[发明专利]基于同轴线相位法的气液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同轴线相位法的气液两相流相含率检测装置及方法。所述检测装置包括信号源、功分器、同轴线传感器机构、鉴相器和数字多用表。本发明根据同轴电缆的结构设计出同轴线传感器机构，内外电极同轴心，内外电极与中间流体形成电场，流体从一侧流入，另一侧流出，流体的状态变化会导致介电常数发生变化，导致流入端与流出端发生相位变化。气相与液相的介电常数不同，在相含率不同的情况下所得的相位差输出信号也不同，因此可以通过相位差输出信号得到相应气液两相流的相含率。本发明利用电磁波通过不同传输介质传播特性不同相关原理，实现了对两相流本身进行测量，并且能够实现在线监测。

技术领域

本发明涉及多相流检测技术领域，具体地说是一种基于同轴线相位法的气液两相流相含率检测装置及方法。

背景技术

气液两相流相含率检测方法有快关阀法、电容法、电导法、微波法、PIV(PARTICLEIMAGE VELOCIMETER，粒子图像测速技术)法等。

快关阀法是一种常用的含气率标定手段。在测试管段两侧分别安装一个快关阀，当气液两相流体流过时，便快速截取，待二者分离后可得到液相体积，从而得到含气率。但是，切断流体系统会干扰管道内流动的流体，不利于高流速、高压力下的气液两相流含气率测量。同时，选择的气液两相流流动结构和快关阀门间距对测量精度影响较大。

电容法利用管道内流体介质的介电常数变化可实现原油含水率的测量。油水介电常数相差很大，当油水含量发生变化时，会导致电容也发生变化。电容法具有结构简单，安装方便，成本低的优点。但是，电容传感器的电容量较小，使得测量范围受到限制，且容易受到寄生电容的影响。

电导率法是根据测量电极之间的电压与传感器测量区间内的各相导电率不同的关系来得到油气水混合液的含水率等有效参数。电导法结构相对简单，响应速度快，在高含水率测量方面具有很好的优势。但是，传感器灵敏度容易受到电极间不均匀电场的影响，并且油田所含矿物质复杂，不利于现场应用。

微波法属于非接触式的原油含水率测量方法，微波信号经过不同流体时，鉴于不同混合相的介电常数不同，便引起微波信号振幅、相位和传播速度的变化。通过微波测量传感器检测出各种非电量的变化，就可以实现原油含水率的检测。微波法测量范围较大，能很好地解决原油流型变化的问题，相对于对人体伤害很大的射线法，微波法对人体无不良辐射。但是，流体流动系统是非常复杂的，微波和油、气、水介质的具体关系还有待深入研究。同时，传感器发射和接收系统容易受到外界环境的干扰，油田现场电磁干扰较大会降低仪器的测量精度。

PIV法是一种新的流动测量技术，通过多次曝光的方法，获得流场中粒子在给定的不同时刻像的位置，从而测出各粒子相应时刻在流场中相应位置处的位移，进而得到其相邻曝光间隔的平均速度。可以实现整个流场的快速测量，受干扰小，但是需要在透明管道下进行，成本高，难于在现场应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于同轴线相位法的气液两相流相含率检测装置及方法，为气液两相流相含率的测量提供了一种新方法。

本发明是这样实现的：一种基于同轴线相位法的气液两相流相含率检测装置，包括信号源、功分器、同轴线传感器机构、鉴相器和数字多用表；

所述同轴线传感器机构包括左右两侧透明管段以及中间的同轴线传感器测量管段；左侧透明管段包括透明亚克力管以及设置在所述透明亚克力管两端用于固定所述透明亚克力管的第一法兰，透明亚克力管两端的两个第一法兰之间通过法兰固定杆固定连接；右侧透明管段的结构与左侧透明管段的结构相同；

所述同轴线传感器测量管段包括金属圆管以及设置在所述金属圆管两端用于固定所述金属圆管的第二法兰，第二法兰与和其相邻的第一法兰之间通过螺栓螺母固定连接；在所述金属圆管的轴心线上设置有实心的金属杆，所述金属杆的两端通过同轴支架固定在所述第二法兰的中心；在所述金属杆的外部套设有绝缘层；所述金属杆以及所述金属圆管分别作为内电极和外电极与外部电源相接；