CN1731143A

CN1731143A - 一种多相流体中分散相含量的检测方法和装置

Info

Publication number: CN1731143A
Application number: CN 200510060273
Authority: CN
Inventors: 阳永荣; 王靖岱; 黄正梁
Original assignee: 阳永荣
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2006-02-08

Abstract

本发明公开了一种多相流体中分散相含量的检测方法和装置，方法包括以下步骤：(1)在多相流体中设置振动信号接收装置；(2)接受多相流体运动过程中产生的振动信号；(3)根据需要对振动信号进行放大；(4)分析接受到的振动信号，选取相应频段的能量数据或者其组合作为特征变量；(5)通过特征变量进行分析计算，确定分散相的含量。装置包括振动信号的接受装置、放大装置、信号采集装置、信号处理装置，这些装置依次连接。本发明适用于气固体系、液固体系、气液体系、气液固体系等多相体系以及有化学反应发生的多相流动体系。本发明具有简易快捷、安全环保、实时在线的特点，能方便地测量多相流体中分散相的含量。

Description

一种多相流体中分散相含量的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种检测方法，尤其涉及多相流体中分散相含量的检测以及根据该检测方法设计的装置。

背景技术

现有的测量多相流体中分散相含量的方法有：电容法、光纤传感法、放射性法、超声波法、微波法等。电容法的原理是：当流体通过电容极板间形成的敏感电场时，分散相含量的变化将引起流体等效介电常数的变化，从而引起电极间电容值的变化。光纤传感法通过检测光通量的改变来测量分散相的含量。放射性法根据射线衰减原理进行分散相含量的测量。超声波法根据超声波衰减原理进行分散相含量的测量。微波法根据微波衰减原理进行分散相含量的测量。

上述测量方法在实际工业应用过程中存在以下不足：

1)电容法需要外加电容极板形成敏感电场，不仅安装使用不方便，而且会造成安全隐患；

2)光纤传感法的传感器是插入式的，安装时要在被测量装置壁面上打孔，不仅不方便，而且可能影响内部的流场，对系统内部的流动和反应造成一定的影响；

3)放射性法、超声波法、微波法等都需要发射源。不仅存在安全隐患，而且会对被测量装置内部的流动或反应造成一定的影响；

4)放射性法使用过程中发出的放射性射线会对人体产生危害；

5)微波法的测量精度与介质的性质有很大关系，对极性大的物质很敏感，对极性小的物质不敏感。因此，它的应用受到限制。

上述多相流体中分散相含量的检测方法存在各种各样的问题。因此，开发一种新的、灵敏的、简易快捷的、安全环保的多相流体中分散相含量的检测方法具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种多相流体中分散相含量的检测方法，该方法利用多相流体自身产生的振动信号进行测量分析，方法简便，应用范围广。

本发明还提供一种根据上述方法设计的多相流体中分散相含量的检测装置，该装置操作方便、检测精度高。

本发明方法包括以下步骤：

(1)在多相流体中设置振动信号接收装置；

(2)接受多相流体运动过程中产生的振动信号；

(3)根据需要对振动信号进行放大；

(4)分析接受到的振动信号，把振动信号按频率分解，选取振动信号的频率、能量、各频率段的能量分率，选取相应频段的能量数据或者其组合作为特征变量；

(5)通过特征变量进行分析计算，确定分散相的含量。

把振动信号在全频率范围上按频率进行分解，可分频段数为1～512个，各个频段的能量分率可以根据需要进行加和。所选取的特征变量，与多相流的性质和分散相的含量相关。不同场和、不同物料可选取特定频段的能量分率、能量分率之和或者总能量与分散相含量关联，也可将其组合与分散相含量关联，例如：

