基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置及方法。所述检测装置包括检测管以及设置在检测管两端的微波探头；两个微波探头均通过通信模块与单片机相接；检测管内可通入待测的油水两相流，两个微波探头可通过发射、接收微波信号进行双向双边测距；通信模块用于将两个微波探头发射、接收微波信号的时间发送至单片机，单片机根据两个微波探头发射、接收微波信号的时间，同时结合油相介电常数、水相介电常数以及两个微波探头之间的距离即可计算得出油水两相流中的持水率。本发明专利技术通过微波探头的设计，减弱了温度、压力等环境变化对两相流持水率测量的影响，为油水两相流持水率的测量提供了一种新思路。

【技术实现步骤摘要】
基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置及方法
本专利技术涉及多相流参数检测
，具体地说是一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置及方法。
技术介绍
目前，对于流体中持水率的检测方法有：快关阀法、电容法、光学法、射线法、微波技术、同轴线相位法等。快关阀法是一种直接测量法。其实验原理是在实验管道两端安装两个距离已知且可同时开启同时关闭的快关阀，当两相流体经充分发展后通过该实验管段时，同时关闭两个阀门将流体截断在管路内，通过对测量管路内取出的流体进行简单气液分离并对液相进行测量，结合管径和两个阀门间的距离，便可以得到该测量段内平均截面含率。但是该方法在测量时需要切断流体系统，影响流体的正常流动。因此，这种方法很难应用于高流速和高压力的气液两相流持水率测量。电容法是利用原油乳化液的介电常数的微小变化与原油中水的含量多少有关的原理来实现原油含水率测量的。它可以安装在管道内部，对介电常数的检测比较敏感，但是，长期使用会导致器材老化，环境的变化也会影响检测精度。光学法同核辐射法原理相似，依据衰减、放射线和电磁波的漫反射以及两相介质一些物理性质变化实现截面含气率的测量。射线法最常见的是伽马射线衰减测量技术，由于气液衰减系数已知，通过已知的入射伽马射线强度并利用朗伯比尔定律推断出平均持水率，但伽马射线法仅仅适用于气液两相轴对称分布条件下的持水率测量，采样间隔时间长且需要很强的放射源；伽马射线散射法也被用于研究空隙率的分布，但是该方法很难应用于工业现场，其采样时间间隔长，不适用于快速波动流动。X射线法由于具有强大的能量谱，难以兼顾既要保证连续恒定的光子流，又要避免影响探测系统。而中子散射和衰减法尤其适用于湿蒸汽的测量，且与伽马射线和X射线相比，与金属管壁相互作用不强。β射线衰减法也被用于持水率测量，但由于其强烈的吸收性，被限制应用于管壁非常薄的真空系统里。显而易见，上述方法均需要必要的安全防护并受到使用环境的限制。微波技术多用于有机流体的密度和持水率(空隙率)测量。其典型应用为利用谐振腔中两相流谐振频率的频移与介质的介电常数间函数关系来实现持水率的测量。用微波进行检测要从传输波或反射波中检出微波所携带的信息，一般的作法是把它们与一个参考信号进行幅度或相位的比较。衰减是两个波进行幅度比较的结果，相移则是两个波进行相比较的结果。但是具有局限性，目前测量油水两相流持水率主要集中在低含水率和高含水率。同轴线相位法是利用同轴线作为传感器对电磁波相位进行检测的一种方法，根据油水的介电常数不同会对电磁波在传播过程中相位产生大的影响，进而获得信号传播后的相位差，通过相位差的值来确定含水率大小。但是，相关电路比较复杂，而且相位的检测受到波长的限制，一旦超出限定距离便造成测量不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置及方法，为油水两相流持水率的测量提供了一种新的设计思路。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，包括检测管以及设置在所述检测管两端的微波探头；两个微波探头均通过通信模块与单片机相接；所述检测管内可通入待测的油水两相流，两个微波探头可通过发射、接收微波信号进行双向双边测距；所述通信模块用于将两个微波探头发射、接收微波信号的时间发送至单片机，所述单片机根据两个微波探头发射、接收微波信号的时间，同时结合油相介电常数、水相介电常数以及两个微波探头之间的距离即可计算得出油水两相流中的持水率。在所述检测管的两端分别设有探头安装装置，所述探头安装装置为圆柱形筒体结构；微波探头对应设置在探头安装装置内，微波探头刚好覆盖检测管的横截面。所述探头安装装置由金属器材制成。两个微波探头的几何中心处于检测管的轴心线上。在所述检测管的两端设有用于隔离油水两相流与微波探头的隔离物质。本专利技术所提供的基于微波测距法的油水两相流持水率检测方法，包括如下步骤：a、在检测管内不通入任何流体，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，测得两个微波探头之间的距离d；b、向检测管内通入纯水，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，测得微波信号在纯水中的传输时间，根据步骤a中两个微波探头之间的距离d即可求得微波信号在纯水中的传输速度，进一步求出水相的介电常数εw；c、向检测管内通入纯油，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，测得微波信号在纯油中的传输时间，根据步骤a中两个微波探头之间的距离d即可求得微波信号在纯油中的传输速度，进一步求出油相的介电常数εo；d、向检测管内通入待测的油水两相流，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，测得微波信号在油水两相流中的传输时间tp，再结合如下公式即可求得油水两相流中的持水率：式中：ηw是油水两相流中的持水率，ηo为油水两相流中的含油率，εo为步骤c中所测得的油相的介电常数，εw为步骤b中所测得的水相的介电常数，d为步骤a所测得的两个微波探头之间的距离，tp为步骤d中所测得的微波信号在油水两相流中的传输时间。