[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测器件，特别是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。

背景技术

分相含率是两相流在线实时测量的一个重要参数，在工业生产和石油输 送过程中具有重要意义。由于电学方法具有非侵入式测量、响应快速、安全 可靠、成本低、易于安装、牢固耐用等优点，因而适于工业上在线应用。当 管道内流体组分发生变化时，相应的电学参数发生变化，通过配置于管道内 壁或外壁的一组电极阵列，测量流体组分变化引起的电学信号的变化，根据 测量极板间的电学测量值，计算得到管道内的相浓度。但是，两相流动过程 十分复杂，传感器内固相分布不均匀，流型变化快；同时由于电学传感器的 检测场属于‘软场’，其灵敏度分布随分相分布变化，且其固有的灵敏度分 布的不均匀性将导致测量结果不仅与分相浓度有关，而且其测量精度受相分 布及流型变化的影响。

目前，为工业应用设计的两相流分相含率电导式传感器，其电极阵列一 般与被测物质接触，当被研究对象中不导电物质成分较多时，测量电极与非 导电物质接触，造成测量电极浮空，从而容易导致电阻/电导测量电路饱和， 限制了其测量范围与精度。

发明内容

本发明的目的是针对两相流在线实时测量中存在的问题，提供一种两相 流分相含率电导式传感器及其结构参数优化方法，通过非接触式测量，避免 了测量电极的浮空，进而拓展分相含率测量范围；并基于该传感器的解析模 型，给出相应的灵敏场分布表达式以及传感器结构参数优化方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供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，其中：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。

同时还提供一种基于上述传感器的结构参数优化方法。

本发明的有益效果是针对两相流在线实时测量，克服了传统电导式传感 器中测量电极与非导电物质接触，造成测量电极浮空的缺点。且具有如下优 点：1.非接触式测量，避免了测量电极的浮空，使测量范围拓宽，测量快 速且造价低廉。

2.基于该传感器的解析模型，可给出二维传感器横截面上任一点灵敏 度分布的表达式，并进行结构参数的快速优化。

附图说明

图1为本发明的电导式传感器结构的任一截面图；

图2为本发明的电导式传感器电极的立体分布图；

图3为本发明的传感器测得的电阻值和气/液两相流层流液相浓度的测 量值与拟和值图表；

图4为本发明的传感器测得的气/液两相流层流液相浓度的测量值与拟 和值的相对误差图表。

图中：

1、导电环层                2、激励电极对

3、测量电极对

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的一种两相流分相含率电导式传感器及其 结构参数优化方法加以说明。

如图1、2所示，本发明的两相流分相含率电导式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，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。图1表示了该结构在该两相 流分相含率电导式传感器的横截面，其由导电环层1及附着于其上的电极阵 列构成，所述激励电极对2和测量电极对3在两相流管路的管壁上径向对称 按180度角螺旋分布。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。激励电极 对2及测量电极对3的轴向长度相同，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。

该两相流分相含率电导式传感器采用交流电压激励，测量对象为测量电 极对应管区域的电阻。并基于传感器模型给出敏感场，即传感器横截面的灵 敏度公式以及传感器结构参数优化方法。

由于优化后的传感器敏感区域灵敏度分布具有良好的均匀度，因此，流 经传感器的两相流(气/液两相流或液/液两相流)分相含率与测得的电阻值 具有良好的线性关系，经标定后可以达到较高的测量精度。