在液固搅拌釜中，对采集到的振动信号进行8频段分解，把第4、5、6等三个频段的能量分率之和与总能量的乘积E作为特征变量与固相含量C进行关联，可以得到

E＝k₁C+k₂

其中，k₁、k₂是待定参数。

为实施本发明方法所设计的一套专用检测装置，包括振动信号的接受装置、信号采集装置、信号处理装置，振动信号接受装置的输出端与信号采集装置的输入端连接；信号采集装置的输出端与信号处理装置的输入端连接；信号处理装置的输出端与显示装置的输入端连接；所述的振动信号的接受装置为一个或多个振动换能器；信号采集装置为一个或多个信号采集卡；信号处理装置为带处理软件的处理器。

所述的振动信号的接受装置的信号输出端与信号放大装置的输入端连接，信号放大装置的输出端与信号采集装置的输入端连接，所述的信号放大装置为一个或多个信号放大器。该放大装置可以根据实际需要选择是否使用。

振动信号接受装置的接受频率范围为0Hz～100MHz，放大装置和信号采集装置放大范围为1～10000。其中接受频率范围以20Hz～1MHz为佳，信号放大范围以1～100倍为佳。

本发明适用的多相流动体系包括：气固体系、液固体系、气液体系、气液固体系。

本发明不仅适用于多相流体运动情况下分散相含量的测量，而且适用于有化学反应发生的多相流动体系中分散相含量的测量。

本发明与现有的方法相比具有如下一些优点：

1)振动接受装置是非插入式的，安装简易方便，不会影响多相流体的运动或内部的反应；

2)不需要发射源。振动信号是流体运动过程中产生的，安全环保；

3)对测量条件要求低，能在比较恶劣的环境下全天候工作，即使在高温高压等苛刻环境下仍能正常工作；

4)反应灵敏，测量误差小，适用面广。

附图说明

图1为本发明的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

采用如图1所示的装置，在搅拌釜中，对水和沙子组成的液固两相体系中的沙子浓度进行测量。沙子的浓度范围为0～400g/ml，通过搅拌使两相混合运动。在液固两相体系中设置多个信号采集卡，测量流体运动产生的振动信号，接收的振动信号频率为0Hz～30kHz。首先把采集的振动信号进行放大，放大倍率为10，并分解成8个频段，如表1所示；再把第4、5、6等三个频段的能量分率之和与总能量的乘积，如表2所示；作为特征变量与沙子浓度进行关联，得到沙子浓度的计算公式如下：

C_{s} = \frac{E - (0.057 N^{3} - 73.637 N^{2} + 31608.8 N - 4500598)}{0.00696 N^{3} - 9.2 N^{2} + 4559 N - 681004}

其中N为搅拌转速，E是振动信号的能量，C_S是沙子的浓度。计算值与实验值的平均偏差为7.82％。

表1振动信号的8频段分解示意图

频段	1	2	3	4	5	6	7	8
频段	1	2	3	4	5	6	7	8	频率范围(Hz)	15000～30000	7500～15000	3750～7500	1875～3750	938～1875	469～938	235～469	0～235

表2第4、5、6三个频段的振动能量值之和

		N(r/min)
		N(r/min)					E(V²)	C(g/ml)	350	400	450	500	550
0	3299.6	7265.9	6877.9	23447.4	99866.8			C(g/ml)	350	400	450	500	550
0	3299.6	7265.9	6877.9	23447.4	99866.8	0.1		16134.0	27313.7	22006.7	33829.2	111314.7
0.2	39018.7	33502.6	38070.5	60895.7	136111.2	0.1		16134.0	27313.7	22006.7	33829.2	111314.7
0.2	39018.7	33502.6	38070.5	60895.7	136111.2	0.3		33348.3	408750.3	50394.5	72207.2	153739.5
0.4	26788.5	58556.5	63653.3	88624.2	179524.9	0.3		33348.3	408750.3	50394.5	72207.2	153739.5

实施例2：

采用如图1所示的装置，在鼓泡塔中，对水和空气组成的气液两相体系中的气含量进行测量。水中的气含量通过进气速率控制，在气液两相体系中设置振动信号检测器，测量流体运动产生的振动信号，接收的振动信号频率为0Hz～100MHz。把采集的振动信号分解成16个频段，再把几个不同频段的能量分率之和作为特征变量与气含量进行关联，从而确定水中的气含量。

