一种基于分布式电导传感器的两相流测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于分布式电导传感器的两相流测量系统，包括数据采集装置，四扇区分布式电导传感器，正弦发生器，参考电阻，差分放大和信号调理电路和上位机。其中，四扇区分布式电导传感器，包括垂直上升管道及四对电极，每对电极均包括一个固定在垂直上升管道较上部位的激励电极E和一个固定在垂直上升管道较下部位的测量电极M，四对电极中的每个电极包括一段弧形环，四个激励电极E位于垂直上升管道内的同一高度上，且彼此之间均匀间隔分布，四个测量电极M位于垂直上升管道内、低于四个激励电极E所在高度的同一高度上，且彼此之间也均匀间隔分布，其中每对电极上下平行设置。本发明专利技术提供的基于分布式电导传感器的两相流测量系统，可测取非均匀、复杂流体的局部流动信息。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种基于分布式电导传感器的两相流测量系统，包括数据采集装置，四扇区分布式电导传感器，正弦发生器，参考电阻，差分放大和信号调理电路和上位机。其中，四扇区分布式电导传感器，包括垂直上升管道及四对电极，每对电极均包括一个固定在垂直上升管道较上部位的激励电极E和一个固定在垂直上升管道较下部位的测量电极M，四对电极中的每个电极包括一段弧形环，四个激励电极E位于垂直上升管道内的同一高度上，且彼此之间均匀间隔分布，四个测量电极M位于垂直上升管道内、低于四个激励电极E所在高度的同一高度上，且彼此之间也均匀间隔分布，其中每对电极上下平行设置。本专利技术提供的基于分布式电导传感器的两相流测量系统，可测取非均匀、复杂流体的局部流动信息。【专利说明】一种基于分布式电导传感器的两相流测量系统
本专利技术涉及一种两相流检测传感器，特别是基于电导传感器的测量系统。
技术介绍
两相流现象广泛存在于石油工程、化学工程、冶金工程、核工程、航空与航天工程等传统工业和新兴工业领域中。两相流是气、液、固三相中任意两相不相容物质的混合流动体系。由于两相流中各成份之间存在着密度、粘度等物理性质上的差异，在流量、压力、重力及管路形状等诸多因素的影响下，导致两相流参数测量十分困难。分相截面含率(相含率)是两相流工业应用系统中一个重要的参数，它的精确测量对于生产过程的计量、控制和运行可靠性都具有重要的意义。两相流相含率测量技术主要包括超声法，光学法，射线法，应用阻抗技术的电容和电导法等。由于电导传感器具有原理清晰、结构简单、响应稳定等诸多优点，已广泛地应用于多相流参数测量中，在传感器研发早期，多采用平板电极测量液膜厚度，为了避免传感器对流型的扰动，嵌入垂直上升管道内壁的环形电极传感器应运而生，例如环形电导传感器、带保护电极和温度补偿的对壁式环状电导传感器、环形和半环形电导传感器、六电极阵列电导传感器和八电极阵列电导传感器等。目前，测量垂直上升管道截面整体平均信息的对壁环形电导传感器和测量空间整体信息的阵列式电导传感器已不能够满足测量局部流动结构精确测取相含率的需求。已有的测量局部信息的电导探针传感器，由于其电极较小，只能测量一个点的流体信息(如局部速度和浓度)，输出信号只有高低电平之分，包含的流动信息量少。单电容弦丝传感器检测范围局限在测量电极附近极其微小的范围之内，且插入式结构会对流场产生扰动，在非均匀、复杂流体的测量上具有局限性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能够在不扰动流场的前提下，尽可能多地捕捉垂直上升管道内流过的非均匀、复杂两相流的局部流动信息而非仅仅是点或者线上的流体局部信息的两相流测量系统。本专利技术提供的两相流测量系统所采用的传感器，可从局部流动信息研究两相流的相间相互作用以及流型的形成、演化机制，并且此传感器测量的数据能通过数据融合，在相含率测量方面有较好的效果。