[发明专利]电阻层析浓度与速度测量传感器系统

说明书

本发明涉及一种电阻层析浓度与速度测量传感器系统，包括：两个励磁线圈、共享电路、电阻层析传感器；其中，共享电路包含选通开关、滤波电路、放大电路和AD转换电路；而电阻层析传感器由一组电极组成；电阻层析传感器包括一组分布在垂直于测量管道管径的平面上等距分布的电极；两个励磁线圈分别固定在电阻层析传感器的正上方和正下方相对位置，贴管壁放置；励磁线圈的匝数由测量管道的半径决定，匝数设置的原则是在管道内轴线上产生1T以上的磁场强度，使得各个电极即使对于慢速流动的多相流也能产生较强的可测量的电极信号；每个励磁线圈和电极的连接电路上都有一个由选通开关控制的电路，使得数据采集按照两种状态交替进行。

技术领域

本发明面向管道内以各种速度流动的多相流进行测量，属于电阻层析技术数据采集系统 设计和制作领域，具体涉及一对励磁项圈、共享电路和传统的电阻层析传感器的硬件系统三 部分。

背景技术

一般传统的单层(排)电阻层析数据采集系统是由一组等距分布的电极组成，其激励和测 量电极都是固定的，从而测量和采样位置也是固定的，因此对于管道内具有不同流速的多相 流是无法实现测速的。目前工程上已经采用过的改进方案有两类：一类是使用具有一定间距 的双层(排)电极组进行相关测速；另一类是通过一个独立的电磁流量计直接进行测速。但是 前一种方法使用的电极数目扩大了一倍，不仅增大了制作传感器的成本，而且双排电极由于 需要在管道上增加一倍的电极凿孔，极大减小了管道的耐压能力。同时，相关测速对于管道 内采样点的分辨率有较高的要求。如果采样点采样值差别过小，则无法测出准确流速。另一 方面,相关测速还要求两排测速电极之间必须有一定的距离,这显然会增大传感器的表头尺 寸,为安装和维护带来困难。而使用电磁流量计测速存在两个问题：首先，电磁流量计仅仅 具有一对相对的测量电极，电极信号容易收到各种扰动的影响，为此必须增加一段较长的直 通管道；同时，由于电磁流量计和电学层析是分别安装必然具有一定距离，因此测量的数值 不够同步，这对于变化较大的流型难以进行匹配并采取后续的干预和控制措施。

因此，改变上述测量方式的结构实现两者的互补和一体化融合很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可同时测速和测量浓度的一体化电阻层析传感器系统，解决现 有传感系统中测量不同步、不安全和不可靠的问题。本发明设计的新型传感器系统无需改变 当前传统的数据采集软件系统，实现已有资源既充分又经济的利用。技术方案如下：

一种电阻层析浓度与速度测量传感器系统，包括：两个励磁线圈、共享电路、电阻层析 传感器；其中，共享电路包含选通开关、滤波电路、放大电路和AD转换电路；而电阻层析 传感器由一组电极组成；电阻层析传感器包括一组分布在垂直于测量管道管径的平面上等距 分布的电极；两个励磁线圈分别固定在电阻层析传感器的正上方和正下方相对位置，贴管壁 放置；励磁线圈的匝数由测量管道的半径决定，匝数设置的原则是在管道内轴线上产生1T 以上的磁场强度，使得各个电极即使对于慢速流动的多相流也能产生较强的可测量的电极信 号；每个励磁线圈和电极的连接电路上都有一个由选通开关控制的电路，使得数据采集按照 两种状态交替进行:

1)速度测量状态：每个励磁线圈拥有一个单独的电路经由选通开关与电源相连；当励 磁线圈与电源相连时在管道内产生磁场，选通开关使共享电路经由串联有电阻的支路将感应 电流传递给电阻层析的数据处理系统；在此共享电路中串联的电阻将测量值降低一个数量 级，最终产生的测量数据用于流速计算。

2)浓度测量状态：当励磁线圈与电源处于断开状态时管道无任何磁场，产生用于电阻 层析计算的准恒定电流场，此时各个电极选通开关使共享电路直接将感应电流传递给电阻层 析的数据处理系统，产生的测量数据可用于浓度计算和测量物场的二维可视化。

本发明把电磁流量计与电阻层析传感器一体化集成，共享同一个数据控制和处理系统； 具有以下优势：相比于串联形式的电磁流量计和电阻层析系统成本低、安全性高(因为凿洞 少)、制作经济(一个传感器代替了原来的两个传感器且共享同一数字处理芯片)，从而可以实 现检测对象的稳定测量。