专利名称：一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及气液两相流相含率测量技术，尤其涉及一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法。
背景技术：
气液两相流广泛存在于石油、化工、能源、动力等众多工业过程中。相含率是表征气液两相流特性的重要参数之一，它的在线测量对于两相流系统的状态监控、实时控制、安全运行、节能增效等均有重要的作用。目前虽有很多的相含率测量方法，但是由于气液两相流流动的复杂性，现有的检测方法还未能满足工业中的实际应用需求，相含率的在线测量方法仍需进一步的研究发展。在两相流参数测量领域，基于电导和电容检测的气液两相流相含率测量是两相流研究领域的主要方面。目前已有多种电导检测技术应用于两相流相含率的测量。然而，现有的电导检测技术主要为接触式电导测量方法，主要用于气液两相流体连续相导电的气液两相管流，传感器电极安装于被测管道内壁，电极表面与管道内被测流体直接接触，易发生电极极化、电化学腐蚀等问题，从而对测量造成了一定的影响，其实际的应用也受到了限制。基于电容检测的气液两相流相含率传感器电极安装于被测管道外壁周围，其电极可避免与被测流体接触。但是，基于电容的检测方法主要用于气液两相流体连续相为非导电液体的测量。电容耦合式非接触电导测量技术是一种新型的非接触式电导测量技术。其电极不与流体直接接触，有效地避免了传统接触式电导测量方法存在的电极极化和电化学腐蚀等问题，而且具有结构简单、鲁棒性好等优点。然而，目前该技术的研究与应用主要局限于分析化学等领域中毛细管或以下管径溶液电导、离子浓度等的测量，在气液两相流相含率测量方面的应用还处于起步阶段，文献报道还比较少。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可行的、有效的非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法。非接触式电导气液两相流相含率测量装置包括交流激励源、第一电感模块、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、绝缘管道、第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极、第四电子开关、第五电子开关、第六电子开关、电子开关控制逻辑电路、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第三信号处理模块、数据采集模块、微型计算机、第二电感模块、第三电感模块；第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极均匀分布在绝缘管道外壁周围，第一电极与第二电子开关的一端相连，第二电极与第一电感模块的一端相连，第三电极与第三电子开关的一端相连，第四电极与第二电感模块的一端相连，第五电极与第一电子开关的一端相连，第六电极与第三电感模块的一端相连，第一电子开关的另一端、第二电子开关的另一端、第三电子开关的另一端分别与交流激励源相连，第一电感模块的另一端与第四电子开关的一端相连，第二电感模块的另一端与第五电子开关一端相连，第三电感模块的另一端与第六电子开关一端相连，第四电子开关的另一端与第一信号处理模块的输入端相连，第五电子开关的另一端与第二信号处理模块的输入端相连，第六电子开关的另一端与第三信号处理模块的输入端相连，第一电子开关的控制端、第四电子开关的控制端与电子开关控制逻辑电路的第一输出端相连，第二电子开关的控制端、第五电子开关的控制端与电子开关控制逻辑电路的第二输出端相连，第三电子开关的控制端、第六电子开关的控制端与电子开关控制逻辑电路的第三输出端相连，第一信号处理模块的输出端与数据采集模块的第一输入端相连，第二信号处理模块的输出端与数据采集模块的第二输入端相连，第三信号处理模块的输出端与数据采集模块的第三输入端相连，数据米集模块的输出端与微型计算机相连；第一电极、第三电极、第五电极为激励电极，第二电极、第四电极、第六电极为检测电极。非接触式电导气液两相流相含率测量方法的步骤如下I)六电极非接触式电导传感器由均匀分布在绝缘管道外管壁圆周上的六个电极组成，六个电子开关分为三对电子开关实现三种工作状态，三对电子开关分别为第一电子开关与第四电子开关、第二电子开关与第五电子开关、第三电子开关与第六电子开关，电子 开关控制逻辑电路由555定时器、移位寄存器、或非门组成，电子开关控制逻辑电路产生的顺序脉冲时序用于控制三对电子开关依次切换工作状态，使得三对电子开关依次处于闭合状态，当第一电子开关与第四电子开关处于闭合状态时，第二电子开关、第五电子开关、第三电子开关、第六电子开关断开，当第二电子开关、第五电子开关处于闭合状态时，第一电子开关、第四电子开关、第三电子开关、第六电子开关断开，当第三电子开关、第六电子开关处于闭合状态时，第一电子开关、第四电子开关、第二电子开关、第五电子开关断开；2)设置交流激励源的激励频率为f，输出电压为Uin,当第一电子开关与第四电子开关处于闭合状态时，第二电子开关、第五电子开关、第三电子开关、第六电子开关断开，由交流激励源、第一电子开关、第五电极、绝缘管道、第二电极、第一电感模块、第四电子开
关形成第一条交流通路，第一条交流通路的等效电路阻抗为2=&+<2^^ -其中，
L1S第一电感模块的电感，第一耦合电容仏为第五电极、绝缘管道与管道内流体形成的耦合电容，第二耦合电容C2为第二电极、绝缘管道与管道内流体形成的耦合电容，第一流体等效电阻Rxl为第五电极和第二电极间的流体的等效电阻，当交流激励源的激励频率为
A时，第一条交'流通路处于串联谐振状态，则第一条交'流通路的等效电路阻
2π y L1C1C2
