlmeter in series[J].Flow Measurement andInstrumentation,2013,30:138-143.
[3]徐英，王森菱，张涛，刘烨，巴玺立.基于对偶模型的超低含液率湿气双参数测量方法
[J].天津大学学报,2022,55(07):665-671.
发明内容
本发明的目的是为了填补现有技术中的空缺，提供一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计，流量计喉部安装有温压一体式传感器；通过旋进漩涡流量计进行管道流量测量时，三轴加速度传感器中，与流体方向一致的定义为流体主冲击轴；与插入管道方向一致的定义为辅助测量轴；垂直于流体方向与插入方向所组成平面的定义为旋进漩涡敏感轴，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过温压一体式传感器采集实验管道压力、温度，通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，并消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压；
(2)将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；
(3)将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到其加速度矢量模值；
(4)根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系；
(5)重复步骤(1)-(3)进行湿气气液两相流流量测量实验，提取湿气的加速度矢量模值；对湿气加速度矢量模值用对应的单相气体加速度矢量模值进行无量纲化；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量。
进一步地，步骤(1)-(3)中通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压，并将各轴上的电信号输出转换为对应的三轴加速度信号，最后进行矢量合成得到加速度矢量模值，具体公式如下：
式中，ai为各轴上的加速度信号，g；Ui为各轴上的输出电压信号，V；Sg为加速度传感器芯片的灵敏度，V/g；U0为加速度传感器芯片的重力偏置电压，V；为加速度矢量模值，g。
步骤(4)中根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系，具体公式如下：
式中，为单相气体工况下的加速度矢量模值，g；Qg为气体体积流量，m3/h；ξ为表征气体流量的无量纲参数。
步骤(5)中进行湿气气液两相流流量测量实验，提取湿气的加速度矢量模值，对湿气加速度矢量模值用对应的单相气体加速度矢量模值进行无量纲化，具体公式如下：
式中，A*为无量纲加速度矢量模值；为湿气工况下的加速度矢量模值，g。
基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量，具体公式如下：
A*～f(ζ)～f(LVF)
式中，ζ为表征湿气液相体积含率的无量纲参数；LVF为湿气液相体积含率。
本发明还提供一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法装置，包括：
三轴加速度传感器结合压力温度一体化传感器，用于测量管道流量；
电源模块，电源模块上设置有直流偏置电压输出端，用于滤除由地球重力加速度引起的重力偏置电压；
计算单元，用于将三轴加速度传感器内不同轴的电输出信号通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；并将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到其加速度矢量模值；
湿气流量求解单元，用于求解通过量纲分析法建立的旋进漩涡湿气相含率预测模型。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述湿气相含率测量方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述湿气相含率测量方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明方法使用MEMS三轴加速度传感技术，能够采集管道流体在三个轴向上的旋进漩涡信号，实现对三个轴向上的流体加速度信号的幅值与频率的提取，可实现对传统压电陶瓷晶体技术的替代，并推广湿气流量测量的应用领域。
2.本发明方法引入了新的湿气测量方法，利用MEMS三轴加速度传感技术采集到的旋进漩涡进动信号，获取三维流体加速度矢量模值信息，实现对于湿气相含率的测量；且得到的加速度矢量模值信息测量范围宽，测量精度高，随湿气液相含率变化规律性强，能够准确地反映湿气中液相含率的变化。
3.本发明方法仅依靠单个旋进漩涡流量计与单支MEMS三轴加速传感器实现了湿气相含率的测量，无需再借助外部系统如差压传感器等，为旋进漩涡流量计湿气测量提供了一种全新的测量方法。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的三轴加速度传感器在管道中安装位置示意图；
图3为本发明实施例提供的无量纲加速度矢量模值与液相体积含率关系曲线图；
图4为本发明所提出的基于无量纲加速度矢量模值的液相体积含率模型的拟合相对误差。
附图标记：1-起旋器；2-旋进漩涡流量计；3-解旋器；4-三轴加速度传感器；5-辅助测量轴；6-流体主冲击轴；7-旋进漩涡敏感轴；8-温压一体式传感器
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计，见图2，旋进漩涡流量计2的前后两端设有起旋器1和解旋器3，旋进漩涡流量计2上安装有三轴加速度传感器4，通过旋进漩涡流量计2进行管道流量测量时，在三轴加速度传感器4中，与流体方向一致的定义为流体主冲击轴6；与插入管道方向一致的定义为辅助测量轴5；垂直于流体方向与插入方向所组成平面的定义为旋进漩涡敏感轴7；流量计喉部安装有温压一体式传感器8。通过旋进漩涡流量计进行管道湿气流量测量过程见图1，具体包括以下步骤：
1)通过温压一体式传感器8采集实验管道压力P、温度T，通过旋进漩涡流量计进行湿气气液两相流量测量，采集三轴电信号输出，消除辅助测量轴5(Y轴)输出信号中的重力偏置电压；
2)将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；
3)将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到单相气体加速度矢量模值特性
