[发明专利]一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法

权利要求书

1.一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置，其特征在于包括交流激励源（1）、第一电感模块（2）、第一电子开关（3）、第二电子开关（4）、第三电子开关（5）、绝缘管道（6）、第一电极（7）、第二电极（8）、第三电极（9）、第四电极（10）、第五电极（11）、第六电极（12）、第四电子开关（13）、第五电子开关（14）、第六电子开关（15）、电子开关控制逻辑电路（16）、第一信号处理模块（17）、第二信号处理模块（18）、第三信号处理模块（19）、数据采集模块（20）、微型计算机（21）、第二电感模块（22）、第三电感模块（23）；第一电极（7）、第二电极（8）、第三电极（9）、第四电极（10）、第五电极（11）、第六电极（12）均匀分布在绝缘管道（6）外壁周围，第一电极（7）与第二电子开关（4）的一端相连，第二电极（8）与第一电感模块（2）的一端相连，第三电极（9）与第三电子开关（5）的一端相连，第四电极（10）与第二电感模块（22）的一端相连，第五电极（11）与第一电子开关（3）的一端相连，第六电极（12）与第三电感模块（23）的一端相连，第一电子开关（3）的另一端、第二电子开关（4）的另一端、第三电子开关（5）的另一端分别与交流激励源（1）相连，第一电感模块（2）的另一端与第四电子开关（13）的一端相连，第二电感模块（22）的另一端与第五电子开关（14）一端相连，第三电感模块（23）的另一端与第六电子开关（15）一端相连，第四电子开关（13）的另一端与第一信号处理模块（17）的输入端相连，第五电子开关（14）的另一端与第二信号处理模块（18）的输入端相连，第六电子开关（15）的另一端与第三信号处理模块（19）的输入端相连，第一电子开关（3）的控制端、第四电子开关（13）的控制端与电子开关控制逻辑电路（16）的第一输出端相连，第二电子开关（4）的控制端、第五电子开关（14）的控制端与电子开关控制逻辑电路（16）的第二输出端相连，第三电子开关（5）的控制端、第六电子开关（15）的控制端与电子开关控制逻辑电路（16）的第三输出端相连，第一信号处理模块（17）的输出端与数据采集模块（20）的第一输入端相连，第二信号处理模块（18）的输出端与数据采集模块（20）的第二输入端相连，第三信号处理模块（19）的输出端与数据采集模块（20）的第三输入端相连，数据采集模块（20）的输出端与微型计算机（21）相连；第一电极（7）、第三电极（9）、第五电极（11）为激励电极，第二电极（8）、第四电极（10）、第六电极（12）为检测电极。

2.一种使用如权利要求1所述装置的非接触式电导气液两相流相含率测量方法，其特征在于它的步骤如下：

1）六电极非接触式电导传感器由均匀分布在绝缘管道（6）外管壁圆周上的六个电极组成，六个电子开关分为三对电子开关实现三种工作状态，三对电子开关分别为：第一电子开关（3）与第四电子开关（13）、第二电子开关（4）与第五电子开关（14）、第三电子开关（5）与第六电子开关（15），电子开关控制逻辑电路（16）由555定时器（U₁）、移位寄存器（U₂）、或非门（U₃）组成，电子开关控制逻辑电路（16）产生的顺序脉冲时序用于控制三对电子开关依次切换工作状态，使得三对电子开关依次处于闭合状态，当第一电子开关（3）与第四电子开关（13）处于闭合状态时，第二电子开关（4）、第五电子开关（14）、第三电子开关（5）、第六电子开关（15）断开，当第二电子开关（4）、第五电子开关（14）处于闭合状态时，第一电子开关（3）、第四电子开关（13）、第三电子开关（5）、第六电子开关（15）断开，当第三电子开关（5）、第六电子开关（15）处于闭合状态时，第一电子开关（3）、第四电子开关（13）、第二电子开关（4）、第五电子开关（14）断开；

