一种气液两相管流的截面持液率测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及气液两相管流持液率测量技术领域，具体涉及一种气液两相管流的截面持液率测量装置及其测量方法，所述装置包括一对使用时布置于管线内待测位置的电容探针、电容传感单元和处理计算单元；所述电容探针均具有由导电材料制成且布置于管线外的探针电极，且所述电容探针及其探针电极的表面均覆盖有一层绝缘层；所述处理计算单元用于根据各个探针电极上的电容值信号计算生成相应的截面持液率；本发明专利技术还公开了一种截面持液率测量方法。本发明专利技术中的截面持液率测量装置及方法能够兼顾截面持液率测量的工作稳定性和测量准确性，还能够提升截面持液率测量装置的测量效率，从而提升气液两相管流的截面持液率测量效果。

【技术实现步骤摘要】
一种气液两相管流的截面持液率测量装置及其测量方法
本专利技术涉及气液两相管流持液率测量
，具体涉及一种气液两相管流的截面持液率测量装置及其测量方法。
技术介绍
多相流的相关技术及理论广泛应用于人类的生产生活中，涉及到能源、动力、石油、化工、国防科技、农业和航空航天等多种工业部门，对国民经济的发展起到了非常重要的促进和推动作用。在管线清管或排空过程中，管内出现大量的气液混合物以及随时间和空间变化的气液混合段，气液混合段的长度和位置不但是判断排空是否完成的重要标志，还会影响泵的工作，因此，若能测量出排空或清管过程中管路沿线相关各点的截面持液率或含气率，便可以计算出气液混合段的长度，通过统计分析的方法可以预测气体前锋的运动速度和位置，为排空或清管操作提供依据。用于管内截面持液率测量的方法主要分为接触式测量和非接触式测量。其中，非接触式测量方法存在测量精度和分辨率不高，不适合在管线沿线进行多点、连续测量的问题；而接触式测量具有检测精度高、实时性好和成本低廉等优点，因此，在实际测量过程中大多采用接触式测量。接触式测量中的电容法在多相流测量中使用非常广泛，例如，公开号为CN1865966A的中国专利公开一种多相管流中相含率和相界面的单丝电容探针测量系统，包括单丝电容探针装置以及与单丝电容探针装置相连接的电容电压转换电路和信号处理装置，电容电压转换电路将单丝电容探针装置中的单丝电容探针的电容值转化为直流电压，并将电压值传给信号处理装置，信号处理装置实现对电容电压转换电路的开启和关闭的控制并实现数据处理和存储。上述现有方案中的单丝电容探针测量系统，能够通过单丝电容探针来测量多相管流中的导电介质，从而实现对多相管流截面持液率的测量。但是，上述现有方案在用于实际测量截面持液率的过程中存在以下问题：1)该现有方案中的单丝电容探针以管壁作探针电极，使得其电容的输出值受环境影响大，而单丝电容探针的测量结果还容易受到流体的介电常数影响，导致该测量系统的工作稳定性低；2)该现有方案中的单丝电容探针容易受到环境温度和激励频率的影响，且容易粘附被测流体，导致截面持液率的测量准确性低。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种能够兼顾截面持液率测量的工作稳定性和测量准确性的截面持液率测量装置和测量方法，以能够提升气液两相管流的截面持液率测量效果。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种气液两相管流的截面持液率测量装置，包括一对使用时布置于管线内待测位置的电容探针，以及与所述电容探针电连接的电容传感单元，和与所述电容传感单元信号连接的处理计算单元；所述电容探针均具有由导电材料制成且布置于管线外的探针电极，且所述电容探针及其探针电极的表面均覆盖有一层绝缘层；所述电容传感单元用于采集并输出各个探针电极上的电容值信号；所述处理计算单元用于根据各个探针电极上的电容值信号计算生成相应的截面持液率。本方案中，管线内的导电流体接触电容探针时，探针电极与绝缘层和导电液体之间共同组成了一个电容器，使得电容传感单元采集输出的电容值信号随与导电流体接触长度的变化而变化，最后根据输出的各个电容值信号来计算生成相应的截面持液率。本方案中的电容探针具有由导电材料制成且布置于管线外的探针电极，使得电容探针(组成的电容器)的输出值既不容易受到环境的影响，也不会受到流体的介电常数的影响，能够提升截面持液率测量装置的工作稳定性；探针电极表面覆盖的绝缘层使得探针电极不容易受环境温度和激励频率的影响，而电容探针上覆盖的绝缘层使得电容探针不容易受环境温度和激励频率的影响，且不容易粘附被测流体，使得本方案中的双电容探针结构对导电流体更为敏感，更适合截面持液率的测量，能够提升截面持液率测量装置的测量准确性；此外，本方案中通过电容值信号计算生成截面持液率，不需要进行现场标定，还能够提升截面持液率测量装置的测量效率。因此，本方案中的截面持液率测量装置能够兼顾截面持液率测量的工作稳定性和测量准确性，还能够提升截面持液率测量装置的测量效率，从而提升气液两相管流的截面持液率测量效果。优选的，所述处理计算单元计算生成截面持液率是：首先根据各个探针电极上的电容值信号和预设接触长度公式计算导电流体与电容探针的接触长度；然后根据导电流体与电容探针的接触长度，以及电容探针处于管线内的长度和管线的内径尺寸计算生成相应的截面持液率；所述预设接触长度公式为：h＝C2D/C，式中，h为导电流体与电容探针的接触长度，C2为两根探针电极串联形成的电容器的电容值，C为导电流体与电容探针完全接触时的电容值，D为电容探针的外径尺寸。实际实施过程中，本方案的两根电容探针直接垂直贯穿管线的侧壁，那么电容探针处于管线内的长度就等于管线的内径尺寸，当计算得到导电流体与电容探针的接触长度时，该接触长度除以管线的内径就等于截面持液率(截面持气率＝1-截面持液率)，这样的计算方式具有计算准确且快捷，且不需要进行现场标定，能够提升截面持液率测量装置的测量效率；此外，本方案计算接触长度公式h＝C2D/C时，采用如下步骤：步骤一：确定导电流体与电容探针接触时形成的柱状电容值C1的公式式中，C1为导电流体与电容探针接触时形成的柱状电容值，ε为聚四氟乙烯的介电常数，D为电容探针的外径尺寸，d探针电极的直径尺寸；步骤二：确定两根探针电极串联形成的电容器的电容值C2的公式式中，C2为两根探针电极串联形成的电容器的电容值，ε为聚四氟乙烯的介电常数，D为电容探针的外径尺寸，d探针电极的直径尺寸；步骤三：确定导电流体与电容探针完全接触时的电容值C的公式式中，C为导电流体与电容探针完全接触时的电容值，ε为聚四氟乙烯的介电常数，D为电容探针的外径尺寸，d探针电极的直径尺寸；步骤四：根据步骤二和步骤三确定导电流体与电容探针的接触长度h的公式h＝C2D/C，式中，h为导电流体与电容探针的接触长度，C2为两根探针电极串联形成的电容器的电容值，C为导电流体与电容探针完全接触时的电容值，D为电容探针的外径尺寸。优选的，所述处理计算单元计算生成相应的截面持液率之前，先将各个探针电极上的电容值信号分别转换成相应的电压值信号，再根据各个电压值信号计算生成相应的截面持液率。这样，将电容值信号转换成相应标准的电压值信号，一方面，能够提升数据的通用性，使得计算更方便，能够提升截面持液率测量装置的测量效率。优选的，所述处理计算单元在将各个探针电极上的电容值信号转换成相应的电压值信号之后，先对各个电压值信号进行信号放大处理。这样，对电压值信号进行信号放大处理后，能够提升截面持液率测量装置分辨率，从而有利于提升截面持液率测量装置的测量效果。优选的，所述电容探针和探针电极均为不锈钢材料制成。本实施例中，电容探针和探针电极均为不锈钢丝。这样，采用不锈钢丝作为电容探针的两极，而不锈钢丝具有良好的导电性，能够保证截面持液率测量装置的测量准确性；此外，不锈钢丝还具有很好的强度，能够进一步保证截面持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气液两相管流的截面持液率测量装置，其特征在于：包括一对使用时布置于管线内待测位置的电容探针，以及与所述电容探针电连接的电容传感单元，和与所述电容传感单元信号连接的处理计算单元；所述电容探针均具有由导电材料制成且布置于管线外的探针电极，且所述电容探针及其探针电极的表面均覆盖有一层绝缘层；所述电容传感单元用于采集并输出各个探针电极上的电容值信号；所述处理计算单元用于根据各个探针电极上的电容值信号计算生成相应的截面持液率。/n

