一种光纤布喇格光栅涡街流量传感器

在流量计量领域中,利用光纤传感技术对涡街流量计量的研究较少,故具有重要的研究意义。该文设计了一种悬臂梁式的光纤布喇格光栅涡街流量传感器,其利用悬臂梁自由端振动使光纤布喇格光栅中心波长发生周期性移位,从而测量涡街频率,得到流体流量信息。温度传感测试实验与流量传感测试实验结果表明,该传感器温度灵敏度为17 pm/℃,涡街流量灵敏度为0.01895 Hz/(L·h^(-1)),非线性误差为2.23%。实验验证了该传感器可应用于液体涡街流量计量。

压差式流量计误差自动化修正算法研究

针对在多干扰源扰动下压差式流量计测量结果面临输出不稳、误差较大的问题,提出多源扰动下的压差式流量计误差自动化修正算法。考虑全补偿气体可膨胀性系数、压缩系数、密度系数和流出系数等因素,研究压差式流量计误差自动化修正算法。利用均值滤波滤除信号中的高斯噪声,结合一阶滞后滤波优化卡尔曼滤波算法,修正多源扰动误差。引入自组织算法和Volterra神经网络进一步改进卡尔曼滤波算法,并优化卡尔曼滤波算法的先验模型参数,以实现多源扰动误差的自动化修正。试验结果表明,经该算法控制后:当参考流量为900 m^(3)/h时,示值误差绝对值为0.203%;当参考流量为700 m^(3)/h时,流量计重复性为0.06%。该研究可以有效识别并修正由于多源扰动造成的流量异常值,且流量测量精度较高。

德尔塔巴流量计K系数数值仿真研究

德尔塔巴流量计采用独特的双龟翼对称型结构,具有压损小、结构简单、可靠性高等优点,已被广泛应用于石油、石化、电力及化工等众多领域。该文使用流体仿真软件对德尔塔巴流量计在不同入口流速下进行仿真,仿真结果表明德尔塔巴流量计的K系数不仅跟自身的结构有关系,还与流速成正比关系,在全量程测量范围内使用一个K系数将造成较大的测量误差。最后使用标准表法水流量标准装置对德尔塔巴流量计在不同流速下进行检定,结果表明在全量程内使用固定K系数将造成测量结果超差。因此需要对德尔塔巴流量计的K系数进行分段设置。

具有变超越负载的液压调平系统负载口独立控制方法

液压调平系统平台回落过程中存在超越负载,且随着负载重心偏移和平台倾角变化,作用于支腿液压缸的负载力也会随之变化。传统液压系统中负载控制阀或平衡阀在平衡变超越负载时速度控制效果差,容易发生速度抖动。为解决这一问题,采用负载口独立控制技术,针对平台回落时液压缸存在的变超越负载工况,提出对液压调平系统中液压缸有杆腔进行压力控制,无杆腔进行流量控制的压力-流量复合控制方法,建立其数学模型,并进行AMESim和Simulink联合仿真验证。结果表明,在负载力发生突变时,液压缸有杆腔压力和无杆腔流量均可在0.2 s内恢复至控制值,平衡掉系统变超越负载的同时,能够满足系统的速度控制需求。

液阻全桥网络负载口独立电液系统节能控制策略仿真

针对传统电液控制系统节流损失大、能耗高、效率低的问题,采用液阻全桥网络搭建了具有负载口独立控制特性的新型电液控制系统,详细研究了该系统在典型四象限负载下的节能控制策略。液阻全桥网络电液系统由5个二位二通比例阀组成,根据其具有的负载口独立控制特性,将系统归纳为传统三位四通、负载口独立和负载敏感3种控制模式。传统三位四通下,两负载口开度控制模拟三位四通进出口耦合形式;负载口独立模式下,采用一腔控制流量另一腔阀口全开的控制策略;负载敏感模式下,控制泵出口压力比进油腔压力高一个定值,从而实现负载敏感功能。在超越负载下,3种模式都使用流量再生回路进行节能控制。AMESim+Matlab联合仿真结果表明,与传统的三位四通模式相比,三位四通流量再生、负载口独立、负载口独立流量再生、负载敏感模式分别节能43.38%、65.27%、77.91%、83.58%。

