[发明专利]一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统，涉及工业生产过程在线实时测量技术领域。包括高压脉冲发生器，提供激励脉冲；自发自收换能器，受激励脉冲的激励在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，接收管道的第一侧内壁反射回的第二超声信号；接收换能器，在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；声发射系统，与高压脉冲发生器同步触发；计算机，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域、幅值信息计算管道内液固两相流的温度和浓度等信息。本发明利用一只自发自收换能器和一只接收换能器分别布置在管道的两侧，通过发射和接收超声波，实现对管道材料的声速，管道内液固两相流的温度、浓度等多参数的一体化测量。

技术领域

本发明涉及工业生产过程在线实时测量技术领域，尤其涉及一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法。

背景技术

管道内的液固两相流在工业上和日常生活中是十分常见的，其中较为重要的是水煤浆的管道运输，作为煤炭运输方式的一次突破，它能在很大程度上解决由资源分布不均造成的煤炭运输问题。在此过程实现对管道材料、管道内液固两相流流动参数的测量就显得尤为重要，如对管道材料的声速的测量，可以探究运输管道的质量、是否有裂缝；对管道内液固两相流的流速、温度、颗粒物粒径、浓度等参数的测量，对于了解水煤浆的性质、质量，进而对输运参数进行实时调整，防止危险事故的发生具有重要作用。

对管道内的液固两相流进行测量，国内外已经有较多的研究，如光学法、电学法、差压法等，但是他们的应用都存在一定的限制，例如，对于光学法，其不能应用于浓度较高的情况，因为会对光学镜头造成污染，而且光学仪器大多造价昂贵，不适用于环境复杂的工业现场；对于电学法，以电容法为例，其极易受到环境中电磁干扰的影响，因而应用范围比较有限。鉴于声音在传播中具有比光更强的穿透能力，且不受颗粒浓度的影响，加之其波长通常远大于微米级颗粒，受散射效应影响较小，并且声学仪器价格低廉、使用方便，使得声学方法在两相流的测量中起到越来越重要的作用。

目前，对于超声法在液固两相的测量还局限在单参数的测量，如参见申请号为CN201921543377.6的实用新型专利，其公开了一种测量气固或液固两相流中速度的方法；参见申请号为CN201911399576.9的发明专利，其公开了一种研究液固两相流中固体颗粒分布的装置及方法。但是对于两相流中多参数的同时测量还鲜见报道，而在工业环境中,实时测量出更多的参数对于调节生产过程、提高经济效益具有重要作用，因此实现对多个参数的一体化测量具有重要的研究意义及发展前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法，以解决背景技术中提到的至少一个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统，包括

高压脉冲发生器，提供激励脉冲；

对向设置在管道外壁两侧的自发自收换能器和接收换能器，所述自发自收换能器受激励脉冲的激励在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，同时接收该第一超声信号于管道的第一侧内壁反射回的第二超声信号，所述接收换能器在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；

声发射系统，与高压脉冲发生器同步触发，同步接收第一超声信号、第二超声信号与第三超声信号，并其进行预处理后发送给计算机；

计算机，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域信息计算管道内液固两相流的温度；根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用一只自发自收换能器和一只接收换能器分别布置在管道的两侧，通过发射和接收超声波，实现对管道材料的声速，管道内液固两相流的温度、浓度等多参数的一体化测量。

进一步的，所述液固两相流的温度计算过程如下：