[发明专利]非接触电导气液两相流流型辨识装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多相流测量领域，尤其涉及一种非接触电导气液两相流流型辨识装置及方法。

背景技术

气液两相流系统广泛存在于能源、动力、石油化工等工业领域。气液两相流的流型辨识对两相流系统的参数测量有着重要的意义。由于两相流流动特性复杂，现有的流型辨识方法难以满足工业应用中日益增长的需求。

基于电导测量的气液两相流流型辨识和参数检测方法具有响应速度快，抗干扰性强等优点，因此，长期以来，基于电导测量的方法受到了两相流领域中众多研究者的关注。目前，常用的基于电导测量的两相流流型辨识方法主要有：基于电阻层析成像的两相流流型辨识、基于探针式电导测量的两相流流型辨识、基于阵列式多电极电导测量的两相流流型辨识等。然而，这些传统的流型辨识方法中，所采用的电导测量技术均为接触式测量。在实际工业应用场合中，其电导探针或测量电极与流体直接接触，容易被极化和电化学腐蚀，从而导致电导测量的性能降低，流型辨识的可靠性和准确性受到影响。因此，基于接触式电导测量的两相流流型辨识方法难以满足工业中长期使用的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的、非接触电导气液两相流流型辨识装置及方法。

非接触电导气液两相流流型辨识装置包括气液两相流测量管路、交流激励源、电容耦合式非接触电导传感器、温度传感器、电流/电压转换单元、交流整流单元、滤波单元、直流放大单元、数据采集模块和计算机，其中电容耦合式非接触电导传感器包括绝缘管道，激励电极，检测电极，电感模块和检测电极金属屏蔽罩；电容耦合式非接触电导传感器和温度传感器安装于气液两相流测量管路上，传感器的激励电极与检测电极均为两个环状电极，间隔贴于绝缘管道的外壁，且在检测电极外围安装有接地的金属屏蔽罩，传感器的电感模块一端经屏蔽导线与激励电极相连，传感器的电感模块另一端与交流激励源相连，检测电极、电流/电压转换单元、交流整流单元、滤波单元、直流放大单元、数据采集模块、计算机顺次相连，温度传感器、数据采集模块、计算机顺次相连。

非接触电导气液两相流流型辨识方法的步骤如下：

1）利用交流激励源产生正弦交流电压，施加到电容耦合式非接触电导传感器的电感模块上，将交流激励源的频率调至谐振频率，使检测回路发生串联谐振，由传感器中电感模块的感抗抵消掉两个耦合电容，其中一个耦合电容由导电液体、绝缘管道与激励电极形成，另一个耦合电容由导电液体、绝缘管道和与检测电极形成，在检测电极上获得直接反映气液两相流体等效电导的交流电流，经电流/电压转换单元、交流整流单元、滤波单元和直流放大单元的处理后，由数据采集模块将电导信号采集到计算机中，由温度传感器获得气液两相流的流体温度，并通过数据采集系统采入计算机中；

2）利用时域统计方法和傅里叶变换方法对所获得的气液两相流电导信号进行分析，针对每组电导信号提取平均值M、标准差Std、低频段能量分布比率H₁、中频段能量分布比率H₂和高频段能量分布比率H₃ 五个特征参数：

平均值M:                                                

标准差Std: 

低频段能量分布比率H₁为：

中频段能量分布比率H₂为：

高频段能量分布比率H₃为：

其中，U_o为由电容耦合式非接触电导传感器测得的电导信号， E_total为电导信号的总能量, E₁为分布在0-5Hz低频段的能量，E₂为分布在5-25Hz中频段的能量，E₃为大于25Hz高频段的能量；

针对每组电导测量信号，将所获得的五个特征参数组成一个特征向量t：

；

3）将所提取的特征向量t输入到由支持向量机建立的流型分类器中，进行气液两相流层状流、波状流、泡状流、段塞流以及环状流五种典型流型的在线辨识。