專利名稱：一種多相流體中分散相含量的檢測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法，尤其涉及多相流體中分散相含量的檢測以及根據(jù)該檢測方法設(shè)計的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的測量多相流體中分散相含量的方法有電容法、光纖傳感法、放射性法、超聲波法、微波法等。電容法的原理是當(dāng)流體通過電容極板間形成的敏感電場時，分散相含量的變化將引起流體等效介電常數(shù)的變化，從而引起電極間電容值的變化。光纖傳感法通過檢測光通量的改變來測量分散相的含量。放射性法根據(jù)射線衰減原理進(jìn)行分散相含量的測量。超聲波法根據(jù)超聲波衰減原理進(jìn)行分散相含量的測量。微波法根據(jù)微波衰減原理進(jìn)行分散相含量的測量。
上述測量方法在實際工業(yè)應(yīng)用過程中存在以下不足1)電容法需要外加電容極板形成敏感電場，不僅安裝使用不方便，而且會造成安全隱患；2)光纖傳感法的傳感器是插入式的，安裝時要在被測量裝置壁面上打孔，不僅不方便，而且可能影響內(nèi)部的流場，對系統(tǒng)內(nèi)部的流動和反應(yīng)造成一定的影響；3)放射性法、超聲波法、微波法等都需要發(fā)射源。不僅存在安全隱患，而且會對被測量裝置內(nèi)部的流動或反應(yīng)造成一定的影響；4)放射性法使用過程中發(fā)出的放射性射線會對人體產(chǎn)生危害；5)微波法的測量精度與介質(zhì)的性質(zhì)有很大關(guān)系，對極性大的物質(zhì)很敏感，對極性小的物質(zhì)不敏感。因此，它的應(yīng)用受到限制。
上述多相流體中分散相含量的檢測方法存在各種各樣的問題。因此，開發(fā)一種新的、靈敏的、簡易快捷的、安全環(huán)保的多相流體中分散相含量的檢測方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多相流體中分散相含量的檢測方法，該方法利用多相流體自身產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行測量分析，方法簡便，應(yīng)用范圍廣。
本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述方法設(shè)計的多相流體中分散相含量的檢測裝置，該裝置操作方便、檢測精度高。
本發(fā)明方法包括以下步驟(1)在多相流體中設(shè)置振動信號接收裝置；(2)接受多相流體運動過程中產(chǎn)生的振動信號；(3)根據(jù)需要對振動信號進(jìn)行放大；(4)分析接受到的振動信號，把振動信號按頻率分解，選取振動信號的頻率、能量、各頻率段的能量分率，選取相應(yīng)頻段的能量數(shù)據(jù)或者其組合作為特征變量；(5)通過特征變量進(jìn)行分析計算，確定分散相的含量。
把振動信號在全頻率范圍上按頻率進(jìn)行分解，可分頻段數(shù)為1～512個，各個頻段的能量分率可以根據(jù)需要進(jìn)行加和。所選取的特征變量，與多相流的性質(zhì)和分散相的含量相關(guān)。不同場和、不同物料可選取特定頻段的能量分率、能量分率之和或者總能量與分散相含量關(guān)聯(lián)，也可將其組合與分散相含量關(guān)聯(lián)，例如在液固攪拌釜中，對采集到的振動信號進(jìn)行8頻段分解，把第4、5、6等三個頻段的能量分率之和與總能量的乘積E作為特征變量與固相含量C進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以得到E＝k1C+k2其中，k1、k2是待定參數(shù)。
為實施本發(fā)明方法所設(shè)計的一套專用檢測裝置，包括振動信號的接受裝置、信號采集裝置、信號處理裝置，振動信號接受裝置的輸出端與信號采集裝置的輸入端連接；信號采集裝置的輸出端與信號處理裝置的輸入端連接；信號處理裝置的輸出端與顯示裝置的輸入端連接；所述的振動信號的接受裝置為一個或多個振動換能器；信號采集裝置為一個或多個信號采集卡；信號處理裝置為帶處理軟件的處理器。
所述的振動信號的接受裝置的信號輸出端與信號放大裝置的輸入端連接，信號放大裝置的輸出端與信號采集裝置的輸入端連接，所述的信號放大裝置為一個或多個信號放大器。該放大裝置可以根據(jù)實際需要選擇是否使用。
