电感模块6、相敏解调模块7、数据采集模块8、计算机9;交流激 励源1与电感模块6的一端相连接，电感模块6的另一端与电阻抗测量传感器10的激励信 号输入端相连，电阻抗测量传感器10的检测信号输出端与相敏解调模块7的一端相连，相 敏解调模块7、数据采集模块8、计算机9顺次相连。
[0024] 如图2所示，作为所述的电阻抗测量传感器10的一种优选结构，具体组成及连接 方式如下：
[0025] 电阻抗测量传感器10由金属屏蔽罩2、激励电极3、检测电极4和绝缘管道5组成， 两电极片尺寸相同，为径向凹形电极，于绝缘管道5外壁呈对称分布，激励电极3由穿过金 属屏蔽罩2的导线引出激励信号输入端与电感模块6相连，检测电极4由穿过金属屏蔽罩 2的导线引出检测信号输出端并与相敏解调模块7相连，金属屏蔽罩2接地。
[0026] 利用该装置和方法测量流体电阻抗的流程为：在管道内为单相导电流体的情况下 获得交流激励源1输出交流电压信号的频率，交流电压信号通过电感模块6加在激励电极 3上，在检测电极4得到的电流信号由相敏解调模块7进行处理，通过数据采集模块8将输 出的电压信号传输到计算机9上并显示。
[0027] 如图3所示，当绝缘管道内为导电流体时，在交流激励信号作用下，传感器等效电 路模型为，激励电极与绝缘管道内的导电流体通过管壁形成耦合电容Cxl，绝缘管道内两个 电极间的导电流体可以等效成电阻抗Z。，检测电极与绝缘管道内的导电流体通过的管壁形 成耦合电容Cx2，三者构成串联交流测量通路。
[0028] 如图4所示，流体电阻抗测量装置的电阻抗检测等效电路为：交流激励源1的一端 与电感L的一端相连，电感L的另一端与激励电极3和绝缘管道5内的导电流体所形成的 第一親合电容Cxl的一端相连，第一親合电容Cxl的另一端与激励电极3和检测电极4之间 的导电流体的等效电阻抗Z。的一端连接，等效电阻抗Z。的另一端与检测电极4和绝缘管道 5内的导电流体所形成的第二耦合电容Cx2的一端连接，第二耦合电容Cx2的另一端将反映 流体等效电阻抗的电流信号输出到相敏解调模块。
[0029] 流体电阻抗测量方法的步骤如下：
[0030] 1)对于绝缘管道内的导电流体，其检测电路的等效阻抗为其 中，f为交流激励源的激励电压1^的频率，Z。为激励电极和检测电极之间的导电流体的 等效电阻抗，L为电感模块的电感值，Cxl为激励电极和管道中导电流体经过绝缘管道所形 成的耦合电容，Cx2为检测电极和管道中导电流体所形成的耦合电容。其中导电流体的等 效电阻抗为待检测的值，耦合电容Cxl和Cx2为干扰测量的背景信号，当激励信号的频率为
，电感模块产生的感抗与耦合电容产生的容抗相互抵消，检测电路的等效 阻抗即为绝缘管道内导电流体的等效阻抗，Z=Z。；
[0031] 2)已有研究表明，在绝缘管道内充满单相导电流体且激励频率较低（小于1MHz) 的情况下，两电极间流体等效电阻抗的容性成分作用可以忽略，即电阻抗可等效为一电阻。 因此，在实际测量时，将管道内充满单相导电流体，调节激励信号的频率检测电路处于谐振 状态，即可得到满足电感模块产生的感抗与耦合电容产生的容抗相互抵消时激励信号的频 率
[0032] 3)当管道内为其他流体，例如气液两相流，设置激励信号的频率为f。，此时导电流 体的等效阻抗为检测电路的总阻抗。之后，相敏解调模块通过检测电极获得包含流体电阻 抗信息的电流ic，经过电流电压转换等一系列处理后利用交流激励源提供的同相参考信号 和正交参考信号进行相敏解调，即可得到两组分别反映流体电阻抗实部和虚部的输出电压 信号。
【主权项】
1. 一种基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置，其特征在于包括交流激励源 (1)、电阻抗测量传感器（10)、电感模块（6)、相敏解调模块（7)、数据采集模块（8)、计算机 (9);交流激励源（1)与电感模块（6)的一端相连接，电感模块（6)的另一端与电阻抗测量 传感器（10)的激励信号输入端相连，电阻抗测量传感器（10)的检测信号输出端与相敏解 调模块（7)的一端相连，相敏解调模块（7)、数据采集模块（8)、计算机（9)顺次相连。2. 根据权利要求1所述的基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置，其特征在于 所述的电阻抗测量传感器（10)的结构为： 电阻抗测量传感器（10)由金属屏蔽罩（2)、激励电极（3)、检测电极（4)和绝缘管道 (5)组成，两电极片尺寸相同，为径向凹形电极，于绝缘管道（5)外壁呈对称分布，激励电极 (3)由穿过金属屏蔽罩（2)的导线引出激励信号输入端与电感模块（6)相连，检测电极（4) 由穿过金属屏蔽罩（2)的导线引出检测信号输出端并与相敏解调模块（7)相连，金属屏蔽 罩⑵接地。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置。传感器由金属屏蔽罩、激励电极、检测电极和绝缘管道组成。交流激励源通过激励电极提供正弦激励信号并且同时为相敏解调模块提供同相参考信号和正交参考信号。激励电极与检测电极外部安装一个金属屏蔽罩。利用电感模块产生的感抗消除电极与导电流体形成耦合电容容抗的影响，使检测电路的总阻抗等于管道内流体的等效阻抗，然后利用相敏解调分别获取流体电阻抗的实部信息和虚部信息。本实用新型为非接触流体电阻抗测量提供了一种可行途径，能够同时获得流体电阻抗信号的实部与虚部信息，同时具有传感器结构简单、安装方便、非侵入、避免电化学腐蚀、对管道内流体流动无影响等优点。
【IPC分类】G01R27/22
【公开号】CN205080194
【申请号】CN201520873124
【发明人】沈明琪, 冀海峰, 常亚, 宋悦, 王保良, 黄志尧, 李海青
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月4日