[發明專利]基于微波諧振傳感器的高含水油水乳狀液持水率測量方法

有效

• 申請號: 202011085410.2
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112177593B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 金寧德;劉東洋;馬靜;王大陽;翟路生;任英玉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B49/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種基于微波諧振傳感器的高含水油水乳狀液持水率測量方法，所采用的測量系統包括傳感器和矢量網絡分析儀，其特征在于，所述的傳感器為對壁式微波諧振傳感器，包括傳感器管道，發射極板，接收極板，發射電極，接收電極，發射極板和接收極板，均為與傳感器管道外壁相匹配的呈對壁式排布的弧狀金屬片，發射電極與發射極板相連，接收電極與接收極板相連；

在測量方式上，采用微波掃頻激勵方式，當水包油乳狀液持水率發生變化時，通過微波諧振傳感器的幅值信號會發生變化，同時，在一定頻段內的諧振頻率也會隨著持水率的變化而發生規律性變化；確定掃頻激勵頻段，通過矢量網絡分析儀檢測高含水油水乳狀液通過對壁式微波諧振傳感器的幅值S₂₁參數，根據幅值S₂₁參數獲得諧振頻率，通過諧振頻率變化反映持水率的改變，實現高含水油水乳狀液兩相流持水率測量，方法為：通過矢量網絡分析儀對傳感器進行掃頻激勵和幅值S₂₁信號動態測量，得到不同流速不同含水率幅值S₂₁參數曲線，從而得到相應的諧振頻率，采用歸一化諧振頻率參數γ_Nor來反映不同含水率下測量分辨率：式中RF_m為測得諧振頻率，RF_w為全水時諧振頻率，RF_h為測量范圍內最高諧振頻率，由此得到歸一化后的持水率，此時得到的持水率為測量的視持水率。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述的傳感器還包括屏蔽層，所述的屏蔽層置于發射極板和接收極板的外周。

3.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，經優化的發射極板和接收極板張角為80°，長度為80mm。

4.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所確定的掃頻激勵頻段為2.2GHz～2.8GHz。

5.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，包括下列步驟：

(1)為考察對壁式微波諧振傳感器模型在不同持水率下的諧振頻率變化情況，對傳感器進行HFSS高頻仿真，根據管道內介質介電常數與持水率的線性關系，改變管道內介質介電常數進行仿真，持水率變化范圍為80％～100％，變化步長為2％，得到不同持水下的幅值S₂₁參數曲線，分析諧振頻率與持水率的敏感關系；

(2)利用對壁式微波諧振傳感器的發射極板發射微波，微波信號經過流體后由微波諧振傳感器接收極板接收，并傳輸到矢量網絡分析儀中，通過矢量網絡分析儀實時分析處理獲得幅值S₂₁曲線；

(3)根據仿真結果制作實物對壁式微波諧振傳感器，并對傳感器進行靜態標定實驗：配置質量分數為0.25％的表面活性劑水溶液，表明活性劑成分為十二烷基苯磺酸鈉，按照體積比例每隔一定百分點配置持水率為80％～100％的水包油混合乳狀液，使用矢量網絡分析儀進行靜態標定實驗，進行掃頻激勵得到幅值S₂₁曲線，分析諧振傳感器的諧振頻率與持水率之間的關系，并將諧振頻率移動范圍作為掃頻激勵頻段；

(4)進行對壁式微波諧振傳感器垂直上升高含水水包油乳狀液動態實驗，水包油乳狀液總流量為1m³/d～5m³/d，含水率變化范圍為80％～100％，通過矢量網絡分析儀對諧振傳感器進行掃頻激勵和幅值S₂₁信號動態測量，在所確定的掃頻激勵頻段內進行掃描激勵，得到不同流速不同含水率幅值S₂₁參數曲線，分析參數曲線得到諧振頻率。