振動信號接受裝置的接受頻率范圍為0Hz～100MHz，放大裝置和信號采集裝置放大范圍為1～10000。其中接受頻率范圍以20Hz～1MHz為佳，信號放大范圍以1～100倍為佳。
本發(fā)明適用的多相流動體系包括氣固體系、液固體系、氣液體系、氣液固體系。
本發(fā)明不僅適用于多相流體運動情況下分散相含量的測量，而且適用于有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的多相流動體系中分散相含量的測量。
本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比具有如下一些優(yōu)點1)振動接受裝置是非插入式的，安裝簡易方便，不會影響多相流體的運動或內(nèi)部的反應(yīng)；2)不需要發(fā)射源。振動信號是流體運動過程中產(chǎn)生的，安全環(huán)保；3)對測量條件要求低，能在比較惡劣的環(huán)境下全天候工作，即使在高溫高壓等苛刻環(huán)境下仍能正常工作；4)反應(yīng)靈敏，測量誤差小，適用面廣。


圖1為本發(fā)明的檢測方法的流程示意圖。
具體實施例方式
實施例1采用如圖1所示的裝置，在攪拌釜中，對水和沙子組成的液固兩相體系中的沙子濃度進(jìn)行測量。沙子的濃度范圍為0～400g/ml，通過攪拌使兩相混合運動。在液固兩相體系中設(shè)置多個信號采集卡，測量流體運動產(chǎn)生的振動信號，接收的振動信號頻率為0Hz～30kHz。首先把采集的振動信號進(jìn)行放大，放大倍率為10，并分解成8個頻段，如表1所示；再把第4、5、6等三個頻段的能量分率之和與總能量的乘積，如表2所示；作為特征變量與沙子濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到沙子濃度的計算公式如下Cs=E-(0.057N3-73.637N2+31608.8N-4500598)0.00696N3-9.2N2+4559N-681004]]>其中N為攪拌轉(zhuǎn)速，E是振動信號的能量，CS是沙子的濃度。計算值與實驗值的平均偏差為7.82％。
表1振動信號的8頻段分解示意圖

表2第4、5、6三個頻段的振動能量值之和

實施例2采用如圖1所示的裝置，在鼓泡塔中，對水和空氣組成的氣液兩相體系中的氣含量進(jìn)行測量。水中的氣含量通過進(jìn)氣速率控制，在氣液兩相體系中設(shè)置振動信號檢測器，測量流體運動產(chǎn)生的振動信號，接收的振動信號頻率為0Hz～100MHz。把采集的振動信號分解成16個頻段，再把幾個不同頻段的能量分率之和作為特征變量與氣含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而確定水中的氣含量。
實施例3采用如圖1所示的裝置，在氣固兩相流化床中測量固體顆粒的含量。其中床徑150mm，床高1m，固體顆粒為聚乙烯，空氣速度0.6m/s。在氣固兩相體系中設(shè)置多個振動信號采集器，測量流體運動產(chǎn)生的振動信號，接收的振動信號頻率為0Hz～100MHz。把采集到的振動信號的能量與聚乙烯的含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而確定流化床中聚乙烯的含量。
實施例4
采用如圖1所示的裝置，在工業(yè)本體法聚丙烯裝置中測量聚丙烯的含量。其中液體丙烯為連續(xù)相，聚丙烯為分散相，測量的時候裝置內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)。在液固兩相體系中設(shè)置多個振動信號采集器，測量流體運動產(chǎn)生的振動信號，接收的振動信號頻率為0Hz～500kHz。首先把采集的振動信號分解成512個頻段，再把幾個不同頻段的能量分率之和與總能量的乘積作為特征變量與聚丙烯濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而確定體系中聚丙烯的濃度。
