[发明专利]八电极旋转电场式电导传感器持气率测量方法

说明书

本发明涉及一种八电极旋转电场式电导传感器持气率测量方法，所采用的传感器包括均匀分布在管道内壁同一截面上的四对电极，每对电极位置相对布置；采用如下的方法进行持气率测量：分别对四对电极施加初始相位不同的正弦信号进行激励，相邻电极间的相位差均为45°，从而能够在截面上合成产生旋转的测量电场；当气液两相流体流经传感器时，采集传感器输出信号；计算旋转电场电导传感器归一化电导；利用旋转电场电导传感器归一化电导计算持气率。本发明具有测量较为准确，结构简单的优点。

所属技术领域

本发明属于流体测量技术领域，涉及一种电导传感器。

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。气液两相流是指气相与液相不相容物质的混合流动体系。由于气液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，导致气液两相流流动参数测量十分困难。截面持气率是气液两相流工业应用系统中一个重要的流动参数，它的精确测量对于生产过程计量、控制和运行可靠性都具有重要意义。

两相流持气率测量技术主要包括超声法，光学法，射线法，电容法，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，嵌入垂直上升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、对壁式环状电导传感器。而对壁式环状电导传感器采用单方向激励接收，在电场分布方向性方面具有局限性，易受流型影响。为了解决这一问题，M.Merilo等人在“Void fractionmeasurementwith arotating electric field conductance gauge”(JournalofHeatTransfer,1997,Vol 99,P330)提出旋转电场式电导测量法，通过将三相交流电分别施加在管壁周围排列的三对电极上以合成产生旋转测量电场，在一定程度上消除了流动介质分布不均匀导致的测量误差。尽管如此，先前三对电极合成产生的旋转测量电场是否为最佳测量方式未能从理论分析及实验验证角度给出论证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量较为准确且简单可行的两相流持气率测量方法，本发明的技术方案如下：

一种八电极旋转电场式电导传感器持气率测量方法，所采用的传感器包括均匀分布在管道内壁同一截面上的四对电极，每对电极位置相对布置；设四对电极依次为A，B，C和D，A与B相邻，B与C相邻，C与D相邻，D与A相邻。采用如下的方法进行持气率测量：

(1)分别对四对电极施加初始相位不同的正弦信号进行激励，相邻电极间的相位差均为45°，从而能够在截面上合成产生旋转的测量电场；

(2)当气液两相流体流经传感器时，采集传感器输出信号；

(3)定义混合流体的归一化电导率G_e为混合相的电导率σ_m与全水的电导率σ_w的比值，八电极旋转电场式电导传感器的归一化电导定义为四对电极归一化电导的平均值计算归一化电导值，计算旋转电场电导传感器归一化电导

(4)利用旋转电场电导传感器归一化电导计算持气率。

作为优选实施方式，电导传感器持气率测量方法，其特征在于，电极张角θ为22.5°。电极轴向高度H为0.004m，电极径向厚度T为0.001m。

本发明提出的八电极旋转电场式电导传感器持气率测量方法，分别向四对电极上施加相位相差45度的正弦激励信号以合成产生旋转电场，并对截面测量电场进行了灵敏度理论分析计算，确定了八电极最优几何结构参数，以达到最佳的截面持气率测量效果。具有以下优点：

(1)本发明涉及的旋转电场式电导传感器具有结构形式简单、响应速度快，稳定性高，便于安装测量等优点。