[发明专利]基于电磁涡流检测的两相流相含率测量方法

说明书

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，涉及一种基于电磁感应原理和涡流检测原理的测量方法，用于油/水、气/水两相流相含率的非接触式测量。

技术背景

现代化工业生产与日常生活中广泛存在着多相流现象。管路内多相流经常出现在动力、核能、化工、石油、管道输送、医药、食品等现代工程领域中，通过对其流动过程参数的准确测量，有助于有关设备的安全运行，在工业生产与科学研究中有着十分重要的作用。由于多相流中各相之间存在界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上均呈随机变化，致使多相流的流动特性远比单相流复杂，特征参数也比单相流多。

在现有的对多相流中各相组分含率的测量方法中，有分离法和直接法两种：分离法的基本思想是利用重力或离心力等原理将多相流的密度不同的相分离开，该方法需要平衡分离的质量与效率，所以分离法的速度和效率较低。直接法有电学法、射线法、快关阀法、核磁共振法及微波法等。在实际测量中，一般采用直接测量法确定相含率。

基于电学敏感原理的相含率检测方法具有结构简单、成本低等优点。两相流相含率的电学测量方法可分为电导法、电容法以及电磁法。电导法通过测量两相流体混合电导率计算分相含率，但不适用于不导电介质为连续相的情况；电容法通过测量两相流体的混合介电常数计算分相含率，但在两相流连续相的电导率较高条件下会出现明显的敏感度降低情况。此外，在实际生产中介质电导率的变化给这两种测量方法带来不利。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种基于电磁线圈的两相流相含率的非接触式测量方法。本发明以非侵入方式获取两相流相含率，且无需对测量流体进行预分离或混合。本发明的技术方案如下：

一种基于电磁涡流检测的两相流相含率测量方法，所采用的装置包含电磁线圈、信号发生单元、激励电路单元、检测电路单元、相位检测器和流动参数计算单元；所述的电磁线圈包含缠绕在管道外壁上的激励线圈和检测线圈；所述的信号发生单元用于产生交变的正弦电流信号，其产生的信号通过激励电路单元对激励线圈进行激励；所述的检测电路单元用于测量检测线圈两端的电压信号；所述的相位检测器，用于检测激励线圈的激励信号和检测电路单元得到的检测线圈的电压信号之间的相位差，相位检测器的检测结果送入流动参数计算单元；所述的流动参数计算单元，根据相位检测器的相位差检测结果计算两相流相含率，方法如下：

(1)利用式计算出管道内两相流流体的混合介质电导率，其中，ω为角频率；μ₀为真空磁导率；是激励线圈的激励信号和检测电路单元得到的检测线圈的电压信号之间的相位差；Q是与激励线圈和检测线圈的排列位置和方式有关的几何常数，可以通过实验标定；

(2)根据式：含水率与含油率计算出两相流的相含率，

其中，σ_w、σ_o分别为水相电导率与油相电导率；α_w、α_o分别为油水两相流的水相含率与油相含率。

本发明基于电磁感应原理，将激励线圈和检测线圈缠绕在外部的管道外壁上，无需对测量流体进行预分离或混合，利用检测信号和激励信号之间的相位移，以非侵入方式获取两相流相含率，具有测量方便，速度快，成本低，能够准确地测量管道内两相流的相含率的优点。与电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)的区别在于不需要对被测物场进行成像，直接利用接收线圈接收信号与发射信号之间的相位差计算相含率，具有计算速度快的优点。

附图说明

以下附图描述了本发明所选择的实施例，均为示例性附图而非穷举或限制性，其中：

图1本发明的测量方法采用的基于电磁涡流检测的两相流相含率测量方法装置结构示意图；

图2本发明的测量方法采用的基于电磁线圈并列结构排列的两相流相含率测量的激励线圈和检测线圈主视图；

图3本发明的测量方法采用的基于电磁线圈交叉结构排列的两相流相含率测量的激励线圈和检测线圈主视图；

图4本发明的测量方法采用的基于电磁线圈交叉结构、并列结构排列的两相流相含率测量的激励线圈和检测线圈横向剖面视图；

图5本发明的测量方法采用的基于电磁线圈内外结构排列的两相流相含率测量的激励线圈和检测线圈主视图；

图6本发明的测量方法采用的基于电磁线圈内外结构排列的两相流相含率测量的激励线圈和检测线圈横向剖面视图；

图7本发明三种排列结构方式下相含率的仿真曲线结果。

图中标号说明：