【技术特征摘要】
1.一种气液两相管流的截面持液率测量装置，其特征在于：包括一对使用时布置于管线内待测位置的电容探针，以及与所述电容探针电连接的电容传感单元，和与所述电容传感单元信号连接的处理计算单元；所述电容探针均具有由导电材料制成且布置于管线外的探针电极，且所述电容探针及其探针电极的表面均覆盖有一层绝缘层；所述电容传感单元用于采集并输出各个探针电极上的电容值信号；所述处理计算单元用于根据各个探针电极上的电容值信号计算生成相应的截面持液率。


2.如权利要求1所述的气液两相管流的截面持液率测量装置，其特征在于：所述处理计算单元计算生成截面持液率是：首先根据各个探针电极上的电容值信号和预设接触长度公式计算导电流体与电容探针的接触长度；然后根据导电流体与电容探针的接触长度，以及电容探针处于管线内的长度和管线的内径尺寸计算生成相应的截面持液率；所述预设接触长度公式为：h=C2D/C，式中，h为导电流体与电容探针的接触长度，C2为两根探针电极串联形成的电容器的电容值，C为导电流体与电容探针完全接触时的电容值，D为电容探针的外径尺寸。


3.如权利要求1所述的气液两相管流的截面持液率测量装置，其特征在于：所述处理计算单元计算生成相应的截面持液率之前，先将各个探针电极上的电容值信号分别转换成相应的电压值信号，再根据各个电压值信号计算生成相应的截面持液率。


4.如权利要求3所述的气液两相管流的截面持液率测量装置，其特征在于：所述处理计算单元在将各个探针电极上的电容值信号转换成相应的电压值信号之后，先对各个电压值信号进行信号放大处理。


5.如权利要求1所述的气液两相管流的截面持液率测量装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜俊泽，管亮，雍歧卫，钱海兵，陈雁，郭杨，李江，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军勤务学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50