实施例3：

采用如图1所示的装置，在气固两相流化床中测量固体颗粒的含量。其中床径150mm，床高1m，固体颗粒为聚乙烯，空气速度0.6m/s。在气固两相体系中设置多个振动信号采集器，测量流体运动产生的振动信号，接收的振动信号频率为0Hz～100MHz。把采集到的振动信号的能量与聚乙烯的含量进行关联，从而确定流化床中聚乙烯的含量。

实施例4：

采用如图1所示的装置，在工业本体法聚丙烯装置中测量聚丙烯的含量。其中液体丙烯为连续相，聚丙烯为分散相，测量的时候装置内发生聚合反应。在液固两相体系中设置多个振动信号采集器，测量流体运动产生的振动信号，接收的振动信号频率为0Hz～500kHz。首先把采集的振动信号分解成512个频段，再把几个不同频段的能量分率之和与总能量的乘积作为特征变量与聚丙烯浓度进行关联，从而确定体系中聚丙烯的浓度。

实施例5：

采用如图1所示的装置，在鼓泡塔中，对水、空气和沙子组成的气液固三相体系中的固相含量进行测量。水中的气含量通过进气速率控制，固相含量通过加入的沙子量控制。在气液固三相体系中设置多个振动信号采集器，测量流体运动产生的振动信号，接收的振动信号频率为0Hz～500kHz。首先把采集的振动信号分解成8个频段，再把几个不同频段的能量分率之和与总能量的乘积作为特征变量与沙子浓度进行关联，从而确定体系中沙子的浓度。

实施例6：

采用如图1所示的装置，在管道气相输送聚乙烯的过程中，对流体中聚乙烯的含量进行测量。管道直径30mm，长1.5m；输送速度从0.1m/s～0.8m/s；固相含量0～10g/ml。在液固两相体系中设置多个振动信号采集器，测量流体运动产生的振动信号，接收的振动信号频率为0Hz～500kHz。把采集的振动信号的频率和振幅作为特征变量与聚乙烯的含量进行关联，从而确定聚乙烯的含量。

Claims

1.一种多相流体中分散相含量的检测方法，其方法包括以下步骤：

(1)多相流体中设置振动信号接收装置；

(2)接受多相流体运动过程中产生的振动信号；

(3)根据需要对振动信号进行放大；

(5)通过特征变量进行分析计算，确定分散相的含量。

2.如权利要求1所述的多相流体中分散相含量的检测方法，其特征在于：所述的把振动信号按频率分解，所分的频段数为1～512个。

3.如权利要求1所述的多相流体中分散相含量的检测方法，其特征在于：所述的多相流体中有化学反应进行。

4.一种多相流体中分散相含量的检测装置，包括振动信号接收装置、信号采集装置、信号处理装置和输出显示装置，其特征在于：振动信号接受装置的输出端与信号采集装置的输入端连接；信号采集装置的输出端与信号处理装置的输入端连接；信号处理装置的输出端与显示装置的输入端连接；所述的振动信号的接受装置为一个或多个振动换能器；信号采集装置为一个或多个信号采集卡；信号处理装置为带处理软件的处理器。

5.如权利要求4所述的多相流体中分散相含量的检测装置，其特征在于：所述的振动信号的接受装置的信号输出端与信号放大装置的输入端连接，信号放大装置的输出端与信号采集装置的输入端连接，所述的信号放大装置为一个或多个信号放大器。

6.如权利要求4或5所述的多相流体中分散相含量的检测装置，其特征在于：所述的振动信号接收装置和信号采集装置分别为一个或多个并联之后再与下级装置串连。

7.如权利要求5所述的多相流体中分散相含量的检测装置，其特征在于：所述的信号放大装置和信号采集装置为一个或多个并联之后再与下级装置串连。

8.如权利要求1所述的多相流体中分散相含量的检测方法，其特征在于：所述的振动信号为0Hz～100MHz。