[实用新型]气液两相流的速度与气体含量的传感器

说明书

技术领域

本发明属于流体测量领域，涉及气液两相流的流动速度、方向和气体含量的测量工具，是一种同时测量气液两相流的速度、方向与气体含量的传感器。 

背景技术

气液两相流的流动是工程上最常见的复杂现象，例如水轮机械中的转子周围的流体流动、输油管道中的流体的流动等等。设计、分析这类流体机械需要两相流流场中的速度、压力，以及气液两相成分的含量等数据。目前已经开发出多种测量两相流流动速度和气、液各相含量的实验方法和工具。例如，粒子成像技术(PIV)、激光多普勒测速技术(LDV)、热膜测量技术、双头光纤测量技术等。但是这些实验设备不仅价格昂规，而且在应用上都一些局限性。例如，PIV和LDV仅能够适用于气体含量在10％以下的两相流；热膜测量在两相流标定上有困难，精度低；而光纤测量一般只能用于已知速度方向的前提下的速度大小的测量。一类使用压力传感器和导电电极同时测量两相流的速度与气体含量的方法是一种实用、有效、简便的技术。其基本原理是将多孔压力探头和导电电极制成一个整体的传感器，利用压力探头测量两相流的流速和方向，用导电电极测量气体的含量。但此项技术目前多见于气液两相流二维流速的测量。此外，因为一个整体的传感器的测量端需要包含同时测量两相流速度与气体含量的元器件，由于存在尺寸加工制造方面的困难，此类传感器的测量端的体积过大，无法保证测量的空间精度，对流场也有明显扰动。众所周知，大量流体机械，包括水轮机转子中的流动的流动等都是高度三维的流动，所以急需一种能够精确测量气液两相流的三维流动速度，同时能够精确测量气体含量的传感器。 

发明内容

本发明的目的是提供一种气液两相流的速度与气体含量的传感器，它包括一个外形呈长圆柱形、端部呈圆锥台形状的测量探头、四个压力传感器、三个导电电极、一个压力传感器的背压平衡器、一个基于压力信号的电极对选择电路。上述部件的连接关系是： 

测量探头上的四个压力孔通过管路连接到四个压力传感器的一端； 

四个压力传感器的另一端连接到一个压力传感器的背压平衡器； 

测量探头上的三个电极孔内安装三个导电电极； 

三个导电电极连接到一个基于压力信号的电极对选择电路。 

上述测量探头的测量端，也就是外形呈圆锥台的一端，是多孔结构的。这些孔包括压力孔和电极孔。测量速度时，该传感器与多孔压力探头的工作原理一样，利用多个压力孔中的压差值可以确定流体的流动速度和三维方向。电极孔中安装金属导电电极，可以测量两相流中气体的含量。 

本发明采用的技术方案： 

本发明提出的气液两相流的速度与气体含量的传感器，包括外形是一种呈长圆柱形的、在其测量端端部呈圆锥台形状的测量探头，圆锥台外角在30°至45°之间。图1是传感器的测量探头的测量端的外观图。沿着测量探头(1)的中心轴线，在圆锥台一端，有一个中心孔，沿着其圆周方向在周围均匀地分布着六个间隔60°的孔，其中三个间隔120°的孔和中心孔作为四个压力孔，其余三个间隔也是120°的孔作为电极孔。中心孔，也称作动压孔(4)，和其中三个间隔120°的周边孔，也称作静压孔(5)，是压力孔。另外三个周边孔是电极孔，间隔也是120°，与压力孔交错分布。图2是传感器的测量探头测量端的顶视图；图3是图2的A_A剖视图。三个金属导电电极(3)由绝缘塑料塞子(2)固定在三个电极孔中，电极伸出圆锥面表面，但不伸出过于测量探头的圆锥台顶部。 

中心孔和其余三个压力孔通过柔性或刚性连接管分别与四个压力传感器相连，电极与基于压力信号的电极对选择电路相连。测量时，将测量探头(1)放入两相流流场中，四个压力传感器分别反馈三个静压孔和一个动压孔中的三个压差值，可以求得当地流动速度大小和三维方向。三个导电电极中的任意两个组合成为一个电极对，通过测量该电极对的输出电压变化判定两相流中的气体含量。即测量由三个导电电极中的两个组成的电极对间的输出电压值的变化量可以得到两相流中的气体的含量。