浅谈高温气冷堆核电站气体湿度监控装置设计

本文描述了高温气冷堆核电站气体湿度监控装置的设计,该装置的组成包括:用于将一回路高温取样气体冷却至一定温度范围内的冷却控制单元;对冷却后的气体进行取样的取样单元;对取样单元内气体湿度进行检测的湿度探测单元。该装置的湿度探测单元包括感湿元件和用于将感湿元件输出信号转为反应堆保护系统可识别信号的信号转换电路,采用纯硬件结构实现湿度信号的采集和转换,满足了安全级设备的可靠性要求,响应速度快且实现放射性气体零排放。

一种测量液膜厚度的超声相控阵实验装置

气液两相流存在于核反应堆蒸发、飞行器冷却、化工生产降膜蒸发等过程,界面波的动态测量对工业过程监控和生产优化具有重要意义。界面波的准确识别与特性参数测量是开展科学研究与工程实践的重要前提。基于超声相控阵测量系统,设计了扇扫的测量方式,可以用于气液界面清晰的流型中液膜厚度和界面波形态三维测量。通过静态标定和圆管验证,确定了像素点和液膜厚度之间的关系,在气相表观流速为0.0719~0.4316 m/s,液相表观流速为0.0567~1.4161 m/s的工况下进行实时动态实验,获得了实时流动过程中较高精度的截面气液相界面信息,并构建了管道内部界面波三维分布形态,为界面波特性研究提供了一种实验参考方法。

孔板流量计取压方式的研究

孔板流量计是一种测量流体流量的差压类流量计,广泛应用于石油、化工、电力等领域。孔板流量计主要的取压方式为法兰取压、角接取压和径距取压,其取压方式是影响测量精度的重要因素之一,现如今没有一个选取取压方式的标准。该文通过实验的方式将孔板流量计分别采用法兰取压、角接取压、径距取压计算得到的流出系数与GB/T2624.2中给出的各种不同取压方式理论流出系数进行比较,由实验结果可知环室角接取压的测量精度最高。通过比较加工精度和现场环境等因素,给出了3种取压方式的适用条件。

基于光栅尺测量的明渠流量计校准装置及其在线校准方法研究

明渠流量计是监测水流量的一种计量器具,广泛应用于各行各业。因其不便拆卸、堰槽设计不规范、校准方法缺失等原因,使得明渠流量计在线溯源成为业内亟需解决的难题。该文开发出一款基于光栅尺测量的明渠流量计校准装置,并应用该装置研究出模拟液位法的明渠流量计在线校准方法。该方法克服了标准液位计法及流速面积法等现有溯源方法存在的不足,具有操作简便、测量准确、模拟水位可调、过程智能化等特点,为明渠流量计在线溯源提供技术支撑。

基于高速摄像法的气液段塞流特性参数测量

在气-液两相段塞流中,液膜段的湿壁分数和弹头倾角是研究气弹段持液率和气弹特性的关键.文章基于光学成像技术设计了高速摄像法的视觉传感器测试系统,实现了气液两相段塞流气弹特性参数测量.基于图像分析技术,优化边缘检测算子,精确定位边缘位置,高质量提取了轮廓分布,将机器学习模型作为预测多相流特征参数的一种新方法,对气弹弹头倾角进行数据建模研究,分析了适用于分层平滑流、波浪和环状流的表观粗糙表面(modified apparent rough surface,MARS)模型以及段塞流气弹区和液膜区流动状态机理,在MARS模型基础上进行了参数优化,使其适用于段塞流液膜处的湿壁分数和持液率求解.结果表明:通过数据拟合的多项式模型弹头倾角α的模型预测结果的平均绝对百分比误差(MAPE)为8.87%,94.6%预测结果处于相对误差±20%的范围内.通过修正MARS模型提出的水平管段塞流液膜处湿壁分数预测结果的MAPE为9.42%,96.1%预测结果处于相对误差±20%的范围内.液膜持液率预测模型结果的MAPE约为8.04%,93.4%预测结果处于相对误差±20%的范围内.