2）设置交流激励源（1）的激励频率为f，输出电压为U_in，当第一电子开关（3）与第四电子开关（13）处于闭合状态时，第二电子开关（4）、第五电子开关（14）、第三电子开关（5）、第六电子开关（15）断开，由交流激励源（1）、第一电子开关（3）、第五电极（11）、绝缘管道（6）、第二电极（8）、第一电感模块（2）、第四电子开关（13）形成第一条交流通路，第一条交流通路的等效电路阻抗为其中，L₁为第一电感模块（2）的电感，第一耦合电容C₁为第五电极（11）、绝缘管道（6）与管道内流体形成的耦合电容，第二耦合电容C₂为第二电极（8）、绝缘管道（6）与管道内流体形成的耦合电容，第一流体等效电阻R_x1为第五电极（11）和第二电极（8）间的流体的等效电阻，当交流激励源（1）的激励频率为时，第一条交流通路处于串联谐振状态，则第一条交流通路的等效电路阻抗虚部为零，第一条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性，当第二电子开关（4）、第五电子开关（14）处于闭合状态时，第一电子开关（3）、第四电子开关（13）、第三电子开关（5）、第六电子开关（15）断开，由交流激励源（1）、第二电子开关（4）、第一电极（7）、绝缘管道（6）、第四电极（10）、第二电感模块（22）、第五电子开关（14）形成第二条交流通路，第二条交流通路的等效电路阻抗为其中，L₂为第二电感模块（22）的电感，第三耦合电容C₃为第一电极（7）、绝缘管道（6）与管道内流体形成的耦合电容，第四耦合电容C₄为第四电极（10）、绝缘管道（6）与管道内流体形成的耦合电容，第二流体等效电阻R_x2为第一电极（7）和第四电极（10）间的流体的等效电阻，当交流激励源（1）的激励频率为时，第二条交流通路处于串联谐振状态，则第二条交流通路的等效电路阻抗虚部为零，第二条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性，当第三电子开关（5）、第六电子开关（15）处于闭合状态时，第一电子开关（3）、第四电子开关（13）、第二电子开关（4）、第五电子开关（14）断开，由交流激励源（1）、第三电子开关（5）、第三电极（9）、绝缘管道（6）、第六电极（12）、第三电感模块（23）、第六电子开关（15）形成第三条交流通路，第三条交流通路的等效电路阻抗为其中，L₃为第三电感模块（23）的电感，第五耦合电容C₅为第三电极（9）、绝缘管道（6）与管道内流体形成的耦合电容，第六耦合电容C₆为第六电极（12）、绝缘管道（6）与管道内流体形成的耦合电容，第三流体等效电阻R_x3为第三电极（9）和第六电极（12）间的流体的等效电阻，当交流激励源（1）的激励频率为时，第三条交流通路处于串联谐振状态，则第三条交流通路的等效电路阻抗虚部为零，第三条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性；

3）在串联谐振状态下，第一条交流通路的等效电路、第二条交流通路的等效电路、第三条交流通路的等效电路成纯阻性，在电子开关控制逻辑电路（16）产生的顺序脉冲时序控制作用下，当第一电子开关（3）与第四电子开关（13）处于闭合状态，第二电极（8）通过第一电感模块（2）直接与第一信号处理模块（17）的输入端相连，第一信号处理模块（17）的输入端从第二电极（8）获得一组独立电导信号，当第二电子开关（4）与第五电子开关（14）处于闭合状态，第四电极（10）通过第二电感模块（22）直接与第二信号处理模块（18）的输入端相连，第二信号处理模块（18）的输入端从第四电极（10）获得一组独立电导信号，当第三电子开关（5）与第六电子开关（15）处于闭合状态，第六电极（12）通过第三电感模块（23）直接与第三信号处理模块（19）的输入端相连，第三信号处理模块（19）的输入端从第六电极（12）上获得一组独立电导信号，三组独立电导信号分别经第一信号处理模块（17）、第二信号处理模块（18）、第三信号处理模块（19）的电流/电压转换、整流、滤波、直流放大处理后，由数据采集模块（20）采集到微型计算机（21）中；

4）微型计算机(21)存储和处理三组独立电导信号，三组独立电导信号反映了绝缘管道(6)内不同方向上气液两相流体气相含率的信息，三组独立电导信号经平均处理，得到的平均电导变化量能更有效地反映气液两相流相含率变化的信息，采用最小二乘线性回归方法，建立了气液两相流相含率测量预测模型，根据预测模型得到气液两相流相含率测量值。