[发明专利]用于气液两相流含气率瞬态测量的电导率传感器

说明书

本发明公开了一种用于气液两相流含气率瞬态测量的电导率传感器，其特点在于：第一法兰、第一保护电极、第一绝缘环、接收电极、第二绝缘环、第二保护电极及第二法兰沿轴向依次套接并固定于主管上，发射电极的一端位于主管外，发射电极的另一端插入于主管内后沿主管的中心线布置，且发射电极穿过第一法兰、第一保护电极、第一绝缘环、接收电极、第二绝缘环、第二保护电极及第二法兰；两个同心电导传感器中的接收电极相连接，两个同心电导传感器的发射电极相连接，该传感器能够减少发射电极与接收电极之间电场在轴线及周向上的不均匀性，避免边缘效应对测量结果的影响。

技术领域

本发明属于传感器领域，涉及一种用于气液两相流含气率瞬态测量的电导率传感器。

背景技术

为了应对日益频繁的调峰需求，超临界锅炉的水冷壁系统经常在変负荷条件下运行，面临着气液两相流分配不均的问题。为了避免进入某支管内的液体流量过少，使该支管的管壁因为没有得到足够多流体的冷却而过热，需要实时动态监测水冷壁系统含气率参数。而在以往的实验研究中，其测量方法或者不适用于动态过程中的测量，或者会附加额外的阻力，或者测量精度明显不足。因此，为了准确把控并联管内气液两相流的相分配规律，实验参数测量方法需要满足以下要求：响应速度快，测量延迟小，测量频率高；测量精度高，分辨率高；支管内含气率的检测方法对系统内的正常流动过程几乎不附加额外的干扰。

由于空气和水的电导率存在很大差别，因此不同分相含率的气液两相流的电导率或阻抗差别很大。电导法将两相流作为导体，在待测流体两侧加入激励电极，向流体施加一定的电压或电流，即可测得极板间流体的电导或阻抗。管内两相流体的相含率与对应的电导值之间存在一一对应的关系，通过标定实验，建立不同工况下两相流体的相含率与对应电导值之间的对应关系。

在电导法测量中，目前应用较为广泛的研究方法主要包括双平行电导探针法、平板电极法、半圆环电极法、界面多电极法、纵向环型多电极法等，但是上述研究方法的电导结构仍然存在一定的不足，例如，双平行电导探针法只能测量具有明显相界面的流形下的两相流体；平板电极法、半圆环电极法、环状电极法由于边缘效应，靠近极板边缘的电场逐步扭曲，灵敏度逐渐下降，电场呈现较强的不均匀性，对于相分布不均的流型，测量结果的精度会显著降低；纵向环型多电极法难以实时测量瞬态过程中的两相流体的相含率。

据检索，发现以下与本申请相关的公开专利的文献，具体公开内容如下：

专利文献CN102426184A公开了一种电导率传感器，该传感器包括通过屏蔽电缆连接的电导率测量短节及传感器电子短节，其中：该电导率测量短节，用于根据激励信号在被测流体里建立电场，获得该电场在预定测量展距上的电位差信号；该传感器电子短节，用于产生该激励信号，将该激励信号施加到该电导率测量短节上，并根据该电位差信号获得该被测流体的电导率。

专利文献CN202008507U公开了一种电导率检测装置，该检测装置与主管相通，包括法兰、径向穿过法兰的检测管、分别设于检测管两端的电导率计和气缸，检测管上开有过流孔，气缸一端设有密封罩。当主管内有水流经过时会通过过流孔进入检测管内，电导率计即可实现对主管内水流进行电导率检测，当通过气缸驱动密封罩套置于电导率计上时，即可将电导率计与过流孔流入的水流隔开。

专利文献CN108397188A公开了一种用于垂直上升管中含水相多相流水相电导率测量的传感器，包括绝缘导流件、测量电极和位于绝缘导流件上方的上端导流件，在轴向切面图中，环形凹槽的形状为两个半圆形。所述上端导流件的主体为柱状，其底部开设有环形凹槽；测量电极固定在绝缘导流件的顶部。

上述专利均不能减小发射电极和接收电极之间的电场在轴向和周向上的不均匀性，不能避免边缘效应对测量结果的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于气液两相流含气率瞬态测量的电导率传感器，该传感器能够减少发射电极与接收电极之间电场在轴向及周向上的不均匀性，避免边缘效应对测量结果的影响。