段塞流分相流量的多传感器信息融合测量

气液两相流广泛存在于能源化工领域,由于两相流流动特性复杂多变,为流量准确测量带来了极大困难。为了建立准确的气液两相流量测量模型,针对气液两相段塞流分相流量测量,充分利用声发射传感器捕获气液两相流动噪声的功能和近红外吸收会因介质类别产生较大差异的特性,设计了一种新型测量传感器。在文丘里管的喉管和延伸段分别安装两组声发射探头,并在文丘里管的喉管处安装两组近红外光电探测器。设计了声发射与近红外同步采集系统,以水平管段塞流为实验对象,在河北大学高精度气液两相循环装置上完成了54组段塞流试验的数据采集,并进行融合处理,得到气液两相流特征参数。引入时域分析方法,提取声发射与近红外测量数据的标准差与偏斜度。结合参数拟合方法,建立两相流流量预测模型并进行误差分析。经验证,92.6%的流量预测值的相对偏差在±20%以内。结果表明,基于声发射传感器与近红外传感器的多传感器信息融合方案为气液两相流流动特征参数研究提供了一种新的思路。

基于能量守恒定律对涡轮流量计的脉动误差上限的估算

在管道输运当中,非稳态流会使涡轮流量计的计量结果产生偏差。为了指导脉动流工况下的涡轮流量计选型和修正,需估算脉动工况对涡轮流量计产生的最大脉动误差。忽略流体压力和温度变化影响,基于涡轮流量计的动态特性和能量守恒定律,在一个脉动周期内计算脉动流和定常流对叶轮的做功比值,推导得出正弦脉动流误差上限公式。基于6DOF模型和UDF建立了涡轮流量计CFD仿真模型,搭建了空气流实验平台,以工作级流量标准装置作为标准表,被校表和标准表间采用内置整流器的管段相连。对比定常流下的流量值,计算各脉动工况下的误差限值。综合各脉动工况点,上限公式与CFD仿真所得脉动误差上限的最大差值为0.281%,与空气流实验所得脉动误差上限的最大差值为0.224%。经CFD仿真和空气流实验结果对比验证,脉动误差上限公式较为准确,可以直接用于脉动频率大于10 Hz的工况下误差值的估计和修正。

高精度管道漏风量测试仪的设计及实验研究

现有的国产漏风量测试仪普遍存在测量精度低、自动化水平低的问题,为此,基于漏风量测试仪的原理,开展了漏风量测试仪的结构设计、系统设计及整机实验研究。首先,对漏风量的测量过程、喷嘴流量测量原理进行了研究,推导了喷嘴流量测量公式,并根据相关标准设计了角接取压方式的喷嘴结构,基于仪器操作便捷性要求,对整机结构进行了设计;其次,采用空气密度补偿公式完成了高精度流量自适应测量,设计了基于自锁式电磁阀的换向调零电路,采用换向调零法对压差传感器零点漂移进行了补偿,使用小波阈值去噪算法消除了信号噪声,提高了流量的测量精度;采用抗积分饱和比例积分微分(PID)算法对流量进行了闭环控制;最后,研制了管道漏风量测试仪样机,开展了压差与流量测量精度与重复性实验。实验及研究结果表明:该高精度漏风量测试仪工作状态稳定,压差测量精度为±0.4%,流量测量精度为±2%;该漏风量测试仪的测量精度优于国内同类仪器,符合国家标准要求,具有良好的市场前景。

高精度NiCr/NiSi薄膜热电偶高温测试系统

针对航空发动机涡轮叶片和燃烧室内壁等高温恶劣环境下对温度测量的迫切需求,提出了一种基于薄膜热电偶的高精度测温方法。采用磁控溅射法在SiC衬底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶。完成了薄膜热电偶的设计与制备,并设计了一套高精度温度数据采集系统,主控芯片采用STM32,数据采集芯片采用16位高精度芯片ADS1118,实现了对高温恶劣环境下温度数据的实时采集。结果表明:设计制备的NiCr/NiSi薄膜热电偶能够实现-40~1000℃温度区间稳定测温,高精度测温系统与标准温度测量系统相比误差优于±0.4%,为高温恶劣环境下温度测量提供了有效且可靠的解决方法。

