[發明專利]一種兩相流分相含率電導式傳感器及其結構參數優化方法

有效

• 申請號: 200810153742.2
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101419180A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 王化祥;曹章
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/08
• 分類號: G01N27/08
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司
• 代理人: 呂志英

1.一種兩相流分相含率電導式傳感器，該傳感器串接在兩相流的管路 中，包括有激勵電極對和測量電極對，其特征是：該傳感器還包括有導電環 層(1)，所述激勵電極對(2)和測量電極對(3)附著于導電環層(1)上； 所述激勵電極對(2)和測量電極對(3)相對于導電環層(1)徑向上對稱 設置，并按180度角螺旋分布，所述導電環層(1)的軸向長度大于或等于激 勵電極對(2)及測量電極對(3)的軸向長度。

2.根據權利要求1所述的傳感器，其特征是：所述激勵電極對(2)和 測量電極對(3)中的電極，其寬對應的橫截面圓心角小于5度，以利于提 高電壓測量的空間分辨率。

3.根據權利要求1所述的傳感器，其特征是：所述激勵電極對(2)及 測量電極對(3)的軸向長度相同。

4.一種基于權利要求1所述的兩相流分相含率電導式傳感器結構參數 優化方法，該方法包括以下步驟：

a.所述傳感器橫截面上，任意一點靈敏度計算

在所述傳感器同一橫截面上，相對于初始電極分布，逆時針旋轉角度為 β_E的激勵電極對，與逆時針旋轉角度為β_M的測量電極對的共同作用下，橫 截面位置z點處的靈敏度S(z)的計算公式為：

S(z)=E2(z)βE‾·E2(z)βM‾dI]]>

式中：z＝x+yi為傳感器橫截面上二維坐標的復數表示，其中x，y分 別為傳感器橫截面上二維坐標的橫坐標和縱坐標；為在相對于初始 電極分布，逆時針旋轉角度為β_E的激勵電極對，與逆時針旋轉角度為β_M的 測量電極對的共同作用下，位置z＝x+yi處電場強度的共軛函數；

為在相對于初始電極分布，逆時針旋轉角度為β_M的激勵電極對， 與逆時針旋轉角度為β_E的測量電極對的共同作用下，位置z＝x+yi處電場強 度的共軛函數；dI為流經激勵電極的電流；

和的點乘運算為內積運算；

b.計算整個傳感器內，靈敏度在二維橫截面上的平均值

由于在整個傳感器內，敏感區域z點處對應軸向方向上，相含率的靈敏 度公式為：

Sp(z)=∫0πE2(z)βE‾·E2(z)βM‾V2dβE]]>

c.計算描述靈敏場分布的均勻度參數NU

優化時對結構參數進行歸一化處理，令r₁＝1，則r₂＝r₂/r₁根據下式

NU=Max(Sp(z))|z|≤r2-Min(Sp(z))|z|≤r2Min(Sp(z))|z|≤r2]]>

式中：r₂為取導電環層(1)的內徑，z＝x+yi為傳感器橫截面上二維 坐標的復數表示；為測量區域|z|≤r₂內靈敏度的最大值， 為測量區域|z|≤r₂內靈敏度的最小值；

d.通過數值尋優，計算得到優化的結構參數

在導電環層(1)的電導率σ₁，傳感器敏感場區域為一種均勻物質時的 電導率σ₂，r₂為取導電環層(1)的內徑，測量電極對(3)和激勵電極對(2) 的張角參數部分已知的情況下，對均勻度參數NU進行數值尋優，能夠計算 得未知參數的優化值。