[發明專利]氣液兩相流監測裝置、系統及方法

有效

• 申請號: 202010451803.4
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111610229B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 林英撐;何偉;成思希;李紫荊;董波;劉平凈;熊光洪;陳林輝
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;G01N27/08
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 譚小琴

本發明公開了一種氣液兩相流監測裝置、系統及方法，包括主控模塊、激勵模塊、絲網傳感器和接收模塊；絲網傳感器分別與激勵模塊和接收模塊電連接；激勵模塊包括極性轉化電路、選通電路和放大電路，極性轉化電路和選通電路分別與主控模塊電連接；選通電路還分別與極性轉化電路和放大電路電連接；接收模塊包括互阻放大電路、第一數字電位器電路、電壓放大電路、第二數字電位器電路和信號采集電路；第一數字電位器電路分別與互阻放大電路和主控模塊電連接；電壓放大電路與互阻放大電路電連接；第二數字電位器電路分別與電壓放大電路和主控模塊電連接；信號采集電路分別與電壓放大電路和主控模塊電連接。本發明能夠實現對氣液兩相流快速、準確的測量。

技術領域

本發明屬于氣液兩相流監測技術領域，具體涉及一種氣液兩相流監測裝置、系統及方法。

背景技術

對氣液兩相流流速、流量、流型、壓力以及相含率等參數的測量，一般可以總結以下三大類：

①直接測量技術

直接測量技術主要用于測量特定的兩相流參數，包括流型、流速、含氣率等。其中，在含氣率的測量上，傳統的方法是使用快關閥法，快關閥法會嚴重干擾流場，對閾門的控制要求較高。隨著科技進步的不斷發展，越來越多的新測量方法應用于氣液兩相流的流動參數測量，如電學法、射線法、光學法等。

光學法主要利用光線穿過兩相流體時的散射、衰減等原理進行測量。利用光傳感器獲取光線的變化情況，根據傳感器的輸出信號對氣液兩相流相關參數進行測量。該方法可測量氣液兩相流中氣泡尺寸和速度等參數。光學法是典型的非接觸式測量，但存在數據獲取系統成本高和測量環境要求較高的問題，目前光學法很難在工業上應用推廣。

射線法主要利用射線在穿過介質后發生衰減或康普頓散射的原理進行測量。由于不同介質對射線衰減或散射情況不同，通過檢測穿過被測介質后射線輻射強度變化，即可獲得被測介質的分布信息，進而確定流型。射線法是非接觸式測量，但使用時防護成本高。

電學法是一種應用廣、技術成熟的方法。根據氣液兩相流電導率或者介電常數的明顯差異的原理，采用傳感器將非電學被測信息變化轉換為電信號變化，通過采集電信號獲得被測信息的一種方法。根據原理不同可分為電導測量法和電容測量法兩種。例如，基于電容式的空泡儀，可測量氣泡速度，主要用于微小通道的測量，基于電導法的探針，可測量局部含氣率、氣泡尺寸、界面濃度以及氣泡表觀速度等相關參數。由于結構簡單、成本低廉和良好的響應特性，電學法在兩相流探測領域扮演著重要角色。

②間接測量技術(軟測量)

間接測量技術是通過將各種現代信息處理技術應用于氣液兩相流領域中，建立易測過程變量與待測過程變量之間的關系，通過各種理論計算和估計的方法間接實現待測過程變量的測量。該方法是基于簡單的測量參數實現難測測量的估計，可以用來解決非線性復雜的兩相流系統參數測量問題。在多相流測量領域，常用的處理方法主要包括神經網絡、模式識別、頻譜分析、小波分析、頻譜分析、模糊控制的軟測量等方法。該類方法經常以交叉和融合的方式使用，主要用于參數測量和兩相流機理研究。

③可視化測量技術

可視化測量技術是對氣液兩相流二維或者三維的成像測量，可從測量結果提取出特征參數。主要包括有粒子圖像測速法、高速攝像法、過程層析成像方法(ProcessTomography，PT)等。

粒子圖像測速法是基于流場顯示和圖像分析技術的一種測量方法，主要用于流體速度場的測量。該方法由于示蹤粒子分部不均勻、攝像機噪音和光學噪音等圖像噪音以及氣泡在流動過程中的生長、聚合、破碎等現象，使得圖片清晰度低。

高速攝影法利用高速攝像機快速拍照來獲取圖像，并利用圖像處理算法提取圖像中的氣液兩相流信息。該方法只能用于透明管道內測量，另外高速攝像采集的圖像信息量太多，圖像的分析和處理較為困難。

因此，有必要開發一種新的氣液兩相流監測裝置、系統及方法。

發明內容