[发明专利]一种非满管流液体流动速度测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种非满管流液体流动速度测量装置，包括在绝缘管道外壁安装的激励电极和检测电极，激励电极通过导线电连接有信号发生器，检测电极通过导线依次连接有色环电感、信号处理电路、数据采集卡及计算机。本发明的一种非满管流液体流动速度测量装置，将电容耦合非接触电导测量技术与空间滤波测速方法相结合，解决了现有技术中存在的非满管液体流动速度难以测量的问题。本发明还公开了一种非满管流液体流动速度测量方法。

技术领域

本发明属于液体流动速度测量技术领域，涉及一种非满管流液体流动速度测量装置，本发明还涉及一种非满管流液体流动速度测量方法。

背景技术

液体流速的测量在日常生活和工业控制中广泛存在，如自来水厂流速与流量的控制，石油井下注水系统对注水量和流速的精确测量等。近年来，小型化工业设备中液体流动参数的测量备受关注。由于小型化设备中管道内径的变小，水的表面张力作用会变的更为突出，因此在常规管径下得到的一些理论将不再适用于小通道内流体的检测。

目前在小通道液体流速测量领域常用的检测手段主要有超声法、高速摄影法和电导测量法等。其中前两种方法相比于电导测量法而言，不仅对检测环境有特殊要求，而且成本较高，在实际工业中的应用较为困难。电导测量法装置简单且成本低，在液体流速测量领域中的应用较为常见。然而传统的电导测量方法多为接触式电导检测，电极与被测溶液直接接触，容易造成电极极化和电化学腐蚀等问题。

电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless ConductivityDetection,C⁴D)方法是一种新型非接触式测量技术，由于其检测电极不与被测液体直接接触，可以有效克服传统接触式电导检测中存在的问题。目前将该技术应用于流速测量的研究也仅局限于采用互相关的方法实现，这不仅对传感器的结构有特殊要求，而且就互相关方法本身而言，要求上下游信号具有一致性，从而使该方法对液体流动状态的稳定性有较高要求。而对于非满管流，液体在流动过程中形态不断发生改变，输出的电信号也随之变动，难以保证上下游输出信号的一致性，液体流速的测量就难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种非满管流液体流动速度测量装置，将电容耦合非接触电导测量技术与空间滤波测速方法相结合，解决了现有技术中存在的非满管液体流动速度难以测量的问题。

本发明的另一目的是提供一种非满管流液体流动速度测量方法。

本发明所采用的技术方案是，一种非满管流液体流动速度测量装置，包括在绝缘管道外壁安装的激励电极和检测电极，激励电极通过导线连接有信号发生器，检测电极通过导线依次连接有色环电感、信号处理电路、数据采集卡及计算机。

优选地，信号处理电路包括依次通过导线连接的流压转换电路、全波整流电路、低通滤波电路，色环电感和数据采集卡分别连接流压转换电路和低通滤波电路。

本发明采用的另一种技术方案是，一种非满管流液体流动速度测量方法，采用上述一种非满管流液体流动速度测量装置，具体为：

信号发生器输出一定频率的交流电压施加在激励电极上，此时，激励电极和检测电极以及之间的导电溶液形成一条交流通路，检测电极上输出含有溶液电导信息的交流电信号并与色环电感串联，利用电感的感抗抵消耦合电容的容抗，消除耦合电容的影响，然后交流电流信号经过流压转换电路、全波整流电路、低通滤波电路之后输出便于采集的直流电压信号，由数据采集卡采集并传输到计算机进行数据处理，计算机对输出的电压信号进行去除趋势项处理，消除测量环境的干扰，并对处理后的电压信号进行傅里叶变换得到其频谱图，通过频谱图获取信号的频率f_i和幅值h_i，然后根据信号的频率f_i和幅值h_i计算等效峰值频率，再根据液体流动速度与等效峰值频率的数学表达式计算出液体的流速。

优选地，信号发生器输出电压的频率为谐振频率。