科创中国
气/固/液混合多相流流型/流量精准检测系统
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-07-20 15:15:11
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”军工安防与应急产业科技服务团| 耿牧锦 | 2022-10-12 11:28:00
气/固/液多相流混合现象广泛存在于工业生产中，北京理工大学团队针对当前工业粉尘爆炸、粉尘防护、新冠疫苗低温贮藏装置的冷凝剂高效安全加注，推进国家“公共安全”“节能减排”重大需求，创新性提出超声-压力复合的气/固/液混合多相流流型/流量精准检测微系统的研制。
基于先进材料技术、微纳制造工艺的电容式微机械超声传感器（CMUT）与压阻式MEMS压力传感器，信号处理智能算法、无线信号传输及微系统集成的多项研究成果，进行了跨尺度多相流浓度与超声衰减及压力分布的物理场耦合谱图像数值模型，优化超声/压力频率、功率及尺度等多参数设计，构建了阵列式多频谱超声-压力融合RMF瞬态浓度计算方法，实现多维、多参数RMF流型辨识与流量在线监测能力，设计RMF浓度超声-压力融合检测微系统，形成了“气固两相粉尘扩散浓度”“气液两相冷凝剂加注质量”在线监测解决方案。
该方案采用了多项先进的专利技术，具有体积小、功耗低、精度高、响应速度快等特点，当前已有相关实验数据支撑，同时结合无线组网技术及物联网技术，具备构建“粉尘爆炸评估系统”“冷凝剂远程监测”条件。
性能指标：
1、跨量级（十克级10g/m3至千克级1000g/m3）多相流浓度分段精准测量；
2、检测精度不大于±5%H（H为多相流实际浓度）；
3、系统响应时间不大于5ms；
4、低功耗设计，检测系统功耗不大于3w。
本项目研制的“气/固/液混合多相流流型/流量精准检测系统”可以应用在工业粉尘浓度监测、冷凝剂加注质量测量等领域。
应用领域1、工业粉尘浓度监测
场景：铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、铝材加工研磨、各种塑料粉末、有机合成药品的中间体、小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末、烟草粉末、煤尘等生产过程的粉尘浓度监测。
应用领域2、冷凝剂加注质量测量
场景：大中型制冷仓储、冷链运输等冷凝剂加注作业环境
该成果研发团队共4人，均为相关领域的专家，科研经验丰富。
其中技术带头人娄文忠， 北京理工大学机电学院教授，主要研究方向为微系统技术、新概念装备。《现代引信技术从书》全套12本丛书执行主编，发表了《高动态微系统与MEMS引信技术》、《微机电系统集成与封装技术基础》、《精确定高和多点浓度检测技术》、《A controllable IC-compatible thin-film fuse realized usingelectro-explosion》等学术论文，拥有专利20余项，多次获得国防科学技术进步奖、国防技术发明奖。
1、工业生产性粉尘具有浓度高、易引发爆燃特点，传统粉尘检测仪对低浓度检测（毫克级）敏感，在粉尘防爆浓度监测及评估具有巨大的潜在市场规模；
2、冷凝剂加注过程的测量主要依据冷媒秤，每年的需求量达到30-40万台。冷媒秤测量存在实时性差、效率低和安全防护难等难题，研制冷凝剂多相流流型/流量精准检测微系统可以提高冷凝剂的利用效率30%~35%，具备优化传统市场、降低能耗的核心竞争力。
拟通过合作开发、技术许可等方式进行合作。
该项目实施转化存在应用环境干扰因素不明确的问题，测量精度需要根据应用环境进行标定，积累原始数据库进行优化设计。希望合作单位协助解决多相流检测专用场地问题，进行市场应用环境的推广，以及建立合作关系下的测试工作。
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