[发明专利]一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置及方法

权利要求书

1.一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，包括传感器壳体(2)，其特征在于：所述传感器壳体(2)内部设有绝缘内衬(4)，所述绝缘内衬(4)与传感器壳体(2)内壁之间设置有发射线圈(1)和接收线圈(3)，所述传感器壳体(2)顶部设有贯穿传感器壳体(2)上部的接收极接线柱(7)和发射极接线柱(8)，所述传感器壳体(2)顶部位于接收极接线柱(7)和发射极接线柱(8)外部设置有转接件(9)，所述转接件(9)顶部连通有表头(10)。

2.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述接收极接线柱(7)底端抵靠在接收线圈(3)上，电信号连接于接收线圈(3)。

3.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述发射极接线柱(8)底端抵靠在发射线圈(1)上，电信号连接于发射线圈(1)。

4.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述传感器壳体(2)两端内壁均设置有压紧绝缘内衬(4)两端的密封环(5)，且传感器壳体(2)两端位于密封环(5)外侧设置有锁紧螺母(6)。

5.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述发射极接线柱(8)顶部连接交变电流产生电路，所述接收极接线柱(7)顶端连接信号采集和处理电路。

6.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述表头(10)内部安装信号采集和处理电路，交变电流产生电路、嵌入式微处理器和显示电路。

7.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述表头(10)外壁上连通有接线孔(11)。

8.根据权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的装置，其特征在于：所述表头(10)和转接件(9)之间通过螺母固定连接在一起。

9.权利要求1所述的一种电磁感应技术测定两相流相分率的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：当油水或气水两相流的混合流体流过测量管道时，在发射线圈通以恒频交变电流形成电磁场，发射线圈所形成的电磁场会在油水或气水混合物的阴阳离子中形成电涡流，电涡流在接收线圈上产生二次感应电动势，二次感应电动势的大小受电涡流多少的影响，电涡流的多少会因为油水或气水混合物中的水分的比例不同而不同，所以在接收线圈上产生的二次感应电动势会受到原油含水率或天然气中的水分的影响，测量接收线圈上的二次感应电动势就可以得出油水混合物的相分率；

步骤二：根据道尔电磁感应几何因子理论：

式中E₁为发射线圈的激励电流产生的一次感应电磁场；J_T为发射电流密度；ω为激励角频率；μ为磁导率；

式中E₂为原油或天然气中涡流激励的二次感应电磁场；j_s为原油或天然气中涡流密度；

j_s＝σE₁,式中σ为原油或天然气电导率；

以发射线圈的中点为原点，空间某一点的一次电场强度为：

式中S_T为发射线圈的面积；N_T为发射线圈的匝数；I_T为发射信号的电流密度；R₁为发射线圈轴心到空间的距离；r为空间点到发射线圈轴线的距离；

一次感应电磁场在空间某点处产生的涡流电流密度为：

一次感应电磁场在接收线圈处产生的一次感应电动势为：

接收线圈在发射线圈激励涡流的作用下，接收到的二次感应电动势为：

式中R₂为空间点到接收线圈的距离；N_R为接收线圈的匝数；S_R为接收线圈的面积；r₀为线圈截面积的半径；L为发射线圈与接收线圈的距离；其中

原油中含水率越大或天然气中的水分越多，电导率越大，接收线圈处的二次感应电动势也越大，也就是接收线圈接收的二次感应电动势与原油含水率或天然气中的水分对应；

步骤三：原油含水率和天然气相分率计算：

原油含水率计算：式中λ为原油含水率；U_x为流体为原油和水混合物时，接收线圈感应的二次感应电动势；U_o为流体为纯原油时，接收线圈感应的二次感应电动势；U_w为流体为纯水时，接收线圈感应的二次感应电动势；

天然气相分率计算：式中λ为天然气中所含水分；U_x为湿气时，接收线圈感应的二次感应电动势；U_g为流体为纯天然气时，接收线圈感应的二次感应电动势；U_w为流体为纯水时，接收线圈感应的二次感应电动势。