气液两相流时频域电磁测量模型构建方法

本发明属于流体测量，涉及一种基于电磁感应原理的测量方法，用于气液两相流相含率及电导率的非接触式测量。

背景技术：

1、气液两相流在工业过程中普遍存在，例如：石油开采、天然气输送、氢燃料电池等领域。基于电学法的气液两相流相含率和分布检测的方法包括电阻法、电容法、电磁法等。电阻法主要基于混合介质的电阻率与相含率的关系，通过测量两相流的电阻率来确定其含率，电阻传感器在导电流体中存在激励电流不足导致的测量信号微弱的问题；电容法通过混合介质的电容与相含率的关系，通过测量两相流的电容来计算相含率，但当两相介质的电导率较高时会影响测量的敏感度，且电容传感器则极易出现短路的问题。因此需要一种适应高温高压、长期稳定、开采效率高的技术。归类于电学检测法的涡流检测法凭借其非侵入、精度高，不受流体物性参数影响、测量无压损等优势，在管道多相流过程检测中具有较好应用前景，因此近年来受到国内外研究学者的广泛关注。

2、涡流检测法是一种基于电磁感应原理的非侵入式检测方法，通过测量涡流引起的电磁场变化来获取被测介质的相关参数，包括时域电磁法(即瞬变电磁法、脉冲涡流法tem)和频域电磁法(fdem)，瞬变电磁法观测二次磁场是在一次磁场发射的间隔期内进行，可排除一次磁场背景影响，从最初的激励脉冲到感应涡流场都由多种频率信号共同作用；频率域电磁法激发的谐变场仅由一种频率的涡流场决定，两者具有不同的测量原理。目前已有方法受流体电导率变化的影响较大，需要对流体电导率基准进行标定后才能进行准确测量，尚缺乏对未知液相参数的水平封闭管道气液两相流的有效检测方法。考虑到被测管道两相流的封闭性，如何采用时域频域电磁双模式测量水平管道气液两相流内水相含率及电导率参数是值得思考的问题。

技术实现思路

1、本发明提出一种气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，利用时域与频域双模式电磁测量方法检测水平管气液两相流液相含率及电导率，在分析液相分布对电磁响应测量影响的基础上，构建了更为准确的气液两相流参数测量模型，具有非侵入、测量方便等优点，本发明的技术方案如下：

2、一种气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，包括下列步骤：

3、(1)建立气液两相流频域电磁测量法：向激励线圈施加较高固定频率的正弦电压信号，记为u0，测量检测线圈的感应电压信号，记为u1；将u0和u1输入相位检测单元，获得两信号间的相位差φp；

4、(2)建立气液两相流时域电磁测量法：向激励线圈施加较低固定频率的脉冲激励信号，测量检测线圈的感应电压信号的二次峰值，记为us；

5、(3)分别采用步骤(1)的频域电磁测量法和步骤(2)的时域电磁测量法，对管段内不同电导率σw及含水率αw的气液两相流进行测量，获取相应的测量参数φp和us；

6、(4)采用步骤(3)中给定的σw和αw，以及相应的测量参数和us，对公式(1)中的双参数测量模型进行标定，计算系统参数：

7、

8、式中，a、b、c、d、l、m为系统参数。

9、进一步的，步骤(1)中，向激励线圈施加≥1mhz固定频率的正弦电压信号。

10、进一步的，步骤(1)中，向激励线圈施加1mhz固定频率的正弦电压信号。

11、进一步的，步骤(2)中，向激励线圈施加≤10khz固定频率及占空比为1～5％的脉冲激励信号。

12、进一步的，步骤(2)中，向激励线圈施加10khz固定频率及占空比为1％的脉冲激励信号。

13、进一步的，步骤(3)中，σw的取值包括但不仅限于0.5s/m、1s/m、1.5s/m、2s/m、3s/m；αw的取值包括但不仅限于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。

14、进一步的，系统参数计算方法，包括但不仅限于最小二乘法、粒子群算法、退火算法、遗传算法。

15、本发明采取以上技术方案，其具有以下优点：

16、(1)本发明中使用电磁方法对水平管道气液两相流进行测量，可以实现非侵入式探测液相参数(相含率、电导率)。

17、(2)利用时域与频域两种电磁方法，可以实现对无法获取液态参数的封闭管道的测量，实现了在无需对电导率进行标定下液相含率的检测。

18、(3)本发明采用正弦交变和脉冲两种激励模式，能够同时获取时域及频域电磁模态下的信息，从而实现管道气液两相流液态参数的准确测量。

技术特征：

1.一种气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，其特征在于，步骤(1)中，向激励线圈施加≥1mhz固定频率的正弦电压信号。

3.根据权利要求1所述的气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，其特征在于，步骤(1)中，向激励线圈施加1mhz固定频率的正弦电压信号。

4.根据权利要求1所述的气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，其特征在于，步骤(2)中，向激励线圈施加≤10khz固定频率及占空比为1～5％的脉冲激励信号。

5.根据权利要求1所述的气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，其特征在于，步骤(2)中，向激励线圈施加10khz固定频率及占空比为1％的脉冲激励信号。

6.根据权利要求1所述的气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，其特征在于，步骤(3)中，σw的取值包括但不仅限于0.5s/m、1s/m、1.5s/m、2s/m、3s/m；αw的取值包括但不仅限于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。

7.根据权利要求1所述的气液两相流时频域电磁测量模型构建方法，其特征在于，系统参数计算方法，包括但不仅限于最小二乘法、粒子群算法、退火算法、遗传算法。

技术总结
本发明涉及一种液两相流时频域电磁测量模型构建方法，包括下列步骤：建立气液两相流频域电磁测量法：向激励线圈施加较高固定频率的正弦电压信号，记为U<subgt;0</subgt;，测量检测线圈的感应电压信号,获得两信号间的相位差；建立气液两相流时域电磁测量法：向激励线圈施加较低固定频率的脉冲激励信号，测量检测线圈的感应电压信号的二次峰值；分别采用频域电磁测量法和时域电磁测量法，对管段内不同电导率及含水率的气液两相流进行测量，获取相应的测量参数；对双参数测量模型进行标定，计算系统参数。

技术研发人员：谭超,闫舒婷,任尚杰,董峰
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1