[发明专利]一种用于两相流检测的四扇区分布式电导传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种两相流检测传感器，特别是一种分布式电导传感器。

背景技术

两相流现象广泛存在于石油工程、化学工程、冶金工程、核工程、航空与航天工程等传统工业和新兴工业领域中。两相流是气、液、固三相中任意两相不相容物质的混合流动体系。由于两相流中各成份之间存在着密度、粘度等物理性质上的差异，在流量、压力、重力及管路形状等诸多因素的影响下，导致两相流参数测量十分困难。分相截面含率(相含率)是两相流工业应用系统中一个重要的参数，它的精确测量对于生产过程的计量、控制和运行可靠性都具有重要的意义。

两相流相含率测量技术主要包括超声法，光学法，射线法，应用阻抗技术的电容和电导法等。由于电导传感器具有原理清晰、结构简单、响应稳定等诸多优点，已广泛地应用于多相流参数测量中，在传感器研发早期，多采用平板电极测量液膜厚度，为了避免传感器对流型的扰动，嵌入管道内壁的环形电极传感器应运而生，例如环形电导传感器、带保护电极和温度补偿的对壁式环状电导传感器、环形和半环形电导传感器、六电极阵列电导传感器和八电极阵列电导传感器等。

目前，测量管道截面整体平均信息的对壁环形电导传感器和测量空间整体信息的阵列式电导传感器已不能够满足测量局部流动结构精确测取相含率的需求。已有的测量局部信息的电导探针传感器，由于其电极较小，只能测量一个点的流体信息（如局部速度和浓度），输出信号只有高低电平之分，包含的流动信息量少。单电容弦丝传感器检测范围局限在测量电极附近极其微小的范围之内，且插入式结构会对流场产生扰动，在非均匀、复杂流体的测量上具有局限性。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够在不扰动流场的前提下，尽可能多地捕捉垂直上升管道内流过的非均匀、复杂两相流的局部流动信息而非仅仅是点或者线上的流体局部信息的分布式电导传感器。本发明提供的传感器，可从局部流动信息研究两相流的相间相互作用以及流型的形成、演化机制，并且此传感器测量的数据能通过数据融合，在相含率测量方面有较好的效果。为实现上述目标，本发明的技术方案如下：

一种用于两相流检测的四扇区分布式电导传感器，包括一段由绝缘体制成的垂直上升管道和固定在垂直上升管道上的四对电极，每对电极均包括一个固定在垂直上升管道较上部位的激励电极E和一个固定在垂直上升管道较下部位的测量电极M，四对电极中的每个电极包括一段弧形环，且每个电极的曲率与垂直上升管道的曲率一致，使得电极可平滑嵌入垂直上升管道的内壁面，四个激励电极E位于垂直上升管道内的同一高度上，且彼此之间均匀间隔分布，呈非连续圆环状，四个测量电极M位于垂直上升管道内、低于四个激励电极E所在高度的同一高度上，且彼此之间也均匀间隔分布，呈非连续圆环状，其中每对电极上下平行设置；每个电极还包括一段连接在所述弧形环上的柱形导体，伸出于垂直上升管道之外，用于信号的输入与输出；每个电极在垂直上升管道内的灵敏度区域为一个扇形。

作为优选实施方式，各个电极嵌入垂直上升管道内壁面，电极表面与垂直上升管道内壁面平齐；

每个电极的弧形环对应的圆心角为电极张角，取值范围为[30°，85°]，每个电极的弧形环的高度为电极高度，取值范围为[2mm，4mm]，每对电极中的激励电极E与测量电极M之间的间距为电极间距，取值范围为[3mm，6mm]；所述用于两相流检测的四扇区分布式电导传感器的最佳参数是：电极张角为45°，电极高度为4mm，电极间距为4mm；电极由钛合金制成，垂直上升管道由有机玻璃制成。

本发明的有益效果在于：(1)提供了一种用于两相流检测的四扇区分布式电导传感器，并给出传感器结构参数的取值范围及传感器的最佳结构；(2)四扇区分布式电导传感器可测取非均匀、复杂流体的局部流动信息，为揭示局部流动结构和研究两相流流型演化动力学机制提供重要信息源；(3)通过对此分布式电导传感器四扇区测量信号进行数据融合可获得很好的相含率测量效果。

附图说明

图1为本发明的四扇区分布式电导传感器结构图，（a）为立体图，（b）为有电极的截面的截面图，（c）为正视图；

图2为本发明的四扇区分布式电导传感器有限元剖分结构图；

图3为本发明的四扇区分布式电导传感器总灵敏度和扇区灵敏度计算示意图；

图4为本发明的四扇区分布式电导传感器测量系统示意图；

图5为本发明的四扇区分布式电导传感器垂直气液两相流相含率测量版图。

具体实施方式