4)根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量Qg之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值/>与单相气体无量纲弗罗德数Frg之间的拟合关系；
5)重复步骤(1)-(3)进行湿气测量实验，提取湿气的加速度矢量模值对湿气加速度矢量模值/>用对应单相气体工况下的加速度矢量模值/>进行无量纲化，得到无量纲加速度矢量模值A*；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值A*建立湿气液相体积含率LVF的计量模型，实现对湿气相含率的测量。
本实施例中，将封装有三轴加速度传感器4的探头安装于带有起旋器1和解旋器3的旋进漩涡流量计中，其中旋进漩涡流量计2的表体类似于文丘里管。流量计喉部安装有温压一体式传感器8。三轴加速度传感器4用于检测旋进漩涡流量计2中流体经喉部到达扩张段产生的旋进漩涡进动频率信号。三轴加速度传感器4具有三个轴向，故其具有测量管道流体三维加速度的能力，其中与流体方向一致的为流体主冲击轴6，与探头插入方向一致的为辅助测量轴5，垂直于流体方向与探头插入方向所组成平面的为旋进漩涡敏感轴7。分别进行气体流量实验以及湿气实验。此外三轴加速度传感器内设置有电源模块，电源模块上设置有直流偏置电压输出端，用于滤除由地球重力加速度引起的重力偏置电压。
实验结果如图3所示。由图3可以发现：已知气相体积流量Qg时，在LVF为0.02～0.1％范围内，随着LVF的不断增加，湿气无量纲加速度模值A*不断衰减，且衰减速率起初较为明显，之后不断减小，在LVF大于0.1％后，无量纲加速度模值A*衰减的速率明显变缓，变化趋势不再明显。加速度矢量模值是涡动能的函数，这种衰减现象进一步说明了液相的存在将阻碍漩涡的进动产生，因为液滴-涡相互作用会导致旋进漩涡强度不断减弱。
因此，无量纲加速度模值信号A*可以用于反映旋进漩涡流量计中湿气两相流中液相的含率与流量。通过量纲分析法，结合单相气体实验数据，建立纯气相工况下气相弗罗德数Frg与单相气体加速度矢量模值之间的拟合关系，式中d1、d2、d3、d4为拟合系数。通过最小二乘法拟合，可以得到d1＝0.808,d2＝3.03,d3＝-1.748,d4＝0.288。
湿气工况下的加速度矢量模值可以使用对应的单相气体加速度矢量模值/>进行无量纲化，该无量纲值A*可以用于反映旋进漩涡流量计中湿气两相流中液相的含率与流量，具体可表示为，式中e1、e2、e3、e4为拟合系数；Frg为无量纲的气相弗罗德数；XLM为无量纲Lockhart-Martinelli参数。
将湿气测量时的标准流量计示值计算得到的气相弗罗德数和无量纲Lockhart-Martinelli参数以及三轴加速度传感器输出信号处理后得到的无量纲加速度模值代入上述计量模型，通过最小二乘法拟合，得到的一组拟合系数为e1＝0.1134,e2＝-233.5,e3＝1.493,e4＝0.967(LVF≤0.1％)。基于三轴加速度传感器加速度模值的湿气液相体积含率的拟合误差如图4所示，拟合的相对误差整体处于20％以内，在置信概率区间下LVF的相对误差为±16.35％(Pc＝95％，δ＝±1.96σ)表明该模型拟合精度较好。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的湿气流量测量方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(Communications Interface)和总线；
其中，处理器、存储器、通信接口通过总线完成相互间的通信；通信接口用于实现服务器端设备、计量设备以及用户端设备等相关设备之间的信息传输。
处理器用于调用存储器中的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的湿气流量测量方法中的全部步骤。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的湿气流量测量方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的湿气流量测量方法的全部步骤，
虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计，流量计喉部安装有温压一体式传感器；通过旋进漩涡流量计进行管道流量测量时，三轴加速度传感器中，与流体方向一致的定义为流体主冲击轴；与插入管道方向一致的定义为辅助测量轴；垂直于流体方向与插入方向所组成平面的定义为旋进漩涡敏感轴，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过温压一体式传感器采集实验管道压力、温度，通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，并消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压；
(2)将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；
(3)将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到其加速度矢量模值；
(4)根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系；
(5)重复步骤(1)-(3)进行湿气气液两相流流量测量实验，提取湿气的加速度矢量模值；对湿气加速度矢量模值用对应的单相气体加速度矢量模值进行无量纲化；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量。
2.根据权利要求1所述一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，步骤(1)-(3)中通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压，并将各轴上的电信号输出转换为对应的三轴加速度信号，最后进行矢量合成得到加速度矢量模值，具体公式如下：
式中，ai为各轴上的加速度信号，g；Ui为各轴上的输出电压信号，V；Sg为加速度传感器芯片的灵敏度，V/g；U0为加速度传感器芯片的重力偏置电压，V；为加速度矢量模值，g。
3.根据权利要求1所述一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，步骤(4)中根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系，具体公式如下：
式中，为单相气体工况下的加速度矢量模值，g；Qg为气体体积流量，m3/h；ξ为表征气体流量的无量纲参数。
4.根据权利要求1所述一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，步骤(5)中进行湿气气液两相流流量测量实验，提取湿气的加速度矢量模值，对湿气加速度矢量模值用对应的单相气体加速度矢量模值进行无量纲化，具体公式如下：