天然气能量计量核查系统的研究与应用

本文研发了一套基于OCS控制器的天然气能量计量核查系统,针对SICK流量计算机的数据参数,动态配置数据类型、从机地址、字节顺序、读写权限并映射到OCS的%R类本地寄存器,解决了天然气计量核查数据受显示窗口限制预采集的难题。结合现场天然气介质组份、实时工况温度、实时工况压力等数据,使用依据GB/T 11062-2020《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》所研发的“天然气流量能量计量核查软件”,进行天然气现场数据的能量计量核查。实现了硬件自动化采集预处理,软件自动化快速计算,有效提升了计量的工作效率和可靠性。

应用OCS可编程控制器实现天然气计量核查

天然气计量现场需要对流量计算机进行计量核查,一次表流量计种类不同、组态参数配置复杂、受液晶显示窗口限制无法同步采集计量核查数据等问题制约了现场操作的可行性。本文研发了一种基于OCS可编程控制器的天然气计量网关,可针对不同厂家流量计算机的数据参数表,动态配置数据类型、从机地址、字节顺序、读写权限并映射到OCS的%R设备寄存器,解决了天然气计量核查数据预采集的难题;结合现场天然气介质组份、实时工况温度、实时工况压力值等数据,使用依据GB/T17747-2011《天然气压缩因子的计算》所研发的“天然气流量计算机压缩因子核查软件”,按流量计算机参数设置进行的计量核查;使用依据GB/T11062-2020《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》所研发的“天然气流量能量计量核查软件”,进行天然气能量计量核查;针对天然气的现场计量核查,实现了硬件自动化采集预处理,软件自动化快速计算,有效提升了计量的工作效率和可靠性。

环形间隙式层流元件设计及流量特性研究

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。

基于智能电表数据的低压配电网拓扑与线路参数联合辨识

在低压配电网中,用户频繁地扩建和改接导致台账存在信息更新滞后、数据缺失等问题,难以获取当前运行状态下的拓扑及线路参数。针对无相角量测信息且含未知数量零注入功率“隐节点”的低压配电网,提出一种基于智能电表数据的低压配电网拓扑与线路参数联合辨识方法。基于低压配电网的电气特性以及辐射状网络的结构特点,推导出一种功率-电压比形式的线性逆潮流模型。通过线性回归求解得到阻抗距离矩阵,再利用无判定阈值形式的改进分组递归算法实现拓扑与线路参数的联合辨识。最后,在IEEE欧洲低压测试馈线和中国南京市某地区的实际低压配电网中对所提算法进行数值仿真,验证了所提算法的有效性。

基于微型空间相机的红外加热笼仿真与设计

在航天器热控技术领域,常采用红外加热笼模拟各表面的到达外热流,但随着模拟表面特征尺寸的逐渐变小,需要重新评估该模拟方法的合理性和准确性。本文基于某微型空间相机,以对外热流最为敏感的散热面为研究对象,开展红外加热笼仿真分析与优化设计的研究。采用有限元法建立红外加热笼-黑片热流计的系统仿真模型,分析了传统红外加热笼控制方法对模拟表面总到达能量和热流密度均匀性的影响。基于上述结果,通过适当扩大加热笼尺寸和调整热流计粘贴位置,提高模拟表面的热流密度均匀性,保证总到达能量满足保守设计原则。对比分析得出,优化设计前后散热面热流密度的统计方差由102.0下降至27.0、均匀性提升效果显著。本文研究内容也可为其他空间微小表面外热流的准确模拟提供参考、借鉴。

