一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法技术

本发明专利技术公开一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，包括以下步骤：利用基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计进行管道干气和湿气流量测量，采集三轴加速度传感器各轴上的电信号输出，消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压；将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴的电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号，并进行矢量合成，得到干气和湿气加速度矢量模值；利用干气加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起干气加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系；对湿气加速度矢量模值用对应干气工况下的加速度矢量模值进行无量纲化；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量。测量。测量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法


[0001]本专利技术属于流量测量
，涉及一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法。

技术介绍

[0002]湿气两相流广泛存在于石油、天然气、发电、航空航天等领域，一般是指体积含气率大于95％或Lockhart
‑
Martinelli参数不超过0.3的气液两相流。美国石油学会(API)定义的三种湿气类型中，第I类湿气是指Lockhart
‑
Martinelli参数不超过0.02，或液相体积含率(LVF)小于0.5％的超低含液率湿气。在中国，第I类湿气通常存在于低渗透气田井口产出气中，一般使用旋进漩涡流量计等单相气体流量计直接计量并不修正。旋进漩涡流量计作为一种速度式流量计，采用先进的微处理技术，具有功能强、流量范围宽、操作维修简单、安装使用方便等优点，广泛应用于石油、化工、电力、冶金、城市供气等行业。
[0003]旋进漩涡流量计根据强迫振动的漩涡进动原理实现流量的测量，在单相气体测量中，漩涡进动频率与气体流量呈较好的线性相关性。但是当旋进漩涡流量计应用于湿气流量测量时，受到气相中液相夹带的影响，漩涡进动频率一般会随着液相体积含率的增大而降低，导致预测的气相流量普遍偏低；液相还将会影响旋进漩涡的进动特性，破坏旋进气核的稳定性，进而影响流量测量结果的可靠性。为此，国内外学者在湿气旋进漩涡流量测量方面做了许多尝试。如文献[1]Hua等人在研究低压湿气中旋进漩涡流量计的测量特性时，发现旋进漩涡的“虚低现象”，即当气相中存在夹带液滴时，气体流量读数容易出现负偏差，且当洛马参数X
LM
大于一定程度时(X
LM
>0.12)，漩涡进动消失。随后，文献[2]Hua和Geng利用湿气漩涡进动频率的虚低特征，将旋进漩涡流量计与槽式孔板流量计串联，对液相体积含率在0.8％以内的湿气进行了研究，并提出了湿气流量计量模型。文献[3]徐英等人通过在旋进漩涡流量计两端并联差压变送器发现体积含液率大于0.50％时，漩涡的进动信号遭到破坏，测量结果失真。通过增加幂指数形式的无量纲湿气修正项的方法，建立了频率和压降参数的对偶模型，使旋进漩涡流量计的湿气测量能力得到了进一步提升。专利CN 216081610 U为测量水蒸汽和天然气混合流量，在旋进漩涡流量计的流体流动腔内沿流体的流动方向增设一个压力传感器，并在两个压力传感器之间设置节流件使得节流件的上下游产生差压，通过两个压力传感器来检测节流件上下游的压力处理后得到差压，通过进动频率检测元件检测得到流体的体积流量，流量积算仪根据传感器采集到压力、温度、差压、体积流量等参数可以计算出混合的多相流中各组分各自的流量，上述进动频率检测元件为压电晶体，且结构复杂，所需传感器较多，成本较高。
[0004]上述研究成果均基于漩涡进动信号的频率展开，对漩涡进动加速度的研究较少，但漩涡进动加速度同样可以用于建立与被测流体流量之间的关系。现有旋进漩涡流量计普遍使用压电传感器，而随着微机电系统(MEMS)技术的快速发展，MEMS三轴加速度传感技术的广泛运用为漩涡进动信号检测提供了新的可能。使用三轴加速度传感器代替传统的压电
传感器可以获取各轴向上的流体加速度等信息，为湿气两相流进动漩涡中加速度信号幅值和液相含率关系的深入分析提供新的支持。
[0005][1]Chenquan Hua,Yanfeng Geng.Investigation on the swirlmeter performance in low pressurewet gas flow[J].Measurement,2011,44(5).
[0006][2]Chenquan Hua,Yanfeng Geng.Wet gas metering technique based on slotted orifice andswirlmeter in series[J].Flow Measurement and Instrumentation,2013,30:138
‑
143.
[0007][3]徐英，王森菱，张涛，刘烨，巴玺立.基于对偶模型的超低含液率湿气双参数测量方法
[0008][J].天津大学学报,2022,55(07):665
‑
671.

