[发明专利]基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法。本发明通过在主管道的同一截面上设置相对的两个微波收发天线，在主管道外部设置两个SMA接口，依据两个微波收发天线进行双向双边测距，将双向双边测距过程中测得的时间结合频率，计算得到总相位差除以2π的整数部分所对应的相位差，并通过所测的第二SMA接口和第二微波收发天线接收微波信号的相位差，计算得到总相位差除以2π的小数部分所对应的相位差，整数部分和小数部分所对应的相位差之和即为总相位差，以此来消除现有技术中相位差测量时存在的二值性问题，提高了传统相位差法测量的测量范围，为两相流相含率的测量提供了一种新方法、新思路。

技术领域

本发明涉及多相流参数检测技术领域，具体地说是一种基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法。

背景技术

目前，对于流体中相含率的检测方法有快关阀法、电容法、光学法、射线法、微波技术、同轴线相位法等。

快关阀法是一种直接测量法。其实验原理是在实验管道两端安装两个距离已知且可同时开启同时关闭的快关阀，当两相流体经充分发展后通过该实验管段时，同时关闭两个阀门将流体截断在管路内，通过对测量管路内取出的流体进行简单气液分离并对液相进行测量，结合管径和两个阀门间的距离，便可以得到该测量段内平均截面含率。但是该方法在测量时需要切断流体系统，影响流体的正常流动。因此，这种方法很难应用于高流速和高压力的气液两相流相含率测量。

以测量油水两相流持水率为例，电容法是利用原油乳化液的介电常数的微小变化与原油中水的含量多少有关的原理来实现原油含水率测量的。它可以安装在管道内部，对介电常数的检测比较敏感，但是，长期使用会导致器材老化，环境的变化也会影响检测精度。

光学法同核辐射法原理相似，依据衰减、放射线和电磁波的漫反射以及两相介质一些物理性质变化实现截面相含率的测量。

射线法最常见的是伽马射线衰减测量技术，由于气液衰减系数已知，通过已知的入射伽马射线强度并利用朗伯比尔定律推断出平均液相含率，但伽马射线法仅仅适用于气液两相轴对称分布条件下的液相含率测量，采样间隔时间长且需要很强的放射源；伽马射线散射法也被用于研究空隙率的分布，但是该方法很难应用于工业现场，其采样时间间隔长，不适用于快速波动流动。X射线法由于具有强大的能量谱，难以兼顾既要保证连续恒定的光子流，又要避免影响探测系统。而中子散射和衰减法尤其适用于湿蒸汽的测量，且与伽马射线和X射线相比，与金属管壁相互作用不强。β射线衰减法也被用于液相含率测量，但由于其强烈的吸收性，被限制应用于管壁非常薄的真空系统里。显而易见，上述方法均需要必要的安全防护并受到使用环境的限制。

微波技术多用于有机流体的密度和液相含率(空隙率)测量。其典型应用为利用谐振腔中两相流谐振频率的频移与介质的介电常数间函数关系来实现液相含率的测量。用微波进行检测要从传输波或反射波中检出微波所携带的信息，一般的作法是把它们与一个参考信号进行幅度或相位的比较。衰减是两个波进行幅度比较的结果。相移则是两个波进行相比较的结果。但是具有局限性，目前测量油水两相流持水率主要集中在低含水率和高含水率。

同轴线相位法是利用同轴线作为传感器对电磁波相位进行检测的一种方法，根据两相流中各相的介电常数不同会对电磁波在传播过程中相位产生大的影响，进而获得信号传播后的相位差，通过相位差的值来确定相含率大小。但是，相关电路比较复杂，而且相位差测量范围最大为2π，测量量程受限，当被测量相位差变化超过2π时，测量结果存在二值性问题。为此只能降低微波信号频率或增大微波传输距离，使相位差变化不超过2π，这影响了测量分辨率的提高。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法，以解决现有相位差法测量超过2π时所存在的二值性问题。