基于平面热源-热流计法确定墙体热阻的影响因素分析

通过试验验证了平面热源-热流计法测试墙体热阻的可行性,并利用ANSYS软件建立墙体二维传热模型,通过模拟计算研究了平面热源加热面积、墙体两侧温差、测点布置和双面加热对墙体热阻值的影响。研究结果表明:墙体冷热侧温差越大,达到稳定传热时间越长,导致热阻值误差更大,建议墙体两侧温差在20℃时进行热阻测试;加热面积从0.3 m×0.3 m增大到1.2 m×1.2 m,使得一维传热区大小从0.11 m增加到0.27 m,热阻值误差降低至0.5%;测试测点应布置在靠近水泥砂浆层的区域;双面加热测试热阻值误差比单面加热低2%。

U型科里奥利质量流量计温度影响特性分析

温度对用于液氢等低温流体流量测量的科里奥利质量流量计的影响不可忽略。基于卡氏第二定理,从能量角度出发建立了考虑温度影响的U型科里奥利质量流量计数学模型,并搭建了U型科里奥利质量流量计实验平台,通过实验数据对比验证了模型。在此基础上,考虑测量管固体物性参数对温度的依变,探究了温度对科里奥利质量流量计测量的影响规律,提出了一种包含弹性模量、泊松比和线膨胀系数的低温修正方法。经液氮数值仿真结果和液氦科里奥利质量流量计实验结果对比,发现对弹性模量、泊松比和线膨胀系数三者进行综合修正比恒定温度补偿系数修正的相对误差更小。成果有助于深入理解低温科氏流量计的测量特性。

基于物联网的流量仪表智能标定系统设计

针对流量仪表因采用手工或半自动方式标定所造成的费时、低效等问题,设计了基于物联网的流量仪表智能标定系统。在物联网边缘通过数字化感知、边缘计算、数据网关,实现数据采集和传输,满足了各种标定设备的数据互联互通。根据流量仪表标定过程的特殊性,在云端建立了基于规则的流量仪表标定专家系统。通过数据共享、数据可视化等数字化、智能化的系统设计,模拟人类标定专家的思维过程。运用知识进行推理,根据不同的流量仪表产品,及时给出满意的标定解决方案。该方案赋能流量仪表的智能标定过程,实现了标定生产过程的全自动化。该设计使标定周期由原来的120min缩短到40min,提升了流量计生产装备智能化程度,提高了生产效益。

呼吸机检测仪校准装置气体流量校准系统的设计

目前,我国尚未公开呼吸机检测仪的国家校准规范,导致呼吸机检测仪各参数的计量溯源难以展开。一些自编的校准方法在气体流量校准上存在流量校准点受柱塞大小影响的问题,进而限制了流量校准范围。为解决这一问题,本文提出了基于标准表法和柱塞法分别对静态流量和潮气量进行校准的方法,并集成了两套管路、设计了校准系统。介绍了呼吸机检测仪流量测量的基本原理,根据该原理提出了校准方法并实际搭建了装置,对装置进行了测试。测试结果表明本系统静态流量测量范围为5~200 SLPM,扩展不确定度Ur(Qv)=0.602%(k=2);潮气量测量范围为0~2000 mL,扩展不确定度Ur(V)=0.174%(k=2),相对误差满足技术指标。本系统可实现对呼吸机检测仪流量参数的校准。该校准系统的设计为呼吸机检测仪校准装置的研发奠定了基础,并为呼吸机检测仪校准规范的建立提供了一定的借鉴意义。

