[发明专利]一种用于两相流流动参数测量的环形空间双传感电导探针

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于两相流流动参数测量的传感器。

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。总流量和分相流量是气液两相流工业应用系统中的重要流动参数，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。

两相流流动参数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。目前油井动态监测普遍使用的环形电导式传感器(ZL98250643.2)主要响应于测量电极之间分散相平均浓度特性，该类电导传感器结构相对简单，传感器响应稳定，可完成对油水两相流含水率测量。但是，上述环形电导式传感器灵敏场分布均匀程度不高，流动参数测量结果受两相流流体流动结构影响较大，导致测量结果精度较低。

发明内容

针对目前两相流电导传感器输出响应受流体运动结构影响明显且空间分辨率低的缺点，本发明的目的是提供一种用于两相流流动参数测量的环形空间双传感电导探针。采用本发明的探针，由于被测流体在环形空间内与探针灵敏场充分接触，可有效提高两相流流动参数测量空间分辨率，同时测量响应能够较好的克服气液两相流流体运动结构的影响，对流体流动结构的依赖性较低。本发明的技术方案如下：

一种用于两相流流动参数测量的环形空间双传感电导探针，包括环形空间双传感电导探针由管道中心变直径绝缘插入体1，环形空间分相持率传感器2、环形空间相关测速传感器3三部分。其中，

管道中心变直径绝缘插入体1固定在竖直测量管道的中心，迫使两相流流体在其外表面与竖直测量管道内壁之间的环形空间内流动，变直径绝缘插入体由三段构成，自下而上依次为细径段5，过渡段6及粗径段7；

分相持率传感器位于与变直径绝缘插入体1的粗径段7相对应的竖直测量管道内壁上，由四对或四对以上弧形电极构成，各对弧形电极均匀分布在沿竖直测量管道内壁的圆周上，每对弧形电极均由激励电极和测量电极构成，分别用于各自所处位置附近流体的局部分相持率测量；

在变直径绝缘插入体1细径段5表面固定两对环形的电极，构成环形空间相关测速传感器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)通过在管道中心放置可变直径的绝缘插入体，迫使流体在环形空间内流动，使流体直接与传感器的高灵敏度检测区域接触，可有效发挥环形空间分相持率传感器对两相流分相持率信息的高分辨特性。

(2)在绝缘插入体细径段安装的相关测速电极对与流体直接接触，对环形空间内流体运动获取信息强，可用于实现流体相关速度测量。

(3)管道中心绝缘插入体采用可变直径结构设计，中间含过渡段，对流体运动的扰动很小。该绝缘插入体的设计是构成环形空间中的分相持率及相关速度同时测量的重要部件。

(4)两相流分相持率及相关速度结果受两相流流体运动结构影响较小。

附图说明

图1是用于两相流流动参数测量的环形空间双传感电导探针

图2是迫使流体在环形空间内流动的变直径绝缘插入体：粗径和细径段直径分别为d₁和d₂；三段的高度分别为l₁，l₂和l₃

图3是镶嵌在管段内壁的环形空间分相持率传感器：E₁，E₂，E₃和E₄为弧形激励电极，M₁，M₂，M₃和M₄为弧形测量电极，弧形电极张角为α，电极高度为h，电极厚度为t，电极对间距为g

图4是安装在插入体细径段的环形空间相关测速传感器：E₅和E₆为激励电极，M₅和M₆为测量电极；E₅和M₅构成上游相关测速电极，E₆和M₆构成下游相关测速电极；电极间距为l，相关间距为L