【摘 要】
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在自然界和现代化工业生产过程中,气/固两相流动现象广泛存着,它与人类的生产和生活密切相关。目前,在能源、冶金、石油、轻工以及化工等行业中的许多生产设备都与两相流动工况
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在自然界和现代化工业生产过程中,气/固两相流动现象广泛存着,它与人类的生产和生活密切相关。目前,在能源、冶金、石油、轻工以及化工等行业中的许多生产设备都与两相流动工况有关,由于两相流动极其复杂,两相流体被称为难测流体,也成为国内外专家和学者争相探索的热点课题。两相流的测量参数主要包括离散相浓度、流体的流速、流量以及流型等,这些参数的实时测量对提高生产效率有着十分重要重要的意义。本文设计了一种采用电容传感器来实现气/固两相流离散相浓度及速度的非接触式测量方案。该方案以Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA芯片EP2C5Q208C8为主控芯片。由于FPGA具有运算速度快、实时性强以及可靠性高等优点,可以用它来完成对流速和浓度的在线实时测量。文中首先介绍了电容互相关流速测量原理和基于电容法的离散相浓度测量原理,设计制作了电容传感器。为了对气/固两相流固体颗粒浓度引起的微小电容变化量进行测量,以集成化的微小电容读取芯片MS3110为基础,设计出分辨率为0.02pF,测量范围0~10pf的电容测量电路。将微小电容值转化为0~5V标准直流电压信号,并借助精密数字电桥对测量结果进行了标定,构建了虚拟仪器测量系统,并进行了离线实验。此外,设计了一种基于NiosⅡ的嵌入式实时互相关器。通过FPGA的硬件编程语言,完成了对A/D控制器、流动噪声信号数据存储控制器、LCD1602显示控制器以及通讯接口控制器等模块的设计。在NiosⅡIDE软件开发环境中,用C语言实现对上、下游采样信号的快速FFT互相关运算,经峰值搜索得到流体流速。最后,搭建气/固两相流实验平台,通过虚拟仪器完成了离线参数测量,实验结果表明,影响相关流速测量的因素很多,比如两传感器的中心间距,采样点数以及采样频率等,为进一步研究奠定了基础。
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