[发明专利]一种管内低温流体空泡率测量装置及方法

权利要求书

1.一种管内低温流体空泡率测量装置，其特征在于包括测量区管壳(1)、电容采集电路板(2)、转接管道(3)、导电引针(4)、聚四氟乙烯绝缘套(5)、电极片(6)和密封铜圈(7)；

测量区管壳(1)为两端打通的圆筒状，两端分别通过法兰各连接一个转接管道(3)，测量区管壳(1)和转接管道(3)连接处的密封采用密封铜圈(7)填入法兰的密封槽内进行铜圈密封；聚四氟乙烯绝缘套(5)为两端打通的圆筒状，套在测量区管壳(1)的内侧，其外径等于测量区管壳(1)的内径；电极片(6)环向均匀分布，紧贴聚四氟乙烯绝缘套(5)的内表面；导电引针(4)一端焊接在电极片上，另一端焊接在电容采集电路板(2)上；

每片电极片(6)上焊接两个导电引针(4)，相邻两片电极片(6)各有一根导电引针(4)焊接在同一块电容采集电路板(2)上，导电引针(4)是沿径向伸出的，聚四氟乙烯绝缘套(5)和测量区管壳(1)分别在导电引针(4)伸出的位置上开有导电引针导出通孔b和导电引针导出通孔a，导电引针导出通孔b的孔径等于导电引针(4)的柱体直径，装配完成后对导电引针导出孔a和导电引针导出孔b与导电引针(4)的间隙进行胶封，导电引针(4)不能触碰到测量区管壳(1)；

所述的聚四氟乙烯绝缘套(5)的结构是整体一体加工的，其材料为聚四氟乙烯，其两个端面上有环装的伸出前沿，转接管道(3)与测量区管壳(1)配合的一侧端面上开有伸出前沿插槽，装配时聚四氟乙烯绝缘套(5)的伸出前沿插入转接管道(3)的伸出前沿插槽内。

2.如权利要求1所述的一种管内低温流体空泡率测量装置，其特征在于，所述的电极片(6)的数量大于等于8片，其形状为矩形内弯薄片，弯曲半径与聚四氟乙烯绝缘套(5)内径一致；聚四氟乙烯绝缘套内侧开有环向槽，环向槽的深度与电极片(6)的厚度一致，环向槽的宽度与电极片(6)的长度一致，电极片(6)嵌于环向槽内，轴向两端面紧贴环向槽的两个台阶面。

3.如权利要求1所述的一种管内低温流体空泡率测量装置，其特征在于，所述的测量区管壳(1)为导电金属材质，装置运行时测量区管壳(1)接地。

4.一种如权利要求1所述装置的管内低温流体空泡率测量方法，其特征在于：

采用静态标定的方式对已知空泡率的典型工况进行电容数据的静态采集，将采集的电容数据排列成为一个对称矩阵并将其归一化，利用主成分分析的思想提取矩阵的特征值排列成为特征值向量，每个工况都对应有一个特征值向量，然后采用支持向量回归的方法将该特征值向量与空泡率相关联，得到拟合公式；而后在进行待测管内低温流体空泡率测量时，得到待测空泡率情况下的电容数据的特征值向量，输入拟合公式即可得到空泡率；

其具体步骤如下：

1)电极片(6)的片数为N片,电极片在已知空泡率的典型工况下测量得到两两电极片间的电容，由于电极片a、b间电容与电极片b、a间电容相等，只需要测量电极片1-2，1-3，…，1-N，2-3，…，2-N，…，(N-1)-N间共个电容值；

2)将所有电容值C排列成为一个对称矩阵，

其中下标表示两片极片，即C_ab表示电极片a、b间的电容，其中主对角元上的元素等于同一行其他元素的和；

3)将电容值矩阵归一化，得到归一化矩阵ξ，

其中C_min、C_max分别为当管内填满低介电常数相和高介电常数相时的电容矩阵，求该归一化矩阵的特征值，得到特征值向量(λ₁,λ₂,…,λ_N)^T；

4)将特征值向量作为输入，空泡率作为输出，将所取的典型工况点的特征值向量和空泡率置入支持向量回归机中进行训练，得到拟合函数

其中l是用于训练的典型工况点的个数，y是空泡率，X是使用时测得的电容的特征值向量，X_i表示第i个典型工况点的特征值向量，K是核函数，α_i、β是训练参数，由此可以通过对某个待测空泡率情况的电容进行测量，排列成对称矩阵并将其归一化之后获取其特征值向量输入上述拟合公式得到空泡率的结果。

5.如权利要求4所述的管内低温流体空泡率测量方法，其特征在于，在取典型工况时，流型选择上需要涵盖环状流、泡状流、分层流和雾滴流；典型工况在空泡率的覆盖上需要从空泡率为0每隔一定间隔取值一直取到1。