[發明專利]一種非接觸式氣液固三相鼓泡床相含率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710013579.9
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106872526B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 王保良;張凱;黃志堯;冀海峰;李海青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種非接觸式氣液固三相鼓泡床相含率測量裝置與方法。包括電阻測量傳感器、聲波檢測探頭、電阻信號采集處理模塊、聲信號采集處理模塊以及微型計算機。其中，電阻測量傳感器包括12個矩形金屬電極和絕緣管道兩部分，聲波檢測探頭安裝在絕緣管道外部。電阻信號采集處理模塊提供交流激勵信號，同時也接收處理檢測信號。聲信號采集處理模塊接收處理聲波信號。利用流體的電阻信息得到氣液固三相流中的液相含率，利用聲信號中的低頻信息得到氣相含率，從而獲得三相各相含率。本發明是一種非接觸測量鼓泡床三相流相含率的方法，具有結構簡單、安裝方便等優點，避免了破壞管道與影響流體等問題。

技術領域

本發明涉及檢測技術領域，尤其涉及一種非接觸式氣液固三相鼓泡床相含率測量的方法。

背景技術

多相流廣泛存在工業生產和日常生活各個領域中，如石油傳輸與催化、污水處理、食品生產等，研究與檢測多相流參數對人類生活至關重要。相含率是指多相流體中各個分相所占的比重，是多相流體系中的一個重要參數，相含率的準確檢測對于多相流動機理研究和狀態監測有著重要的意義。鼓泡床是一種常見的多相反應器，在工業領域中的應用十分廣泛,如利用三相鼓泡床制備甲醇。在鼓泡床中，液體為連續相，氣體從底部通入，床內往往存在固體催化顆粒，是典型的氣液固三相流體系，對其三相相含率的測量對工業生產有著重要的意義。

然而目前大多數相含率測量方法僅僅是針對兩相流體系(如：一種氣液兩相流相含率及分相流量檢測裝置和檢測方法，專利公開號：CN105890693A)或者是三相流體系中的某單一相相含率(如：用于油-氣-水三相環流參數的測量方法及其傳感器，專利公開號：CN106092225A)，無法獲取三相流中每一相的相含率。少數方法(如：一種光纖電導一體化探針傳感器，專利公開號：CN204476404U)通過結合兩種方法獲取的信息得到三相流的每一相相含率，但是其傳感器與被測流體接觸，存在著干擾流場和傳感器腐蝕等問題，使用場合受限。

本發明針對現有的三相流相含率測量的現狀，提出了一種非接觸式氣液固三相鼓泡床相含率測量裝置與方法。本發明使用的相含率方法在已有專利(非接觸式一體化電容/電阻雙模態層析成像測量裝置及方法，專利公開號：CN103235013A)的基礎上，不采用傳統的通過圖像重建獲取相含率的方法，直接利用測量流體電阻值建立相含率測量模型，可以有效提高相含率測量精度。該方法首先通過非接觸電極檢測包含被測流體電阻信息和電極管壁耦合電容信息的信號，然后利用相敏解調的方法對信號進行處理，得到其實部信息，即流體的電阻信息。利用電阻信息計算得出三相流中的導電相(液相)和不導電相(氣相和固相)的相含率。同時氣液固三相流體中，氣相的聲信息與固相的聲信息分布在不同的頻段，通過提取聲信號中的低頻氣相信息，計算得到三相流中的氣相相含率。綜合以上兩種信息，得到三相流中的每一相相含率。本發明中電阻和聲信號的測量都無需與流體接觸，有效避免了傳感器腐蝕與干擾流場等問題，安裝簡便，具有廣泛的適用性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單且可行的非接觸氣液固三相鼓泡床相含率測量裝置和方法。

本發明首先公開了一種非接觸式氣液固三相鼓泡床相含率測量裝置，包括電阻測量傳感器、聲波檢測探頭、電阻信號采集處理模塊、聲信號采集處理模塊、微型計算機；電阻測量傳感器與電阻信號采集處理模塊的一端相連，聲波檢測探頭與聲信號采集處理模塊的一端相連，電阻信號采集處理模塊和聲信號采集處理模塊分別與微型計算機相連。

優選的，所述的電阻測量傳感器包括有12個矩形金屬電極和絕緣管道，12個矩形金屬電極等間距地環繞在絕緣管道外壁，電阻信號采集處理模塊與每個金屬電極相連，依次對每個電極施加交流激勵信號，在剩余電極處接收檢測信號。

本發明還公開了一種所述非接觸式氣液固三相鼓泡床相含率測量裝置的電阻測量方法，其具體步驟如下：