[發明專利]雙內外環形電容傳感器及兩相流流速相關測量系統

無效

• 申請號: 200710057356.9
• 申請日: 2007-05-17
• 公開（公告）號: CN101251398A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 張濤;葉佳敏;陳超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01F1/56
• 分類號: G01F1/56
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明屬于流體測量技術領域，具體涉及氣-液，氣-固，液-固，液-液等兩相流體的流速測量。

背景技術

兩相流是指兩相物質(至少一相為流體)所組成的流動系統。若流動系統中物質的相態多于兩個，則稱為多相流，兩相或多相流是化工生產中為完成相變傳質和反應過程所涉及的最普遍的粘性流體流動。有相變時的傳熱、塔設備中的氣體吸收、液體精餾、液體萃取以及攪拌槽或鼓泡塔中的化學反應過程等，都涉及兩相流。石油工業中對油氣水三相流的測量中利用分離裝置對流體進行初步分離后得到的也是兩相流流體。兩相流流體分為氣-液，氣-固，液-固，液-液等，為了工業現場的應用要求，需要對兩相流的流量進行較為準確的計量。互相關技術是目前在測量兩相流流速中應用比較廣泛的方法，由于這種方法自身原理的限制，得到的相關流速和流體真實流速之間有一定的誤差，影響了測量精度。

申請號為200510045977.6的發明專利申請提出一種基于電容傳感器和相關技術的固液兩相流流量電容實時檢測裝置，雖然這種方法對電容值進行相關分析再做相應的處理，但該裝置存在以下的缺點：(1)僅適用于固液兩相流測量(2)未對流體進行預處理，流入電容傳感器的流體可能存在較大的速度滑移(3)該方法采用的電容傳感器以及電容檢測電路的精確度還有待于提高。申請號為200510046171.9的發明專利提出了一種基于多傳感器、電容值的互相關和超聲波互相關分析的兩相流流速測量方法，雖然這種方法對電容和超聲兩路的值進行相關分析再做相應的處理，但是它沒有分析相關方法在兩相流流速測量中誤差產生的原因，因而沒有從流量傳感器部分給出解決測量誤差的方法，沒有從根本上解決問題。此外，傳統的用于測量流體流速的電容傳感器由兩個半環形的電極構成，兩個電極之間電場分布不均勻，流場的分布情況對流速測量有很大影響。鑒于此，本發明從兩相流流體本身的物理特性出發，深入研究利用相關方法進行兩相流流速測量的本發明利用流體的電學性質提出了一套新的測量兩相流流速的方案，該測量系統引入了新型的流量測量傳感器和相關信息處理方法，易于實現，便于現場應用。

發明內容

本發明針對上述現有的兩相流流速測量方法的弊端，提出一種能夠大大消除流場分布不均勻，提高測量精度的電容傳感器結構，并設計了基于此種電容傳感器的相關式兩相流流速測量系統。

本發明的電容傳感器的技術方案如下：

一種流速測量雙內外環形電容傳感器，包括測量管道，分別設置在測量管道上游和下游的兩個相同的電容傳感器，其特征在于，在測量管道的中軸線上固定有圓柱型電極載體，上游電容傳感器和下游電容傳感器的兩個內環電極分別固定在圓柱型電極載體外，其兩個外環電極分別固定在與兩個內環電極位置相對應的測量管道內壁上。

在測量管道的入口處最好設置有靜態混合器。

本發明還提供一種采用上述電容器結構的兩相流流速相關測量系統，技術方案如下：

一種基于雙內外環形電容傳感器的兩相流流速相關測量系統，包括雙內外環形電容傳感器、傳感器信號采集電路、相關信號處理電路，其中，

雙內外環形電容傳感器包括測量管道，分別設置在測量管道上游和下游的兩個相同的電容傳感器，其特征在于，在測量管道的中軸線上固定有圓柱型電極載體，上游電容傳感器和下游電容傳感器的兩個內環電極分別固定在圓柱型電極載體外，其兩個外環電極分別固定在與所述的兩個內環電極位置相對應的測量管道內壁上；

傳感器信號采集電路包括振蕩激勵信號模塊、上游和下游電容信號采集電路、上游和下游電容信號處理電路；由振蕩激勵信號模塊分別向雙內外環形電容傳感器施加相同的激勵信號；上游、下游信號處理電路分別采集上游和下游電容傳感器的信號，并經過程控放大處理后將其傳送到相關信號處理電路；

相關信號處理電路包括作為從機的DSP和作為主機的單片機及其外圍電路，由單片機采集上游和下游電容傳感器的信號，送入DSP中進行互相關運算，得到管道內兩相流體的流速。

在上述的技術方案中，雙內外環形電容傳感器最好還包括設置在測量管道入口處的靜態混合器。

振蕩激勵信號模塊可以包括自激振蕩源及分別與其相連的上游和下游延遲開關電路，自激振蕩源產生的方波信號分別經由上游和下游延遲開關電路后加載在上游和下游電容傳感器上。