垂直油水两相流复阻抗测量系统设计与可视图信号分析

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５工程硕士学位论文．■腿ａｙａｍｉｊａｍｍａｕａｉ领域：控制Ｉ程：邱书明作者姓名指导教师：高忠科副教授企业导师：罗青华高级工程师豢天津大学研究生院２０１６年１１月４摘要随着科技的进步和经济的发展，两相流检测技术被越来越多的应用在工业系统当中。特别是近年来，石油的开采技术有了很大发展。生产过程中的计量精度和控制要求比以前有了较大的提升。为了满足工业生产的要求，需要有高性能的两相流检测装置。因此

2、，新型传感器以及检测系统的研究，在油水两相流的工程应用中具有重大的研究意义。本文设计了一种通过检测油水两相流的复阻抗来测量流动参数的系统。该系统由八电极复阻抗传感器、控制电路模块以及上位机组成。首先采用COMSOLMultiphysics5.0仿真软件，对传感器进行仿真建模，根据电场的敏感特性分布，优化了几何结构，确定了传感器的最佳外形尺寸。同时，设计并制作了与传感器配套使用的控制电路模块。它的作用是向传感器发出激励电压，并测量响应电流，然后将经过处理的数据发送给上位机。该电路的设计采用了专用复阻抗测量芯片AD5933和高

3、速ARM微处理器。基于该检测系统，进行了垂直上升油水两相流相含率的检测实验，得到了一系列的阻抗测量数据，在各个工况下考察了八电极复阻抗传感器及其检测系统的响应特性，结果表明该检测系统对于油水两相流相含率的测量具有较高的分辨率。再应用时间序列水平可视图复杂网络的分析方法，对复阻抗测量信号进行了分析，构建对应于段塞流、泡状流和细小泡状流的可视图网络，分析不同流型的流动特性。关键词：垂直油水两相流，复阻抗检测系统，AD5933芯片，可视图，复杂网络IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofscience

4、andtechnology,thedetectiontechnologyoftwo-phaseflowshasattractedplentyofattentionsintheindustrialsystem.Morerecently,oilextractiontechnologyhasbeengreatlydeveloped,whichresultsinthehigherneedsforthemeasurementaccuracyandcontrolrequirementsoftheproductionprocess.In

5、ordertomeetthesenewindustrialdemands,high-performancedetectiondevicefortwo-phaseflows,suchasnovelsensoranditssupportingmeasurementsystems,isneeded,whichdisplaysgreatsignificanceintheengineeringapplicationofoil-waterflows.Inthisdissertation,wedesignasensormeasureme

6、ntsystembasedoncompleximpedanceformeasuringtheflowparametersinoil-waterflows.Thesystemconsistsofourdesignedcompleximpedancesensor,controlcircuitandhostcomputerfordatastorage.Wefirstexploitthesoftwaretosimulateandoptimizethesensorstructurebasedonthesensitivecharact

7、eristicdistributionofelectricfieldandthenobtaintheoptimalsizeofthesensor.Meanwhile,wedesignthematchedcontrolcircuitwhichallowsprovidingtheexcitationvoltagetothesensor,acquiringtheresponsecurrentfromthesensor,andthensendingtheworkedcompleximpedancemeasurementstothe

8、hostcomputer.Specially,weusethecompleximpedancemeasurementchipAD5933andhighspeedARMmicroprocessorinthiscontrolcircuit.Basedonthedesignedsensormeasuremen