式中，A*为无量纲加速度矢量模值；为湿气工况下的加速度矢量模值，g。
5.根据权利要求1所述一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，步骤(5)中基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量，具体公式如下：
A*～f(ζ)～f(LVF)
式中，ζ为表征湿气液相体积含率的无量纲参数；LVF为湿气液相体积含率。
6.一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法装置，其特征在于，包括：
三轴加速度传感器结合压力温度一体化传感器，用于测量管道流量；
电源模块，电源模块上设置有直流偏置电压输出端，用于滤除由地球重力加速度引起的重力偏置电压；
计算单元，用于将三轴加速度传感器内不同轴的电输出信号通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；并将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到其加速度矢量模值；
湿气流量求解单元，用于求解通过量纲分析法建立的旋进漩涡湿气相含率预测模型。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一项所述旋进漩涡湿气相含率测量方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述旋进漩涡湿气相含率测量方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310260785.5A CN116539473A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种利用旋进漩涡mems三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310260785.5A CN116539473A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种利用旋进漩涡mems三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116539473A true CN116539473A (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=87454895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310260785.5A Pending CN116539473A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种利用旋进漩涡mems三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116539473A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050188771A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Roxar Flow Measurement As | Flow meter |
| CN2795819Y (zh) * | 2005-05-20 | 2006-07-12 | 吕海东 | 一种旋进漩涡流量传感器 |
| US20090105969A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-23 | Saylor David J | Method and Device for the Assessment of Fluid Collection Networks |
| CN104266702A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-07 | 西安交通大学 | 多相湿气流流量与相含率在线测量方法及装置 |
| CN111351541A (zh) * | 2020-02-12 | 2020-06-30 | 清华大学深圳国际研究生院 | 基于界面波和差压流量计的气液两相流流量测量方法 |
| CN114777855A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-07-22 | 中国民航大学 | 基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法 |
| CN114993392A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-09-02 | 中国民航大学 | 基于加速度幅值建模的涡街湿气流量测量方法 |
| CN115790736A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-14 | 天津大学 | 一种用于检测旋进漩涡频率信号的传感器 |
-
2023
- 2023-03-17 CN CN202310260785.5A patent/CN116539473A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050188771A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Roxar Flow Measurement As | Flow meter |
| CN2795819Y (zh) * | 2005-05-20 | 2006-07-12 | 吕海东 | 一种旋进漩涡流量传感器 |
| US20090105969A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-23 | Saylor David J | Method and Device for the Assessment of Fluid Collection Networks |
| CN104266702A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-07 | 西安交通大学 | 多相湿气流流量与相含率在线测量方法及装置 |
| CN111351541A (zh) * | 2020-02-12 | 2020-06-30 | 清华大学深圳国际研究生院 | 基于界面波和差压流量计的气液两相流流量测量方法 |
