[發明專利]氣水兩相流多參數測量方法和裝置

無效

• 申請號: 200910098237.7
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101556234A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 李霞;黃志堯;孟振振;王保良;冀海峰;李海青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01F1/34;G01N27/06;G01F1/36
• 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

本發明屬于計量技術領域，尤其涉及基于節流元件和陣列式電導傳感器的氣水兩相流多參數測量方法和裝置。

背景技術

氣水兩相流在能源、動力、化工等工業領域中廣泛存在，其流型、空隙率、干度(質量含氣率)和流量等參數的在線實時測量長久以來都是檢測計量領域的難題。雖然目前有很多氣液兩相流各參數測量的方法，但是由于兩相流體系的復雜性都還很難滿足實際工業現場的在線測量要求。由于兩相流的電導信號能夠表征其相含率和相分布的信息，電導傳感器在多相流領域的應用已經有較長的歷史，而陣列式電導傳感器能夠同時獲取兩相流系統在截面上的分布電導值，且對流場沒有干擾、安全性好，因而得到更多的關注和研究，例如電阻層析成像(Electrical?Resistance?Tomography)技術就是根據陣列式電導傳感器獲得的兩相流的電導信號進行相分布圖像的重建以實現流型辨識和空隙率測量的，但由于圖像重建精度和實時性能間的相互制約，其應用于實際測量時受到一定限制。

傳統單相流量計如孔板、文丘里、噴嘴等長久以來一直被廣泛地應用于氣液兩相流的測量，很多研究者針對節流元件提出了不少有價值的氣液兩相流測量關系式，這些關系式大多是干度和流量的關聯式，必須預先獲知其中一個參數才能測量得到另一個，而兩者都是兩相流系統中的測量難點，缺乏有效的解決方法，因此節流元件很多場合下無法單獨實現氣液兩相流參數的在線測量。

本發明利用傳統節流元件與陣列式電導傳感器的組合實現氣水兩相流流型、空隙率、干度、流量等多個參數的在線測量，測量系統具有結構簡單、壓損小、可靠性高、成本低、適用范圍廣等優點。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于節流元件和陣列式電導傳感器的氣水兩相流多參數測量方法和裝置。

氣水兩相流多參數測量方法包括如下步驟：

1)利用陣列式電導傳感器獲取氣水兩相流的電導信號，差壓變送器獲取節流元件處的差壓，壓力變送器獲取氣水兩相流的壓力，溫度變送器獲取氣水兩相流的溫度；

2)利用基于最小二乘支持向量機(LS-SVM)分類技術建立的流型分類器，根據電導信號判別氣水兩相流的實時流型；

3)根據流型判別結果，選擇該流型下基于最小二乘支持向量機回歸方法建立的相應空隙率測量模型，由電導信號計算氣水兩相流的空隙率；

4)根據流型判別結果，選擇該流型下經參數優化后的Butterworth關系式，由平均空隙率計算氣水兩相流的干度；

5)根據流型判別結果，選擇該流型下經參數優化后的Collins關系式，由干度和節流元件處的差壓計算氣水兩相流的總質量流量和分相流量。

所述的空隙率測量模型是采用最小二乘支持向量機回歸技術針對不同的流型分別建立的，對靜態實驗得到的電導信號和空隙率值進行LS-SVM回歸而得。所述的Butterworth關系式是基于原有Butterworth關系式針對不同的流型分別進行參數優化得到的，對測量得到的空隙率值和實際的干度值進行非線性函數的擬合優化而得。所述的Collins關系式是基于原有Collins關系式針對不同的流型分別進行參數優化得到的，對測量得到的干度值、差壓值和實際的兩相流流量值進行非線性函數的擬合優化而得。

氣水兩相流多參數測量裝置具有計量管道，在計量管道上依次安裝壓力變送器、溫度變送器、陣列式電導傳感器、節流元件，陣列式電導傳感器經電導測量及采集電路與計算機相連接，節流元件與差壓變送器相連接，差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器經數據采集電路與計算機相連接。

電導測量及采集電路具有相連接的激勵和測量模塊、雙向電流源模塊、信號采集和控制模塊和USB通訊模塊。激勵和測量模塊具有8個激勵和測量電路，并通過高頻屏蔽線與陣列式電導傳感器的電極相連。信號采集和控制模塊包括相連接的第一儀表放大器、模數轉換器、數字信號處理器、復雜可編程邏輯器件、數模轉換器，復雜可編程邏輯器件與模數轉換器、數模轉換器的控制端相連接，第一儀表放大器的輸入端分別與激勵和測量模塊、數模轉換器相連，數字信號處理器與USB通訊模塊相連以傳輸控制信號和電導信號。

激勵和測量模塊中的各個激勵和測量電路通過多路開關將雙向電流源模塊輸出的雙極性脈沖引入陣列式電導傳感器的相鄰電極間進行電流激勵。各相鄰的電極分別與相應的第二儀表放大器的兩個輸入端相連，第二儀表放大器的輸出端與正向采樣保持器、反向采樣保持器的輸入端相連，正向采樣保持器、反向采樣保持器的輸出端與差動放大器相連，差動放大器的輸出端經模擬開關接入信號采集和控制模塊。