[實用新型]基于電容和互相關法的微管氣液兩相流速測量裝置

無效

• 申請號: 200820083196.5
• 申請日: 2008-02-04
• 公開（公告）號: CN201177634Y
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 姜娓娓;黃志堯;冀海峰;王保良;李海青;何潮洪
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P5/08;G01P5/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本實用新型涉及計量技術領域，尤其涉及一種基于電容和互相關法的微管氣液兩相流速測量裝置。

背景技術

兩相流廣泛存在于石油化學工業等領域之中，氣液兩相流作為一種典型的兩相流動現象，在生產實際當中非常普遍。對氣液兩相流進行深入研究常常需要測量其流速、空隙率等參數。由于兩相流動系統的復雜性，這些參數的連續在線檢測往往十分困難。

微型系統內的兩相流現象是當今的一個研究熱點，受到越來越多的關注與重視，例如微型管道反應器在諸多工業領域中得到了廣泛的研究應用，微型管道中兩相流參數的檢測也成為多相流參數檢測領域的一個新方向。流速作為兩相流現象的重要參數，對其進行連續在線檢測具有很重要的實際意義。目前，對微型管道中兩相流速的檢測主要有兩種方法：高速圖像攝影法和光學法。這些方法尚處在實驗室研究階段，雖然有一定的可行性，依然不夠成熟完善，難以在實際工業環境中得到應用。工業條件下微型管道中兩相流速的檢測目前還缺乏行之有效的方法，需要進一步研究。

電容法歷史悠久，具有結構簡單，成本低廉的特點，便于工業應用。電容法主要獲得非導電介質的空隙率信息，已在常規尺度下成功運用，但對于毫米級微型管道環境，尤其是管徑在5mm以下的微型管道中，鮮有文獻報道。電容法與互相關測速原理相結合可以實現對氣液兩相流體速度的非侵入式在線測量，目前在微型管道氣液兩相流速測量中未見使用。

本實用新型針對當前微型管道內氣液兩相流速檢測的發展現狀，提出基于電容法和互相關測速原理的測量方案，設計出一套裝置，包含電容傳感器、電容電壓轉換電路、數據采集電路和計算機，可以實現對毫米級微型管道內非導電氣液兩相流體流速的連續在線測量。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種穩定、可靠的基于電容和互相關法的微管氣液兩相流速測量裝置。

基于電容和互相關法的微管氣液兩相流速測量裝置包括管徑為毫米級的絕緣微型測量管道，在管道的外圍安裝有兩個結構相同的電容傳感器，電容傳感器與電容電壓轉換電路相連接，兩個電容傳感器分別與第一電容電壓轉換電路、第二電容電壓轉換電路相連接，轉換電路通過數據采集電路與計算機相連接，電容傳感器由兩片對稱的金屬電極構成，分別為激勵端和檢測端，兩電極互相對稱并且緊貼絕緣微型測量管道的外壁安裝，電極與導線相連接，整個測量管道外側均勻包圍金屬屏蔽層。

所述的第一電容電壓轉換電路和第二電容電壓轉換電路結構相同，連接方式均為第一電子開關一端和第二開關一端經過電容傳感器與第三電子開關的一端、第三電容的一端、第一運算放大器反向輸入端相連接，第二開關另一端接地，電容傳感器兩端分別與第一電容一端、第二電容一端相連接，第一電容另一端和第二電容另一端接地，第一運算放大器輸出端與第一電阻一端，第三電容另一端，第三開關另一端相連接，第一電阻另一端與第二電阻一端，第二運算放大器反向輸入端相連接，第一運算放大器正向輸入端和第二運算放大器正向輸入端接地，第二運算放大器輸出端與第二電阻另一端、第一采樣保持器輸入端，第二采樣保持器輸入端相連接，第一采樣保持器輸出端與第四電容一端、差分放大器反向輸入端相連接，第二采樣保持器輸出端與第五電容一端、差分放大器正向輸入端相連接，差分放大器輸出端與第四電子開關一端相連接，第四電容和第五電容另一端均接地。

所述的數據采集電路為：數字信號處理器分別與A/D轉換器、可編程增益放大器、儀表放大器、D/A轉換器、復雜可編程邏輯器件、USB通訊模塊相連接，D/A轉換器依次與儀表放大器、可編程增益放大器、A/D轉換器相連接，復雜可編程邏輯器件分別與D/A轉換器、儀表放大器、可編程增益放大器、A/D轉換器相連接，復雜可編程邏輯器件分別與D/A轉換器、儀表放大器、可編程增益放大器、A/D轉換器相連接。

本實用新型可用于對毫米級微型管道內非導電氣液兩相流速進行在線測量，相應的裝置具有結構簡單、非侵入對管道內氣液兩相流動無影響、成本低等優點，適用于微型管道中非導電氣液兩相流速的連續在線測量。

附圖說明

圖1是基于電容和互相關法的微管氣液兩相流速測量裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型的電容傳感器沿管線方向的剖面圖；

圖3是本實用新型的電容傳感器沿管截面方向的剖面圖；

圖4是本實用新型的數據采集電路方框圖；

圖5是本實用新型的電容電壓轉換電路圖。

圖中：計算機1、數據采集電路2、第一電容電壓轉換電路3、第二電容電壓轉換電路4、金屬屏蔽層5、電容傳感器6、絕緣微型測量管道7、導線8、激勵端電極9、檢測端電極10。