基于软测量技术的流体粘度在线测量系统的分析与开发

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1、基于软测肇技术的流体粘度住线测餐系统的研究与开发1)毛细管法毛细管粘度计是依据哈根·泊肃叶定律设计的，如图卜1所示。在各种粘度测量方法中，毛细管法因其精度高，结构简单一直受到重视，传统的毛细管粘度计仍然足目前计量部门标定标准粘度的唯一仪器。然而，这种粘度计由于其自重式结构，测鼍对象局限于牛顿流体(聚丙烯酰胺溶液为非牛顿流体)；且对测量环境要求严格，并需要大型恒温辅助装置，应用多局限于工厂的检验室；其测量过程为手工操作，过程繁琐，对测得的数据还要做大量的运算处理M1。图卜1毛细管粘度计Fig．1一lcapill

2、aIyViscometer转筒容器R图卜2旋转式粘度计Fig．1-2rotaryViscometer2)旋转法旋转法测量主要是由一台同步微型电动机带动转筒以一定的速率在被测流体中旋转，由于受到流体粘滞力的作用，转筒会产生滞后，与转筒连接的弹性元件则会在旋转的反方向上产生一定的扭转，通过测量扭转应力的大小就可以计算得到流体的粘度值。如图卜2所示。旋转法比较常用，适用于所有流体；使用简便，测量快速方便，便于连续测量。但是，所需的硬件设备较多，结构复杂，价格昂贵∞1。美国的Brookfield(博利飞)粘度计公司经

3、营主要就是旋转式粘度计。3)振动法振动式粘度计是把以一定频率振动的振动片插入粘性流体中，通入脉冲电流，振动片会按固有频率作纵向振动。由于受到流体粘性阻力的影响，当外加电流消失后，振动片振幅将按指数函数形式衰减，以衰减率就可得出流体粘度∞1。法国Sofraser在线粘度计就是应用振动法的原理生产的。由常规电源驱动振动2青岛科技大学研究生学位论文棒，振动棒接触的流体的粘度不同，振动幅度会不同。这种粘度计比较精密，但结构复杂，设计及应用都比较困难。4)落球法落球法的原理是：当物体在流体中落下时，流体粘度越高，物体下

4、落越慢，从下落速度可比较流体粘度的大小。预先用粘度标准液由实验方法求得常数，只要测定一定距离的落下时I’日J和流体密度就呵求粘度了。落球法(亦称斯托克斯法)是众多测量流体粘度的方法中最基本的一种，它适用于较高粘度的测定盯1，取样测量，但是为求粘度还要测定试料的密度，且对于不透明流体的场合，必须有检测球落下的特殊装置。因此只能用于对流体粘度的分析，不便进行准确测量，更不能用于在线测量。5)其他方法早期的粘度计如鸟式粘度计和奥式粘度计，也是依据哈根·泊肃叶定律。这类粘度计的造价低、操作比较简单，但是测定时间长，要

5、严格控制温度，粘度计的清洗不方便，且只能用于实验室或离线测量。1．2．2粘度测量方法发展现状国内外技术发展趋势有两个：一个是仍以上面四种传统的粘度测量方法的理沦为基础，依据哈根·泊肃叶定律和斯托克斯定律，优化现有的粘度计，使之响应更快，精度更高，维护更方便，成本更低；另一个是不再局限于传统的测量方法，而是利用物理和自动化方面的先进技术及原理进行测量，由于这一领域比较前沿，是理沦及应用研究的热点方向。涉及的原理主要有以下几种：1)声发射原理这是芬兰博里利斯技术公司申请的专利。即通过拾取流体在管道流动中产生的声音

6、信号，来测量流体的粘度。2)超声波嘲、光散射、近红外光谱法∽等这些方法的原理都是利用不同粘度的流体对光和声音的折射、散射、投射、吸收等物理效应来实现粘度测量。由于这些方法采用无接触、无污染式测量，非常符合在线粘度的测量要求，目前，引起了国内外众多学者的广泛关注，是一个非常有潜力的研究领域。3)电磁原理该方法是利用电导体在电磁场中会受到力的作用，而有磁粘度的流体所受到的阻碍作用这一原理设计的。由于磁路设计比较复杂，目前这一领域的研究仍然处于试验阶段呻1。3基于软测鼙技术的流体粘度在线测餐系统的研究与开发’4)软

7、测量技术软测量技术一般就是先找到影响粘度的几个关键因素，建立这些影响因素与粘度关系模型，然后通过试验数据学习训练，最后实现粘度的软测量。应用软测量技术，一般都没有确定的理论依据，大多建立在试验的基础上，也就是先期采集的数据要有代表性，这要求该工艺要稳定，干扰因素少n¨。本系统就是基于软测量技术进行粘度测量的。1．3本课题研究的主要内容及章节安排本课题是为了解决三次采油过程中注聚液粘度的测量问题。三次采油时，通过注入一定粘度的聚丙烯酰胺溶液进行驱油，可以使驱油能力得到最好的发挥，提高原油的采收率。在以往的工业控

8、制中，采用的是在线粘度计测量动力粘度，或实验室手工分析特性粘度，但是在线粘度计的误差很大，经常出现漂移情况；实验室手工分析每天一次，不能满足粘度控制的实时要求。因此在这种情况下，迫切需要开发一种新型的流体粘度在线测量系统，使其满足采油过程的需求。针对这一问题，本文结合实际生产过程数据，经过反复试研究，开发了一种基于软测量技术的流体粘度在线测量系统。上位机PC利用组态王6．0与PLC的串口通信，实现对