火星探测器进入过程防热层温度测量方法

火星探测器进入过程中的防热层烧蚀温度是防热结构设计和气动热环境辨识的关键参数之一。为了满足防热层温度在轨测量的需求,提出采用柱塞式结构大底分层测温探头和U形结构背罩测温探头,与电缆和多通道温度变换器共同组成温度传感器进行在轨测温的方法。设计内容包括测温探头热电偶元件选取、结构形式和安装方式,以及信号集中放大变换和自动冷端补偿等。开展全量程标定和风洞专项试验验证,证明所设计的温度传感器可以实现1300℃以下烧蚀温度变化全过程测量,测量精度达到0.28%。该温度传感器已在我国首次火星探测任务“天问一号”探测器的着陆巡视器上成功应用,可为进/再入航天器烧蚀温度在轨测量的实施提供借鉴和参考。

指针式压力表测量精度评价及误差来源分析

为了确定指针式压力表在日常使用过程中可能存在的误差及其来源,提高测量结果的准确性,本研究将测量系统分析(MSA)与正交试验设计相结合,应用于压力表的精度评价与误差分析。通过测量数据的重复性和再现性分析,确定系统存在一定误差。采用正交试验设计的方法进一步探究误差来源,通过改变测量人员、水平读数角度、垂向读数角度进行试验,结果表明,测量人员对测量结果影响较大,其次是水平读数角度,垂向读数角度影响最小。针对压力表的误差来源,提出应规范操作流程和正确安装压力表位置以减小测量误差。

科里奥利质量流量计拾振器的优化分析

针对拾振器质量对仪表产生的影响进行有限元仿真,结果表明,拾振器质量增加会导致测量管谐振频率降低,且拾振器质量分布不均会导致测量管谐振频率发生变化。为了减小拾振器质量对测量管的影响,设计了由环氧覆铜板组成的电容传感器作为拾振器,实现轻质量附加、非接触及宽频响振动感测,并进行了有限元分析与试验。结果表明,轻量级电容拾振器可提高测量管的谐振频率,增强抑制零点漂移的能力,可以更快、更稳定地响应流体下限质量流量的变化,为科氏质量流量计的生产研究提供一种可行的技术方案。

基于峰值比拟合匹配的时差式气体超声波流量计

时差式气体超声波流量计的回波信号在气体中传播时能量衰减严重,且存在着不同程度的幅值晃动问题。因此如何在幅值晃动的气体回波信号中确定特征点,以准确测量回波信号渡越时间及其顺、逆流渡越时间差,是当前时差式气体超声波流量计信号处理方法的主要研究热点。该文基于超声回波信号的数学模型,研究构建了一种基于峰值比拟合匹配的信号处理方法,利用拟合指标来筛选符合匹配条件的波形。并且通过实际数据验证了该方法的有效性和优越性。

基于断面水边线定向的视频测流摄像机标定

针对现有基于直接线性变化法(DLT)的图像法测流技术依赖于地面控制点,存在效率低、风险高、宽断面天然河流操作难度大等问题,该文提出一种基于断面水边线定向的摄像机姿态角标定方法(CSWO)。该方法将标定过程分解为实验室内参标定和现场外参标定两步,其中后者又被划分为摄像机定位和定向两个环节。定向环节中首先在摄像机安装时将光轴与断面方向对齐,使方位角置零。然后利用无畸变图像中人工标注的平直断面水边线的斜率计算出横滚角。接下来通过计算水边线与图像纵轴交点作为其亚像素像方坐标。最后依据透视投影成像模型,联合水位与插值断面高程求得的物方坐标解算出俯仰角。该方法应用于时空图像测速法(STIV),实现了200 m宽河流的免像控表面流速测量。结果表明:起点距的最大绝对误差为0.59 m,最大相对误差为0.45%,表面流速的最大相对误差小于6.3%。

