[发明专利]一种两相流分相含率电导式传感器及其结构参数优化方法

权利要求书

1.一种两相流分相含率电导式传感器，该传感器串接在两相流的管路 中，包括有激励电极对和测量电极对，其特征是：该传感器还包括有导电环 层(1)，所述激励电极对(2)和测量电极对(3)附着于导电环层(1)上； 所述激励电极对(2)和测量电极对(3)相对于导电环层(1)径向上对称 设置，并按180度角螺旋分布，所述导电环层(1)的轴向长度大于或等于激 励电极对(2)及测量电极对(3)的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征是：所述激励电极对(2)和 测量电极对(3)中的电极，其宽对应的横截面圆心角小于5度，以利于提 高电压测量的空间分辨率。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征是：所述激励电极对(2)及 测量电极对(3)的轴向长度相同。

4.一种基于权利要求1所述的两相流分相含率电导式传感器结构参数 优化方法，该方法包括以下步骤：

a.所述传感器横截面上，任意一点灵敏度计算

在所述传感器同一横截面上，相对于初始电极分布，逆时针旋转角度为 β_E的激励电极对，与逆时针旋转角度为β_M的测量电极对的共同作用下，横 截面位置z点处的灵敏度S(z)的计算公式为：

S(z)=E2(z)βE‾·E2(z)βM‾dI]]>

式中：z＝x+yi为传感器横截面上二维坐标的复数表示，其中x，y分 别为传感器横截面上二维坐标的横坐标和纵坐标；为在相对于初始 电极分布，逆时针旋转角度为β_E的激励电极对，与逆时针旋转角度为β_M的 测量电极对的共同作用下，位置z＝x+yi处电场强度的共轭函数；

为在相对于初始电极分布，逆时针旋转角度为β_M的激励电极对， 与逆时针旋转角度为β_E的测量电极对的共同作用下，位置z＝x+yi处电场强 度的共轭函数；dI为流经激励电极的电流；

和的点乘运算为内积运算；

b.计算整个传感器内，灵敏度在二维横截面上的平均值

由于在整个传感器内，敏感区域z点处对应轴向方向上，相含率的灵敏 度公式为：

Sp(z)=∫0πE2(z)βE‾·E2(z)βM‾V2dβE]]>

c.计算描述灵敏场分布的均匀度参数NU

优化时对结构参数进行归一化处理，令r₁＝1，则r₂＝r₂/r₁根据下式

NU=Max(Sp(z))|z|≤r2-Min(Sp(z))|z|≤r2Min(Sp(z))|z|≤r2]]>

式中：r₂为取导电环层(1)的内径，z＝x+yi为传感器横截面上二维 坐标的复数表示；为测量区域|z|≤r₂内灵敏度的最大值， 为测量区域|z|≤r₂内灵敏度的最小值；

d.通过数值寻优，计算得到优化的结构参数

在导电环层(1)的电导率σ₁，传感器敏感场区域为一种均匀物质时的 电导率σ₂，r₂为取导电环层(1)的内径，测量电极对(3)和激励电极对(2) 的张角参数部分已知的情况下，对均匀度参数NU进行数值寻优，能够计算 得未知参数的优化值。