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了填补现有技术中的空缺，提供一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法。
[0010]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0011]一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计，流量计喉部安装有温压一体式传感器；通过旋进漩涡流量计进行管道流量测量时，三轴加速度传感器中，与流体方向一致的定义为流体主冲击轴；与插入管道方向一致的定义为辅助测量轴；垂直于流体方向与插入方向所组成平面的定义为旋进漩涡敏感轴，其特征在于，包括以下步骤：
[0012](1)通过温压一体式传感器采集实验管道压力、温度，通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，并消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压；
[0013](2)将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；
[0014](3)将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到其加速度矢量模值；
[0015](4)根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系；
[0016](5)重复步骤(1)
‑
(3)进行湿气气液两相流流量测量实验，提取湿气的加速度矢量模值；对湿气加速度矢量模值用对应的单相气体加速度矢量模值进行无量纲化；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量。
[0017]进一步地，步骤(1)
‑
(3)中通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压，并将各轴上的电信号输出转换为对应的三轴加速度信号，最后进行矢量合成得到加速度矢量模值，具体公式如下：
[0018][0019][0020][0021]式中，a
i
为各轴上的加速度信号，g；U
i
为各轴上的输出电压信号，V；S
g
为加速度传感器芯片的灵敏度，V/g；U0为加速度传感器芯片的重力偏置电压，V；为加速度矢量模值，g。
[0022]步骤(4)中根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系，具体公式如下：
[0023][0024]式中，为单相气体工况下的加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，基于安装有三轴加速度传感器的旋进漩涡流量计，流量计喉部安装有温压一体式传感器；通过旋进漩涡流量计进行管道流量测量时，三轴加速度传感器中，与流体方向一致的定义为流体主冲击轴；与插入管道方向一致的定义为辅助测量轴；垂直于流体方向与插入方向所组成平面的定义为旋进漩涡敏感轴，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过温压一体式传感器采集实验管道压力、温度，通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，并消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压；(2)将消除重力偏置电压后的旋进漩涡三轴电信号输出通过传感器灵敏度等相关参数转换为对应的三轴加速度信号；(3)将三条轴上的加速度信号进行矢量合成，得到其加速度矢量模值；(4)根据单相气体加速度矢量模值与单相气体流量之间的关系，建立起单相气体加速度矢量模值与表征气体流量的无量纲参数之间的拟合关系；(5)重复步骤(1)
‑
(3)进行湿气气液两相流流量测量实验，提取湿气的加速度矢量模值；对湿气加速度矢量模值用对应的单相气体加速度矢量模值进行无量纲化；基于量纲分析法，利用湿气无量纲加速度矢量模值建立湿气液相体积含率计量模型，实现对湿气相含率的测量。2.根据权利要求1所述一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率的方法，步骤(1)
‑
(3)中通过旋进漩涡流量计进行管道内单相气体流量测量，采集三轴电信号输出，消除辅助测量轴输出信号中的重力偏置电压，并将各轴上的电信号输出转换为对应的三轴加速度信号，最后进行矢量合成得到加速度矢量模值，具体公式如下：具体公式如下：具体公式如下：式中，a
i
为各轴上的加速度信号，g；U
i
为各轴上的输出电压信号，V；S
g
为加速度传感器芯片的灵敏度，V/g；U0为加速度传感器芯片的重力偏置电压，V；为加速度矢量模值，g。3.根据权利要求1所述一种利用旋进漩涡MEMS三轴加速度矢量模值信息测量湿气相含率...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐英，张雨萌，袁超，李涛，师新潮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：