基于冗余关系分析的传感器自诊断设计方法研究

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计关系模型,借助自编码器提取传感器数据特征并将其编码为二进制形式。在同时考虑传感器测量数据统计独立和统计相关两种情况下,在有参考值时,通过引入故障检测概率和误检概率建立了独立统计模型实现传感器的故障自诊断;在无参考值情况下,借助高斯Copula函数建立多元统计依赖模型评估参数之间的相关性,并利用贝叶斯理论在不依赖参考值的情况下自学习获取传感器的健康状况。本研究以镍闪速炉系统为例,两种模式下测量系统中健康传感器的故障检测后验概率达到了0.92,即故障统计模型的参数与建模期望相符。实验结果表明,所提方法在两种模式下均能准确识别出测量系统中的故障传感器,验证了所提方法的有效性与可行性。

超声波液位变送器的设计与实现

设计采用CH32V103C8T6微处理器为主控,采用RCWL-9623超声波测距信号处理模块实现非接触式液位测量,并通过专用变送芯片GP8101S和GP8301将测量液位数据变送为0~5V和4~20mA的电压和电流信号。信号的处理采用了均值滤波算法,可以有效地平滑和降噪信号。软件设计则实现了数据的实时采集、处理、显示及通信功能,并考虑了噪声抑制和误差校正。实验测试证明,该系统测量精度高、响应快、稳定性好,满足多种应用场景需求。

自动化温度阻值关系校准系统设计及优化

本文针对Pt100和热敏电阻在温度和温升测量中自动化程度低、耗时长、精度不足的问题,研究了Pt100阻值-温度关系和热敏电阻阻值变化量-温升关系,制定了一套温度校准方法,并设计搭建了温度校准系统。同时,结合校准方法与校准需求,开发了自动校准与数据处理程序。结果表明:该系统可实现全自动运行,提高了校准效率与精度,满足温度计高精度校准需求,提供了一种多类型、多温度点交叉校准的全自动控制校准方案。

声呐流量计技术综述

声呐流量计是一种基于声呐阵列波束形成技术的新型高端流量测量仪表,本文阐述了声呐流量计的测量原理和应用场景。首先,介绍了声呐流量计的发展现状;其次,阐述了测量介质流速的对流技术,主要包括湍流漩涡的移动速度和校准公式,以及测量介质声速的声学技术主要包括管道一维声波、GVF含气率和管道声速衰减公式,重点是在波数-频率(k-ω)域所形成的“对流脊”和“声学脊”;然后,与传统流量计比较分析了声呐流量计在衬里、HDPE、积垢、铁磁矿方面的应用优势和不足;最后,从纸浆和油砂行业应用列举了声呐流量计的技术特点。声呐流量计在准确度和可靠性方面有显著的技术优势,具有广阔的市场应用前景。

含高间歇性DG的配电网储能优化配置方法研究

高间歇性的分布式电源(DG)具有较大的随机性,并网发电后会对配电网运行的稳定性产生较大影响。为了保证配电网运行的电能质量和消纳能力,研究含高间歇性DG的配电网储能优化配置方法。首先,估算DG最大准入容量,分析配电网的消纳能力;接着,选取负荷控制目标,消除储能系统中存在的负荷毛刺。然后,基于需求侧响应协调规划配电网储能,以控制储能系统的发电和用电平衡。最后,建立含高间歇性DG的配电网储能优化配置模型,使电压趋近或保持在优化区间内。经试验论证分析,所提方法可以使负荷曲线的波动范围缩小到250~350 kW,对负荷具有更好的控制能力。该方法能够有效地解决电压越线的问题,具有较好的电压调节效果。

空气采样器采样流量校准的实验研究

针对目前空气采样器采样流量校准中存在的问题,采用不同的校准设备对不同使用条件下的采样器的校准结果进行实验研究。结果表明:校准时,校准设备应与采样器进口连接,且在使用基于压差原理的便携式流量校准器作为校准设备时,相关设备溯源时流量点的选择及采样部件的安装应与实际使用条件一致。