抗虚部为零，第一条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性，当第二电子开关、第五电子开关处于闭合状态时，第一电子开关、第四电子开关、第三电子开关、第六电子开关断开，由交流激励源、第二电子开关、第一电极、绝缘管道、第四电极、第二电感模块、第五电子开关
形成第二条交流通路，第二条交流通路的等效电路阻抗为其中，
L2为第二电感模块的电感，第三耦合电容C3为第一电极、绝缘管道与管道内流体形成的耦合电容，第四耦合电容C4为第四电极、绝缘管道与管道内流体形成的耦合电容，第二流体等效电阻Rx2为第一电极和第四电极间的流体的等效电阻，当交流激励源的激励频率为
权利要求
1.一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置，其特征在于包括交流激励源(I)、第一电感模块(2)、第一电子开关(3)、第二电子开关(4)、第三电子开关(5)、绝缘管道(6)、第一电极(7)、第二电极(8)、第三电极(9)、第四电极(10)、第五电极(11)、第六电极(12)、第四电子开关(13)、第五电子开关(14)、第六电子开关(15)、电子开关控制逻辑电路(16)、第一信号处理模块(17)、第二信号处理模块(18)、第三信号处理模块(19)、数据采集模块(20)、微型计算机(21)、第二电感模块(22)、第三电感模块(23);第一电极(7)、第二电极(8)、第三电极(9)、第四电极(10)、第五电极(11)、第六电极(12)均匀分布在绝缘管道(6)外壁周围,第一电极(7)与第二电子开关(4)的一端相连,第二电极(8)与第一电感模块(2)的一端相连，第三电极(9)与第三电子开关(5)的一端相连，第四电极(10)与第二电感模块(22)的一端相连,第五电极(11)与第一电子开关(3)的一端相连,第六电极(12)与第三电感模块(23)的一端相连，第一电子开关(3)的另一端、第二电子开关(4)的另一端、第三电子开关(5)的另一端分别与交流激励源(I)相连，第一电感模块(2)的另一端与第四电子开关(13)的一端相连,第二电感模块(22)的另一端与第五电子开关(14) 一端相连,第三电感模块(23)的另一端与第六电子开关(15)—端相连，第四电子开关(13)的另一端与第一信号处理模块(17)的输入端相连,第五电子开关(14)的另一端与第二信号处理模块(18)的输入端相连，第六电子开关(15)的另一端与第三信号处理模块(19)的输入端相连,第一电子开关(3)的控制端、第四电子开关(13)的控制端与电子开关控制逻辑电路(16)的第一输出端相连，第二电子开关(4)的控制端、第五电子开关(14)的控制端与电子开关控制逻辑电路(16)的第二输出端相连，第三电子开关(5)的控制端、第六电子开关(15)的控制端与电子开关控制逻辑电路(16)的第三输出端相连,第一信号处理模块(17)的输出端与数据采集模块(20)的第一输入端相连，第二信号处理模块(18)的输出端与数据采集模块(20)的第二输入端相连，第三信号处理模块(19)的输出端与数据采集模块(20)的第三输入端相连，数据采集模块(20)的输出端与微型计算机(21)相连；第一电极(7)、第三电极(9)、第五电极(11)为激励电极，第二电极(8)、第四电极(10)、第六电极(12)为检测电极。
2.一种使用如权利要求1所述装置的非接触式电导气液两相流相含率测量方法，其特征在于它的步骤如下 1)六电极非接触式电导传感器由均匀分布在绝缘管道(6)外管壁圆周上的六个电极组成，六个电子开关分为三对电子开关实现三种工作状态，三对电子开关分别为第一电子开关(3)与第四电子开关(13)、第二电子开关(4)与第五电子开关(14)、第三电子开关(5)与第六电子开关(15)，电子开关控制逻辑电路(16)由555定时器(U1X移位寄存器(U2)、或非门(U3)组成，电子开关控制逻辑电路(16)产生的顺序脉冲时序用于控制三对电子开关依次切换工作状态，使得三对电子开关依次处于闭合状态，当第一电子开关(3)与第四电子开关(13)处于闭合状态时，第二电子开关(4)、第五电子开关(14)、第三电子开关(5)、第六电子开关(15)断开，当第二电子开关(4)、第五电子开关(14)处于闭合状态时，第一电子开关(3)、第四电子开关(13)、第三电子开关(5)、第六电子开关(15)断开，当第三电子开关(5)、第六电子开关(15)处于闭合状态时，第一电子开关(3)、第四电子开关(13)、第二电子开关(4)、第五电子开关(14)断开； 2)设置交流激励源(I)的激励频率为f，输出电压为Uin,当第一电子开关(3)与第四电子开关(13)处于闭合状态时，第二电子开关(4)、第五电子开关(14)、第三电子开关(5)、第六电子开关(15)断开，由交流激励源(I)、第一电子开关(3)、第五电极(11)、绝缘管道(6)、第二电极(8)、第一电感模块(2)、第四电子开关(13)形成第一条交流通路，第一条交流通路的等效电路阻抗为
全文摘要
本发明公开了一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法。包括交流激励源、绝缘管道、六个电极、电感模块、电子开关、电子开关控制逻辑电路、信号处理模块、数据采集模块以及微型计算机。本发明开发了一种六电极非接触式电导传感器，实现了将六电极非接触式电导传感器用于气液两相流体相含率的测量。本发明是一种适用于气液两相流体连续相为导电液体的新型非接触式电导测量技术，传感器电极不与流体直接接触，从而对气液两相流体的流型无影响，而且有效地避免了传统接触式电导测量方法存在的电极极化和电化学腐蚀等问题，并在一定程度上克服了流型变化对相含率测量的影响，为气液两相流体相含率测量提供一条有效的新途径。
文档编号G01N27/02GK103018285SQ201310005109
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者黄志尧, 常亚, 林翀, 王保良, 冀海峰, 李海青 申请人:浙江大学