天然气流量次级标准装置计量性能核查技术

针对用于贸易交接流量计流量量值溯源的高精度流量标准装置计量性能实时核查技术不完善问题,开展了天然气流量次级标准装置计量影响因素、实时核查技术指标与方法研究,研究中采用了k-means聚类等大数据统计分析技术,创新提出天然气流量次级标准装置计量性能实时核查技术指标与核查方法。验证表明,采用组合涡轮工作标准表,组合实施一对一核查、多对一核查、多对多核查、总量核查,监控天然气发热量波动率、压力温度稳定系数、喷嘴间温差、喷嘴差压及涡轮工作标准表相对次级标准体积流量偏差及重复性共6项技术指标,能准确实时核查用于检定高准确度检流量计的次级标准装置的计量性能,实时监控流量计检定的过程质量、保证每台次流量计检定结果准确可靠。研究成果对于天然气流量标准装置质量控制具有一定的指导意义。

超声波流量计整流器优化设计

气体超声波流量计的测量精度由飞行时间的测量精度和流量计自身的流场适应性决定,流量计的流场适应性又由流量计的声道布置和整流器的性能决定。文章设计了一种内嵌于流量计的整流器,详细阐述了该整流器的结构、各模块的功能。介绍了整流器性能优化的理论依据、过程以及整流器性能优劣的判别准则。该整流器性能优化主要取决于起旋器的优化,文章给出了装有8片起旋器和装有10片起旋器的整流器在直管、单弯管下的性能参数对比,试验结果显示装有10片起旋器的整流器有着更好的流场适应性:重复性满足国标要求,直管示值误差与弯管示值误差的差值<0.3%。文章的创新点在于给出气体超声波流量计整流器设计和优化的理论依据和一整套流程,对于设计气体超声波流量计整流器的科研人员有借鉴意义。

浅析原油计量交接提升改造系统应用现状

原油的交接计量是采油厂生产管理的一项基础工作,它在采油厂开发、生产、经营、管理过程中占有十分重要的地位。随着计量技术信息化、数字化、智能化的发展,孤东油气集输管理中心对内部原油交接点开展计量技术改造升级,逐步由“体积流量计+实验室化验”向“质量流量计+在线含水仪”转变,以信息化、自动化手段取代原油交接日常人工化验,提高数据准确率,实现贸易交接计量工作水平的整体提升。

负载口独立控制系统非线性滤波振动抑制方法

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

基于辅助阻抗匹配支路的超声波时差测量系统

为了抑制超声波时差测量系统的静态时间差,本文提出了一种基于辅助阻抗匹配支路的新型拓扑结构,并最终基于该拓扑结构成功研制出了一台超声波时差测量系统样机。基于样机和自制的换能器,分别进行了不同驱动频率、不同匹配电阻以及高温工况下(200℃、230℃和260℃)的静态时间差的测试,并通过实流标定实验验证了整套系统的精度和可行性。结果表明,通过辅助阻抗匹配支路的加入能够有效的抑制系统静态时差的均值及其波动范围,且在200℃、230℃和260℃的高温环境下实现了最低-0.279 ns的静态时差。最终,系统在低流量440 m^(3)/h处精度等级可达0.15%,中、高流量1503~4397 m^(3)/h范围内精度可达0.05%,验证了辅助阻抗匹配支路的可行性,为超声波时差测量提供了一种高精度和低静态时差的解决方案。

低含水油水两相流等效介电常数模型

电容法测油水两相流含水率在油田的地面油水计量及井中的产出剖面分层测试中都得到广泛应用。持水率(水相体积分数)的测量需要建立油水两相流持水率与传感器电容的关系,为此需要建立混相等效介电常数与持水率的理论模型或经验模型。由于油井采出的地层水以及地面实验室标定所用的自来水在低频和中频时均具有良好导电性,因此,单纯考虑介电性而不考虑导电性会对持水率测量的准确性产生显著影响。基于电介质极化的有效电场理论,在低含水且油水状态为精细泡状流条件下,将水视为良导体,建立了油水两相流等效介电常数模型。按此模型,油水两相流的等效介电常数只取决于持水率和油相介电常数,与水相介电常数以及水相电导率无关,初步实验验证了模型正确。该研究对于油为连续相时油水两相流的含水率传感器的设计和现场应用具有重要意义。