步骤a-d中，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，具体包括如下步骤：记录两个微波探头分别为第一微波探头和第二微波探头；由第一微波探头发射第一微波信号，第一微波信号经过检测管内的流体后被第二微波探头所接收；第二微波探头接收到第一微波信号后延时一段时间，然后发出第二微波信号，第二微波信号经过检测管内的流体后被第一微波探头所接收；第一微波探头接收到第二微波信号后延时一段时间，然后发出第三微波信号，第三微波信号经过检测管内的流体后被第二微波探头所接收；通信模块采集第一微波信号、第二微波信号和第三微波信号的发射时间和接收时间，并把所采集到的时间数据发送至单片机，单片机根据接收到的时间数据计算微波信号在流体中的传输时间，根据传输时间可测得两个微波探头之间的距离。流体的介电常数ε与微波信号在流体中的传播速度v之间满足如下公式：本专利技术利用微波技术与两相流体动力学知识，实现了对油水两相流持水率参数的在线监测和测量。用微波探头之间测距原理，结合水相与油相介电常数的差异性，获得不同的传输时间数据，利用相关模型得到两相流的持水率。与其他微波测量方法相比，微波测距法具有实时性好、测量精度高、范围大、易操作等优点，它可以在更远的范围里准确探测持水率，简化了装置结构，提高了装置的灵活性，而且精度也得到了很大提高，为油水两相流持水率的测量提供了一种新的思路。附图说明图1是本专利技术中检测装置的结构示意图。图2是本专利技术进行油水两相流持水率检测时的信号传输示意图。图3是本专利技术中两个微波探头进行双向双边测距的原理图。具体实施方式由于油水两相流动具有复杂多变的特性，因此其持水率测量一直以来都是科学研究和工业应用领域中未能解决的科学难题。本专利技术针对这种情况，设计了一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置及方法，通过微波探头的设计，减弱了温度、压力等环境变化对两相流持水率测量的影响，为油水两相流持水率的测量提供了一种新方法。本专利技术基于微波测距技术在油水两相流中形成测试路径，当两相流体从检测装置间流过时，由于油相与水相介电常数不同，相浓度发生变化时两相流体等效介电常数也随之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，其特征是，包括检测管以及设置在所述检测管两端的微波探头；两个微波探头均通过通信模块与单片机相接；所述检测管内可通入待测的油水两相流，两个微波探头可通过发射、接收微波信号进行双向双边测距；所述通信模块用于将两个微波探头发射、接收微波信号的时间发送至单片机，所述单片机根据两个微波探头发射、接收微波信号的时间，同时结合油相介电常数、水相介电常数以及两个微波探头之间的距离即可计算得出油水两相流中的持水率。

【技术特征摘要】
1.一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，其特征是，包括检测管以及设置在所述检测管两端的微波探头；两个微波探头均通过通信模块与单片机相接；所述检测管内可通入待测的油水两相流，两个微波探头可通过发射、接收微波信号进行双向双边测距；所述通信模块用于将两个微波探头发射、接收微波信号的时间发送至单片机，所述单片机根据两个微波探头发射、接收微波信号的时间，同时结合油相介电常数、水相介电常数以及两个微波探头之间的距离即可计算得出油水两相流中的持水率。2.根据权利要求1所述的基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，其特征是，在所述检测管的两端分别设有探头安装装置，所述探头安装装置为圆柱形筒体结构；微波探头对应设置在探头安装装置内，微波探头刚好覆盖检测管的横截面。3.根据权利要求2所述的基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，其特征是，所述探头安装装置由金属器材制成。4.根据权利要求1所述的基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，其特征是，两个微波探头的几何中心处于检测管的轴心线上。5.根据权利要求1所述的基于微波测距法的油水两相流持水率检测装置，其特征是，在所述检测管的两端设有用于隔离油水两相流与微波探头的隔离物质。6.一种基于微波测距法的油水两相流持水率检测方法，其特征是，包括如下步骤：a、在检测管内不通入任何流体，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，测得两个微波探头之间的距离d；b、向检测管内通入纯水，由检测管两端的微波探头通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，测得微波信号在纯水中的传输时间，根据步骤a中两个微波探头之间的距离d即可求得微波信号在纯水中的传输速度，进一步求出水相的介电常数εw；c、向检测管内通入纯油，由检测管两端的微波探头...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦子辉，赵宁，方立德，郎月新，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13