實施例5采用如圖1所示的裝置，在鼓泡塔中，對水、空氣和沙子組成的氣液固三相體系中的固相含量進(jìn)行測量。水中的氣含量通過進(jìn)氣速率控制，固相含量通過加入的沙子量控制。在氣液固三相體系中設(shè)置多個振動信號采集器，測量流體運動產(chǎn)生的振動信號，接收的振動信號頻率為0Hz～500kHz。首先把采集的振動信號分解成8個頻段，再把幾個不同頻段的能量分率之和與總能量的乘積作為特征變量與沙子濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而確定體系中沙子的濃度。
實施例6采用如圖1所示的裝置，在管道氣相輸送聚乙烯的過程中，對流體中聚乙烯的含量進(jìn)行測量。管道直徑30mm，長1.5m；輸送速度從0.1m/s～0.8m/s；固相含量0～10g/ml。在液固兩相體系中設(shè)置多個振動信號采集器，測量流體運動產(chǎn)生的振動信號，接收的振動信號頻率為0Hz～500kHz。把采集的振動信號的頻率和振幅作為特征變量與聚乙烯的含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而確定聚乙烯的含量。
權(quán)利要求
1.一種多相流體中分散相含量的檢測方法，其方法包括以下步驟(1)多相流體中設(shè)置振動信號接收裝置；(2)接受多相流體運動過程中產(chǎn)生的振動信號；(3)根據(jù)需要對振動信號進(jìn)行放大；(4)分析接受到的振動信號，把振動信號按頻率分解，選取振動信號的頻率、能量、各頻率段的能量分率，選取相應(yīng)頻段的能量數(shù)據(jù)或者其組合作為特征變量；(5)通過特征變量進(jìn)行分析計算，確定分散相的含量。
2.如權(quán)利要求1所述的多相流體中分散相含量的檢測方法，其特征在于所述的把振動信號按頻率分解，所分的頻段數(shù)為1～512個。
3.如權(quán)利要求1所述的多相流體中分散相含量的檢測方法，其特征在于所述的多相流體中有化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。
4.一種多相流體中分散相含量的檢測裝置，包括振動信號接收裝置、信號采集裝置、信號處理裝置和輸出顯示裝置，其特征在于振動信號接受裝置的輸出端與信號采集裝置的輸入端連接；信號采集裝置的輸出端與信號處理裝置的輸入端連接；信號處理裝置的輸出端與顯示裝置的輸入端連接；所述的振動信號的接受裝置為一個或多個振動換能器；信號采集裝置為一個或多個信號采集卡；信號處理裝置為帶處理軟件的處理器。
5.如權(quán)利要求4所述的多相流體中分散相含量的檢測裝置，其特征在于所述的振動信號的接受裝置的信號輸出端與信號放大裝置的輸入端連接，信號放大裝置的輸出端與信號采集裝置的輸入端連接，所述的信號放大裝置為一個或多個信號放大器。
6.如權(quán)利要求4或5所述的多相流體中分散相含量的檢測裝置，其特征在于所述的振動信號接收裝置和信號采集裝置分別為一個或多個并聯(lián)之后再與下級裝置串連。
7.如權(quán)利要求5所述的多相流體中分散相含量的檢測裝置，其特征在于所述的信號放大裝置和信號采集裝置為一個或多個并聯(lián)之后再與下級裝置串連。
8.如權(quán)利要求1所述的多相流體中分散相含量的檢測方法，其特征在于所述的振動信號為0Hz～100MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多相流體中分散相含量的檢測方法和裝置，方法包括以下步驟(1)在多相流體中設(shè)置振動信號接收裝置；(2)接受多相流體運動過程中產(chǎn)生的振動信號；(3)根據(jù)需要對振動信號進(jìn)行放大；(4)分析接受到的振動信號，選取相應(yīng)頻段的能量數(shù)據(jù)或者其組合作為特征變量；(5)通過特征變量進(jìn)行分析計算，確定分散相的含量。裝置包括振動信號的接受裝置、放大裝置、信號采集裝置、信號處理裝置，這些裝置依次連接。本發(fā)明適用于氣固體系、液固體系、氣液體系、氣液固體系等多相體系以及有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的多相流動體系。本發(fā)明具有簡易快捷、安全環(huán)保、實時在線的特點，能方便地測量多相流體中分散相的含量。
文檔編號G01N33/00GK1731143SQ20051006027
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者陽永榮, 王靖岱, 黃正梁 申請人:陽永榮