一种高响应度的抗干扰气液两相流相含率检测方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术的技术方案要点为：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，本发明专利技术基于电磁谐振原理，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。

An Anti-jamming Method for Phase Holdup Detection of Gas-liquid Two-phase Flow with High Responsibility

The invention discloses an anti-interference gas-liquid two-phase flow phase holdup detection method with high response, which belongs to the field of multi-phase flow detection. The main points of the technical scheme of the invention are as follows: because the magnetic field of the general detection coil is uniformly distributed in space, the measured body is not in the sensitive field, and the conductivity and permeability are low, which results in the low sensitivity and poor anti-interference ability of the traditional electromagnetic detection. The invention is based on the principle of electromagnetic resonance. When both the transmitting system and the receiving system are in the resonant state, the measurement of the phase holdup of the two-phase flow will be carried out. Compared with traditional electromagnetic detection, it is more sensitive and less disturbed by external electromagnetic wave because the transmitting and receiving circuit resonates at the same frequency. In addition, the flux density of the excitation field generated by saddle coil distributes uniformly along the axis of the measuring tube, so the measurement of two-phase flow pipeline is more accurate. On this basis, the mathematical model of two-phase flow is established, and the complex two-phase flow problem is transformed into a simpler mathematical calculation.

【技术实现步骤摘要】
一种高响应度的抗干扰气液两相流相含率检测方法
本专利技术属于多相流检测领域。具体涉及气液两相流相含率的计算和测量，特别涉及两相流检测中的抗干扰性与灵敏场检测。
技术介绍
两相流测量广泛存在于化工、石油、电力等领域，两相流相含率与物性参数的测量对工业生产、运输具有重要意义。其中，相含率的测量是两相流检测领域中难点，因为它是表征流动过程的关键，也是预测气液两相流中质量、动量和能量传递的基础。常用的两相流参数检测的方法有：介入式检测方法：如探头法。非介入方式的检测方法：如微波法、光学法、电学法。其中电学检测法具有结构简单，成本低，响应速度快且安全性高等优点，成为大家研究热点。由于气液两相流之间的电导率较低，导致了测量过程中的误差，并对检测系统与方法设计提出了更高要求。对两相流测量一般应用圆形线圈，其产生励磁磁场的磁通密度在整个空间分布较均匀。此时，处于分布较均匀的交变励磁磁场中的两相流相含率发生变化时，两相流内所产生的涡流损耗会随之产生变化，而涡流损耗的变化会引起测量系统中负载电压的大小相应产生变化，通过测量系统中负载电压大小可以间接反映气液两相流相含率的参数信息。但是由于磁场在整个空间均匀分布，导致对两相流并未处于灵敏场中，计算精度不高，且易受干扰。这就使得一般检测法只能大概计算两相流相含率。磁场源的设计与制造直接关系到生产和科学技术的发展，它除了具有一定的磁场强度，还应在某个空间内按一定要求分布，如励磁磁场的磁通密度沿测量管道均匀分布。另外在对两相流检测时，气液两相流的电学特性相对复杂，若能利用其完整的电阻抗信息进行数学描述，则可对两相流测量过程从理论角度解释。针对以上情况，急需针对两相流本身特点，设计一种响应度高，抗干扰能力强的测量方法，并且能用数学模型对两相流测量过程进行描述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种两相流测量方法，使两相流处于均匀的高灵敏磁场中。该方法具有高响应度，高抗干扰能力，并且可以对两相流的阻抗信息进行数学描述，通过数学模型表示相含率的变化。以下为具体步骤：(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。本专利技术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，本专利技术基于电磁谐振原理，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。附图说明图1为本专利技术测量系统三维模型图；图2为马鞍形线圈构造图；图3为本专利技术电路拓扑结构图；图4为传统感应式电磁测量系统电路拓扑结构图；图5层状流、环状流负载电压随相含率变化的结果图。具体实施方法下面结合附图详细描述本专利技术的具体内容。两相流测量系统三维构造模型见图1，气液两相流管道中心与收发线圈同轴放置，确定两相流模型，来避免因测量系统中两相流模型位置变化，而使测量结果不准确。并建立两种典型气液两相流的流型模型，即层状流、环状流。建立检测系统电路模型，并设定密闭的气液两相流管为电感和电阻的串联，电路拓扑结构见图3。图中VS为电压源，M12，M13，M23分别为发射和接收线圈之间的互感、发射线圈与被测体的互感、接收线圈与被测体的互感，RS为发射电路中电源内阻，RL为接收回路的负载，R1，R2为回路等效电阻，L3和R3分别为被测体电感和等效电阻，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。要计算当前气液两相流相含率下的负载电压值UL，根据公式UL＝I2RL计算得到，式中I2根据计算得到。设定传统电磁检测负载电压VL,假定传统电磁检测中电路元件参数与本专利技术电路元件参数完全相同。当前气液两相流相含率下的负载电压值VL根本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：路飞，
申请(专利权)人：路飞，
类型：发明
国别省市：河南,41