[发明专利]一种高响应度的抗干扰气液两相流相含率检测方法

摘要

本发明公开了一种高响应度的抗干扰气液两相流相含率检测方法，属于多相流检测领域。本发明的技术方案要点为：由于一般检测线圈磁场在空间均匀分布，被测体并未处于灵敏场中，且电导率、磁导率较低，导致传统电磁检测时灵敏度不高、抗干扰能力差，本发明基于电磁谐振原理，当发射系统，接收系统都处于谐振状态时，两相流相含率的测量将比传统电磁检测更加灵敏，并且由于发射接收回路谐振于同一频率，受到外界电磁波干扰小。另外使用马鞍形线圈产生的励磁磁场的磁通密度沿测量管轴方向分布较均匀，故对两相流管道测量较精确。并且在此基础上对两相流进行了数学模型的建立，把复杂的两相流问题转化为较为简单的数学计算。

主权项

1.一种高响应度的抗干扰气液两相流相含率检测方法，其特征在于具体步骤为：(1)、检测系统特征在于装置包括发射系统和接收系统，发射系统由信号发生器、功率放大器、电容C1和发射线圈构成，其中信号发生器输出端与功率放大器信号输入端相连，功率放大器正向输出端、发射线圈、电容C1与功率放大器负向输出端组成串联回路，接收系统由接收线圈、电容C2和负载串联组成，(2)、设定发射和接收线圈参数，包括设定发射线圈为两侧对称的马鞍形线圈，将螺距为1mm的平面涡状线圈从中间沿直径分割，中间由相同线径的直线导线相连，直线部分长度为50mm，最外层圆弧的半径为50mm，两端圆弧向同一侧外翻，对中心的张角为180°，发射线圈匝数为N1、自感为L1、电容为C1，接收线圈为等螺距的螺旋圆形线圈，接收线圈半径为r1、匝数为N2、自感为L2、电容为C2，其中收发线圈匝数相同，N1＝N2，被测管道圆心与马鞍形线圈圆弧的圆心处于同一位置，且与发射线圈直线部分平行，收发射线圈中心同轴放置，对应的收发线圈间距D设置为工作间距，收发线圈的互感为M12、被测体与发射线圈的互感为M13、被测体与接收线圈的互感M23；(3)、设定检测系统工作在同一谐振频率下，发射回路和接收回路中电感、电容谐振满足公式ω为激励电源的角频率，(4)、设定发射回路中RS为电源内阻、VS为电源电压、R1为发射回路等效电阻，接收回路中R2为接收回路等效电阻、RL为负载；(5)、设定密闭的气液两相流管道为电感和电阻的串联，在Maxwell中建立测量系统的模型，计算得到两相流的平均涡流损耗和涡电流值I，采用公式可以获得两相流的等效电阻R₃；(6)、建立检测系统数学函数模型式中，I₁、I₂、I₃分别为发射回路电流、接收回路电流、被测体回路电流；(7)、针对层状流的检测，在Maxwell中建立测量系统，计算得出不同液面高度时，被测层状流与发射线圈的互感、被测层状流与接收线圈的互感、自感和等效电阻；(8)、根据函数获得从液面高度到层状流相含率的一一映射关系，式中α₁为层状流的相含率，r₂为气液两相流管道半径，液面高度为H；(9)、将步骤(7)计算得到的层状流参数，即被测层状流与发射线圈的互感、被测层状流与接收线圈的互感、自感和等效电阻，代入步骤(6)，计算得到层状流不同相含率下的接收回路电流I2，根据U′L＝I2RL计算得到层状流不同相含率所对应的负载电压值U′L；(10)、针对环状流的检测，在Maxwell中建立测量系统，计算得出不同气柱半径时，被测环状流与发射线圈的互感、被测环状流与接收线圈的互感、自感和等效电阻；(11)、根据函数获得从气柱半径到环状流相含率的一一映射关系，式中α₂为环状流的相含率，位于环状流中心位置的气柱半径为R；(12)、将步骤(10)计算得到的环状流参数，即被测层状流与发射线圈的互感、被测层状流与接收线圈的互感、自感和等效电阻，代入步骤(6)，计算得到环状流不同相含率下的接收回路电流I2，根据U″L＝I12RL计算得到环状流不同相含率所对应的负载电压值U"L；(13)、将得到的两种流型下相含率与负载电压的映射关系通过公式拟合，层状流相含率到负载电压的对应关系可由U′L＝‑0.0004*α2‑0.1836*α2+1.3915表征，环状流相含率到负载电压的对应关系可由U″L＝‑0.00008*α2‑0.0081*α+1.4表征。