| CN114777855A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-07-22 | 中国民航大学 | 基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法 |
| CN114993392A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-09-02 | 中国民航大学 | 基于加速度幅值建模的涡街湿气流量测量方法 |
| CN115790736A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-14 | 天津大学 | 一种用于检测旋进漩涡频率信号的传感器 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| YING XU ET AL: "Measurement method of wet gas two-phase flow rate based on the main frequency and the modulus of vector acceleration of swirl flowmeter", 《MEASUREMENT》, 4 September 2023 (2023-09-04) * |
| 刘文思: "槽式孔板和旋进漩涡的低含液率两相流测量特性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, 15 March 2010 (2010-03-15) * |
| 徐英;蒋荣;张涛;袁超;陈吴晓;吴海涛;: "基于文丘里流量传感器的湿气两相流量模型研究", 传感器与微系统, no. 05, 12 May 2016 (2016-05-12) * |
| 徐英等: "基于对偶模型的超低含液率湿气双参数测量方法", 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》, 31 July 2022 (2022-07-31) * |
| 王晓智;耿艳峰;华陈权;张晶;叶露;: "基于槽式孔板和旋进漩涡流量计的湿气计量研究", 中国海上油气, no. 03, 15 June 2013 (2013-06-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pankanin | The vortex flowmeter: various methods of investigating phenomena | |
| CN115824324A (zh) | 一种基于旋进旋涡mems检测技术的湿气流量测量方法 | |
| CN1718999B (zh) | 一种气液两相流中含气率的检测方法 | |
| CN114777855B (zh) | 基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法 | |
| Li et al. | EMD and spectrum-centrobaric-correction-based analysis of vortex street characteristics in mist annular flow of wet gas | |
| CN110186522A (zh) | 结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法 | |
| CN105181031A (zh) | 一种基于多传感器信息融合的涡街流量计 | |
| CN104729591A (zh) | 一种基于数据替换的涡街流量计抗低频强瞬态冲击振动的信号处理方法 | |
| Kurian et al. | Boundary layer receptivity to free-stream turbulence and surface roughness over a swept flat plate | |
| CN110186521A (zh) | 基于小波脊特征提取的涡街湿气过读补偿与流量测量方法 | |
| CN108709594A (zh) | 一种气体流量计及气体流量测量方法 | |
| CN116539473A (zh) | 一种利用旋进漩涡mems三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法 | |
| Xu et al. | A detection method for vortex precession frequency based on MEMS three-axis acceleration sensor | |
| CN117029946A (zh) | 一种基于mems三轴加速度传感器的双参数湿气气液两相流量测量方法 | |
| CN117073772A (zh) | 一种利用旋进漩涡的mems三轴加速度频率信息测量湿气气相流量的方法 | |
| CN114993392B (zh) | 基于加速度幅值建模的涡街湿气流量测量方法 | |
| Sun | Design and performance of the converging-diverging vortex flowmeter | |
| Delhaye et al. | Enhanced performance of fast-response 3-hole wedge probes for transonic flows in axial turbomachinery | |
| Xu et al. | Using three-axis acceleration sensor to measure the frequency of the precession vortex signal | |
| CN209470741U (zh) | 基于谐振和差压测量的湿气流量计 | |
| CN204514403U (zh) | 一种差压涡街质量流量计 | |
| Khor et al. | Global frequency selection in the observed time-mean wakes of circular cylinders | |
| CN208350144U (zh) | 一种气体流量计 | |
| Sun et al. | Signal analysis of vortex flow field in mist flow using transient pressure sensor array | |
| Musić et al. | A new approach to detection of vortices using ultrasound |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |