[發明專利]一種測量兩相流相含率的電容式傳感器及其結構參數優化方法在審
| 申請號： | 201810867840.6 | 申請日： | 2018-08-02 |
| 公開（公告）號： | CN108828028A | 公開（公告）日： | 2018-11-16 |
| 發明（設計）人： | 黃曉清 | 申請（專利權）人： | 深圳市聯恒星科技有限公司 |
| 主分類號： | G01N27/22 | 分類號： | G01N27/22 |
| 代理公司： | 北京市誠輝律師事務所 11430 | 代理人： | 范盈 |
| 地址： | 518057 廣東省深圳市南山區*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 兩相流 相含率 電容式傳感器 結構參數優化 氣液兩相流 測量 傳感器結構參數 層析成像技術 實時在線測量 傳感器結構 結構傳感器 測量過程 成像顯示 電極結構 流動特點 流動狀態 實時在線 準確測量 非接觸 含氣率 含水率 敏感場 內氣 流動 優化 分析 | ||
1.一種測量兩相流相含率的電容式傳感器，其特征在于：包括：圓柱形管段，作為管路的一部分使所述傳感器串接于所述管路中；
所述圓柱形管段的外壁上半部分間隔貼設一對環形電極，所述環形電極包括一環形激勵電極和一環形測量電極；
所述圓柱形管段的外壁下半部分均勻間隔貼設8個矩形電極，所述矩形電極的長度方向與所述圓柱形管段的軸向平行。
2.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于：沿所述環形電極軸向兩側的所述圓柱形管段外壁分別貼設有一環形屏蔽電極，所述環形激勵電極與所述環形測量電極之間的所述圓柱形管段外壁上也貼設有一環形屏蔽電極。
3.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于：沿所述矩形電極長度方向兩側以及每個所述矩形電極之間均設有屏蔽電極。
4.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于：所述傳感器還設有外屏蔽層。
5.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于：所述環形激勵/測量電極寬度W1，環形屏蔽電極寬度W2，環形激勵/測量電極與環形屏蔽電極軸向間距W3，基于滿足電極歸一化電容值不隨液膜厚度h變化，但對不同含水率具有很好的階梯性的原則確定。
6.一種如前述權利要求任一項所述的電容式傳感器的結構參數優化方法，其特征在于：基于電容傳感器靈敏度表征的是某一單元介電常數發生變化時所引起的電容量變化，管道橫截面電極對m，n在網格k內的靈敏度Si,j(k)表達式為:
k＝1,2,K,M
其中Em是當對電極m施加電壓Vm，其它電極接地時的電場分布，En是電極n施加電壓Vn，其它電極接地時的電場分布，σ是網格k的面積，M是橫截面內網格總數，由此得到基于敏感場分布的結構參數優化目標：
由于環形電極用于測量含水率時，測量值對環狀流液膜厚度h的變化不敏感，由此將環形測量電極軸向各橫截面靈敏度之和記為總靈敏度Srt，定義為：
其中i表示環形電極橫截面內第i個網格；
將測量電極徑向各橫截面環形區域靈敏度之和記為，
其中j表示在某橫截面環形區域的網格，Mr為該橫截面環形區域內總的網格數；
該橫截面環形區域靈敏度權重qr為其靈敏度與總靈敏度的比值，表達式為：
以使得qr最大的結構參數組合即為環形電極優化的最佳參數。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于：對于所述矩形電極的8個電極，將其長度中心位置處橫截面相對電極對靈敏度之和記為總靈敏度Stt，定義為：
平均靈敏度為各網格靈敏度之和的平均值，定義為：
則各網格靈敏度的標準差σ定義為：
以所述σ最小的結構參數作為傳統電極優化的最佳參數。
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