为实现上述目标，本专利技术的技术方案如下:一种基于分布式电导传感器的两相流测量系统，所述测量系统包括数据采集装置，四扇区分布式电导传感器，正弦发生器，参考电阻，差分放大和信号调理电路，上位机，其中，所述的传感器包括一段由绝缘体制成的垂直上升管道和固定在垂直上升管道上的四对电极，每对电极均包括一个固定在垂直上升管道较上部位的激励电极E和一个固定在垂直上升管道较下部位的测量电极M，四对电极中的每个电极包括一段弧形环，且每个电极的曲率与垂直上升管道的曲率一致，使得电极可平滑嵌入垂直上升管道的内壁面，四个激励电极E位于垂直上升管道内的同一高度上，且彼此之间均匀间隔分布，呈非连续圆环状，四个测量电极M位于垂直上升管道内、低于四个激励电极E所在高度的同一高度上，且彼此之间也均匀间隔分布，呈非连续圆环状，其中每对电极上下平行设置；每个电极还包括一段连接在所述弧形环上的柱形导体，伸出于垂直上升管道之外，用于信号的输入与输出；每个电极在垂直上升管道内的灵敏度区域为一个扇形。所述数据采集装置包括八个数据采集通道，四个激励电极E通过参考电阻与正弦发生器连通，四个测量电极M接地，正弦发生器产生正弦交流信号，信号经过参考电阻和管道内混合流体后，携带了管道中流体流动信息，将参考电阻电压VMf和传感器上电压Vsm经过差分放大和信号调理电路后，将模拟信号输送到所述数据采集装置，进行采样变为数字信号，并送入上位机，由上位机对自下而上流过垂直上升管道的流体进行分析和计算。作为优选实施方式，各个电极嵌入垂直上升管道内壁面，电极表面与垂直上升管道内壁面平齐；每个电极的弧形环对应的圆心角为电极张角，取值范围为，每个电极的弧形环的高度为电极高度，取值范围为，每对电极中的激励电极E与测量电极M之间的间距为电极间距，取值范围为;所述四扇区分布式电导传感器的最佳参数是:电极张角为45°，电极高度为4mm，电极间距为4mm ；电极由钛合金制成，垂直上升管道由有机玻璃制成。本专利技术的有益效果在于:(I)提供了基于一种四扇区分布式电导传感器的两相流测量系统，给出传感器结构参数的取值范围及传感器的最佳结构；(2)本专利技术的两相流测量系统，可测取非均匀、复杂流体的局部流动信息；(3)通过对所采用的分布式电导传感器四扇区测量信号进行数据融合可获得很好的相含率测量效果。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术采用的四扇区分布式电导传感器结构图，Ca)为立体图，(b)为有电极的截面的截面图，(C)为正视图；图2为本专利技术的四扇区分布式电导传感器有限元剖分结构图；图3为本专利技术的四扇区分布式电导传感器总灵敏度和扇区灵敏度计算示意图；图4为本专利技术的四扇区分布式电导传感器测量系统示意图；图5为本专利技术的四扇区分布式电导传感器垂直气液两相流相含率测量版图。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术的测量系统及所采用的四扇区分布式电导传感器的结构及其结构参数优化方法加以说明。如图1所示，四扇区分布式电导传感器，包括垂直上升管道管道和安装在垂直上升管道管道上的四对电极Ea、Ma, Eb、Mb, Ec, Mc和Ed、Md，每对电极均包括一个安装在垂直上升管道管道上端的激励电极E (Ea、Eb、Ec或Ed)和一个安装在垂直上升管道管道下端的测量电极M (MA、MB、MC* MD)，四对电极中的每个电极包括一段弧形环，对应的圆心角为Θ，且每个电极的曲率与垂直上升管道管道的曲率一致，使得电极可平滑嵌入垂直上升管道管道的内壁面，四个激励电极E位于垂直上升管道管道内的同一高度上，且彼此之间均匀间隔分布，呈非连续圆环状，四个测量电极M位于垂直上升管道管道内、低于四个激励电极E所在高度的同一高度上，且彼此之间也均匀间隔分布，呈非连续圆环状，其中每对电极上下平行设置；每个电极还包括一段连接在所述弧形环上的柱形导体，用于信号的输入与输出，其长度可根据垂直上升管道的厚度来确定，伸出垂直上升管道外可连接导线即可；每个电极在垂直上升管道内的灵敏度区域为一个扇形，每个电极呈T型，由钛合金制成。垂直上升管道管道由有机玻璃制成，电极由环氧树脂AB胶粘合，嵌入垂直上升管道内壁面，电极表面与垂直上升管道内壁面平齐，其中每个电极的厚度为0.002m，每个电极的弧形环对应的圆心角为电极张角，取值范围为，每个电极的弧形环的高度为电极高度，取值范围为，每对电极中的激励电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高忠科，金宁德，翟路生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：