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基于多传感器的高含气率多相流量计的研究

作　者: 陈磊
导　师: 杨理践
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 多相流 微小电容测量 相关法 射频测量 电容数字转换器
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


多相流广泛存在于化工、石油、电力等领域,尤其在石油工业中,从原油的开采、运输到原油的加工,都与多相流密切相关,因此,对多相流进行高精度的计量意义重大。但是由于多相流流型相当复杂,成分多变,直到现在具有实际应用价值的多相流量计仍然较少。气田的开采需要一种能够适应高含气率的多相流量计,这也是近年来各国致力研究的方向,以往的研究大多都是针对低含气率的两相流,建立的模型也不适合高含气率多相流的计量,往往精度很低,因此针对高含气率多相流的流量计的研究具有非常重要的意义。由于很多油田原油中伴生气很多,以往的方法如科里奥利质量流量计不能正常工作,造成测量误差相当大。本文提出了利用多传感器组合测量多相流的方法。多传感器组合测量方法在理论上可以解决高含气率的问题。利用多传感器测得多相流的三个物理参数(介电常数、电导率和射频吸收率),建立的三个方程与归一公式联立成方程组,计算得出各相的相分率；再由相关法测出流体的流速(气相流速和液相流速),与相分率进行乘法运算,从而得出各相的流量。本文推导了多相流介电常数,电导率,射频吸收率的公式；针对电容测量模块部分设计了基于AD7746和FPGA芯片组成的测量电路；对定值微小电容做了静态测试；计算设计了电容传感器,并且通过基于Labview虚拟仪器环境编写的程序与计算机进行串口通信,对不同比例的油气进行了含气率的测量,测量结果在上位机显示。实验结果显示对于定值小电容具有很高的精确度,可以精确到4fF；对于含气率在80%以下的油气两相的测量结果较为满意。另外该方案具有测量范围广、体积小、精度高和成本低等特点,实验验证此方法具有一定的实用价值,对多相流量计的研究提出了一种思路。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 多相流量计国内外发展概况  11-13
    1.2.1 国外发展现状  12
    1.2.2 国内发展现状  12-13
  1.3 目前多相流测量的主要方法  13-15
  1.4 常见多相流量计  15-19
    1.4.1 多相流量计的分类  15-19
    1.4.2 常见多相流量计总结  19
  1.5 论文的主要工作和章节安排  19-21
    1.5.1 论文的主要工作  19-20
    1.5.2 论文的章节安排  20-21
第二章 高含气率多相流测量方案  21-31
  2.1 多相流量计的方案选择  21-22
    2.1.1 传统的三相分离测量方法  21
    2.1.2 不分离测量方法  21-22
  2.2 测量原理及采用的方案  22-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章 高含气率多相流测量系统设计  31-44
  3.1 测量系统框图  31
  3.2 基于FPGA的电容测量系统  31-38
    3.2.1 微小电容检测电路  31-36
    3.2.2 电容传感器设计  36-38
  3.3 电导率测量模块  38-41
    3.3.1 测量电路  38-40
    3.3.2 电导传感器设计  40-41
  3.4 射频测量模块  41-43
    3.4.1 测量原理  41-42
    3.4.2 射频传感器设计  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 多相流含气率检测系统软件设计  44-51
  4.1 含气率计算  44-45
    4.1.1 油气两相的含气率计算方程  44-45
    4.1.2 三相流中含气率的计算  45
  4.2 基于FPGA芯片控制的AD7746微小电容检测  45-47
  4.3 基于LABVIEW串口通信程序设计  47-50
    4.3.1 LABVIEW简介  47-48
    4.3.2 含气率检测系统总体框图  48-49
    4.3.3 含气率检测系统软件界面  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 实验结果与分析  51-56
  5.1 对定值电容进行测量  51-53
  5.2 利用电容极片传感器测量  53-55
  5.3 本章小结  55-56
第六章 结论  56-57
参考文献  57-60
附录A 电路原理图  60-61
附录B 电路PCB  61-62
附录C 程序代码  62-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 热工量的测量仪表 > 流量测量仪表
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