流体粘度在线测量系统的设计与研究

论文摘要

聚合物溶液粘度是表征其溶液物理特性的一个重要参数,它反映了其溶液的流动行为特征。聚丙烯酰胺溶液粘度在线测定是以聚合物驱为主的三次采油技术关键之一。随着粘度测量实时性要求提高,传统的离线测量方法已不能满足工业生产要求。本文基于对聚丙烯酰胺（HPMA）流体特性的分析,以及对传统粘度测量方法的研究和总结,在进行静动态实验的基础上,自行设计了应变式粘度传感器和流体粘度在线测量系统。全文研究内容主要分为以下模块:（1）针对聚丙烯酰胺溶液特性,分析出其粘度分布规律,以及温度、压力和气泡等因素对其粘度的影响。（2）基于对靶式流量计工作机理的研究,给出了应变式粘度传感器的测量模型和机械结构设计,分析出溶液粘度和传感器壁面受力之间的关系,在此基础上得出粘度测量的数学模型。（3）以单片机为微处理器,设计了粘度测量系统,通过硬件电路结构设计和软件编程,实现粘度信号在线采集与实时处理。（4）采用数字滤波技术减少管道强振动、流体脉动等噪声干扰,设置合适的温度补偿,利用数据循环缓冲区,边采样边计算,保证了粘度测量精度和实时性。（5） Visual C++环境下的PC机与单片机系统的通信,实现在线粘度测量数据的传输,以及对粘度测量实施远程控制。对本文设计的在线粘度测量系统在胜利油田安装调试,现场实验和标定实验,测量结果验证了系统的稳定性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 粘度测量文献综述
• 1.2.1 液体粘度概述
• 1.2.2 液体粘度的传统测量方法及装置
• 1.2.3 液体粘度测量新方法
• 1.2.4 液体粘度测量发展趋势
• 1.3 课题来源及本文主要研究内容
• 第2章 聚丙烯酰胺粘度测量及其非线性建模
• 2.1 引言
• 2.2 聚丙烯酰胺流体特性分析
• 2.2.1 流体分类
• 2.2.2 聚丙烯酰胺特性
• 2.3 影响聚丙烯酰胺粘度的关键因素分析
• 2.3.1 曝氧的影响
• 2.3.2 温度的影响
• 2.3.3 剪切与测定读数时间的影响
• 2.3.4 气泡的影响
• 2.3.5 粘度与剪切速率的关系
• 2.3.6 压力的影响
• 2.4 粘度测量理论依据与模型建立
• 2.4.1 理论依据
• 2.4.2 粘度测量数学模型
• 2.5 相关参数
• 2.6 技术要求
• 2.7 难点分析
• 2.8 小结
• 第3章 粘度测量传感器模块结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 应变式粘度传感器模块
• 3.2.1 应变式粘度传感器机械结构设计
• 3.2.2 信号转换
• 3.3 速度测量模块
• 3.3.1 电磁流速仪流速测量原理
• 3.3.2 电磁流速仪的电路组成
• 3.4 温度测量模块
• 3.5 小结
• 第4章 在线粘度测量系统硬件设计
• 4.1 硬件整体结构框图
• 4.1.1 微处理器的选择和配置
• 4.1.2 模拟信号调理模块
• 4.1.3 A/D 转换电路
• 4.1.4 电源管理模块
• 4.1.5 实时时钟模块
• 4.1.6 显示和按键电路
• 4.1.7 硬件“看门狗”
• 4.2 串行通信模块
• 4.3 硬件抗干扰措施
• 4.4 小结
• 第5章 在线粘度测量系统软件设计
• 5.1 单片机软件整体结构
• 5.1.1 主监控模块
• 5.1.2 初始化模块
• 5.1.3 中断模块
• 5.1.4 串口通信模块
• 5.2 软件抗干扰措施
• 5.2.1 软件滤波算法
• 5.2.2 软件“看门狗”
• 5.3 上位机软件设计
• 5.3.1 软件环境
• 5.3.2 单片机与上位机串口通信软件实现
• 5.3.3 用户管理界面
• 5.4 系统调试
• 5.4.1 硬件调试
• 5.4.2 软件调试
• 5.5 小结
• 第6章 测量误差分析
• 6.1 差压测量对粘度测量的影响
• 6.2 力和速度采集的不同步导致的误差
• 6.3 力传感器与管道的不同轴心导致的误差
• 6.4 小结
• 总结与展望
• 总结
• 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文