[发明专利]竖直旋流分相电容一体式含水测量装置

说明书

本发明涉及一种竖直旋流分相电容一体式含水测量装置，包括外管壁和内电极，外管壁的内壁为金属内壁，作为外电极，其特征在于，在外管壁的中部固定有金属内电极，在金属内电极的外面包覆有绝缘层，在金属内电极和绝缘层的外周还固定有螺旋叶片，在外管壁上设有斜向入口，斜向入口的切向角度与螺旋叶片的螺旋升角相同，使得流体沿切向角度进入螺旋叶片和外管壁之间的空间，内电极的长度为电容测量段的长度。

技术领域

本发明属于湿气两相流流量测量技术领域，涉及一种竖直旋流分相电容一体式含水测量装置。

背景技术

湿气广泛存在于自然界及工业生产的各个领域。液相体积含率作为湿气的重要参数之一，实现其准确测量不仅直接影响流量的测量精度，而且对工业生产、科学研究具有重要意义。实际应用中，由于气液两相流动复杂多变，使得液相体积含率精确测量难度很大。随着科技的发展，示踪技术、射线技术、核磁共振技术以及电容技术等均被应用到含水率的测量。然而示踪的取样代表性、射线的安全性以及核磁共振的结构复杂性以及高成本均使这些新技术的使用受到了限制。电容法作为一种相对成熟的技术，目前的研究已经在电容器结构方面获得了丰富的经验，但不容忽视的是无论接触式还是非接触式的电容传感器，其响应在很大程度上依赖于流体在空间分布情况，导致测量结果受到流型的影响。

中国专利ZL 2017 1 0465819.9和中国专利ZL 2017 1 0465822.0提出了一种测量准确度高的含水率测量装置，包括位于上部的起旋分相单元及位于下部的电容测量单元。该装置这两部分是分开的，所以整体结构偏长；另外，实验证明，气相流速小于10m/s，液相体积含率高于4％时，无法保证在起旋分相单元结束进入测量单元后气液两相流动形态的稳定性，使得含水率测量值与实验给定参考标准值误差由0.5％增长到2％。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述问题，提出一种竖直旋流分相电容一体式含水测量装置，将旋流分相单元和电容测量单元合二为一，实现气液分相分布的同时构造出电容器完成对含水率的测量，本发明采用如下技术方案：

一种竖直旋流分相电容一体式含水测量装置，包括外管壁和内电极，外管壁的内壁为金属内壁，作为外电极，其特征在于，在外管壁的中部固定有金属内电极，在金属内电极的外面包覆有绝缘层，在金属内电极和绝缘层的外周还固定有螺旋叶片，在外管壁上设有斜向入口，斜向入口的切向角度与螺旋叶片的螺旋升角相同，使得流体沿切向角度进入螺旋叶片和外管壁之间的空间，内电极的长度为电容测量段的长度。

优选地，所述螺旋叶片升角10°～50°之间。金属内电极的最上端距离所述的斜向入口之间至少有一个螺距。所述旋流叶片共2～10圈。设流道内径为D，外管壁内径为0.3～3D，电容测量段长度为1D～5D。内电极和外电极的直径比为1:2～1:10。入口倾斜长度不短于3D。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：

(1)本发明将旋流分相和电容测量合为一体，即保证了气液的分相分布，又缩短了整个结构长度；

(2)气液两相沿倾斜入口切向流入旋流分相段，螺纹的导流作用改变了流体的流动方向和状态。液相由于密度偏大，在离心力作用下做圆周运动的同时穿过气相甩向管壁。从而实现气相集中在中心区域、液相沿管壁的分相流动形态，克服了入口

流型对相含率测量的干扰。经过大于1圈螺旋叶片后，气液分布基本稳定，可作为测量段；

(3)在测量段内，气液两相在螺纹叶片作用下继续保持分相分布，同时金属外管壁和导电液膜共同构成外电极，与内电极相互作用形成电容器。由于气液两相含率的变化直接影响管壁液膜厚度，即内外电极之间的距离发生变化，导致电容值变化，实现仅与液相体积含率相关的电容含水测量；

(4)本发明在测量段结束后可通过扩缩径管与任意管径的直管相连接，通过改变扩缩径管的长度可调整整个装置的高度；