本发明专利技术属于流体测量技术领域，涉及一种流速测量双内外环形电容传感器，包括测量管道，分别设置在测量管道上游和下游的两个相同的电容传感器，其特征在于，在测量管道的中轴线上固定有圆柱型电极载体，上游电容传感器和下游电容传感器的两个内环电极分别固定在圆柱型电极载体外，其两个外环电极分别固定在与两个内环电极位置相对应的测量管道内壁上。本发明专利技术还提供一种采用此种电容传感器的两相流相关测量系统。本发明专利技术提供的电容传感器和两相流相关测量系统，能够大大消除流场和电场分布不均匀，提高测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体测量
，具体涉及气-液，气-固，液-固，液-、液等两相流体的 流速测量。
技术介绍
两相流是指两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。若流动系统中物质的相态 多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相变传质和反应过程所涉 及的最普遍的粘性流体流动。有相变时的传热、塔设备中的气体吸收、液体精馏、液体 萃取以及搅拌槽或鼓泡塔中的化学反应过程等，都涉及两相流。石油工业中对油气水三 相流的测量中利用分离装置对流体进行初步分离后得到的也是两相流流体。两相流流体 分为气-液，气-固，液-固，液-液等，为了工业现场的应用要求，需要对两相流的流量进 行较为准确的计量。互相关技术是目前在测量两相流流速中应用比较广泛的方法，由于 这种方法自身原理的限制，得到的相关流速和流体真实流速之间有一定的误差，影响了 测量精度。申请号为200510045977.6的专利技术专利申请提出一种基于电容传感器和相关技术的固 液两相流流量电容实时检测装置，虽然这种方法对电容值进行相关分析再做相应的处理， 但该装置存在以下的缺点(1)仅适用于固液两相流测量(2)未对流体进行预处理， 流入电容传感器的流体可能存在较大的速度滑移(3)该方法采用的电容传感器以及电容 检测电路的精确度还有待于提高。申请号为200510046171.9的专利技术专利提出了一种基于 多传感器、电容值的互相关和超声波互相关分析的两相流流速测量方法，虽然这种方法 对电容和超声两路的值进行相关分析再做相应的处理，但是它没有分析相关方法在两相 流流速测量中误差产生的原因，因而没有从流量传感器部分给出解决测量误差的方法， 没有从根本上解决问题。此外，传统的用于测量流体流速的电容传感器由两个半环形的电极构成，两个电极之间电场分布不均匀，流场的分布情况对流速测量有很大影响。鉴 于此，本专利技术从两相流流体本身的物理特性出发，深入研究利用相关方法进行两相流流 速测量的本专利技术利用流体的电学性质提出了一套新的测量两相流流速的方案，该测量系 统引入了新型的流量测量传感器和相关信息处理方法，易于实现，便于现场应用。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有的两相流流速测量方法的弊端，提出一种能够大大消除流场分 布不均匀，提高测量精度的电容传感器结构，并设计了基于此种电容传感器的相关式两相流流速测量系统。本专利技术的电容传感器的技术方案如下-一种流速测量双内外环形电容传感器，包括测量管道，分别设置在测量管道上游和 下游的两个相同的电容传感器，其特征在于，在测量管道的中轴线上固定有圆柱型电极 载体，上游电容传感器和下游电容传感器的两个内环电极分别固定在圆柱型电极载体外， 其两个外环电极分别固定在与两个内环电极位置相对应的测量管道内壁上。在测量管道的入口处最好设置有静态混合器。本专利技术还提供一种采用上述电容器结构的两相流流速相关测量系统，技术方案如下一种基于双内外环形电容传感器的两相流流速相关测量系统，包括双内外环形电容 传感器、传感器信号采集电路、相关信号处理电路，其中，双内外环形电容传感器包括测量管道，分别设置在测量管道上游和下游的两个相同 的电容传感器，其特征在于，在测量管道的中轴线上固定有圆柱型电极载体，上游电容 传感器和下游电容传感器的两个内环电极分别固定在圆柱型电极载体外，其两个外环电 极分别固定在与所述的两个内环电极位置相对应的测量管道内壁上；传感器信号采集电路包括振荡激励信号模块、上游和下游电容信号采集电路、上游 和下游电容信号处理电路；由振荡激励信号模块分别向双内外环形电容传感器施加相同 的激励信号；上游、下游信号处理电路分别采集上游和下游电容传感器的信号，并经过 程控放大处理后将其传送到相关信号处理电路；相关信号处理电路包括作为从机的DSP和作为主机的单片机及其外围电路，由单片 机采集上游和下游电容传感器的信号，送入DSP中进行互相关运算，得到管道内两相流 体的流速。在上述的技术方案中，双内外环形电容传感器最好还包括设置在测量管道入口处的 静态混合器。振荡激励信号模块可以包括自激振荡源及分别与其相连的上游和下游延迟开关电 路，自激振荡源产生的方波信号分别经由上游和下游延迟开关电路后加载在上游和下游 电容传感器上。所述上游信号处理电路可以包括上游电容信号采样电路、第一检波电路、信号幅值 判断电路、第一程控信号放大电路，上游电容信号采样电路的输出分别与第一检波电路 和第一程控信号放大电路的输入端相连，信号幅值判断电路根据第一检波电路输入的信 号判断上游电容信号采样电路输出信号的大小，并据此设定第一程控信号放大电路的放 大倍数。下游信号处理电路与上游相似，包括下游电容信号采样电路、第二检波电路、信号 幅值判断电路、第二程控信号放大电路，上游电容信号釆样电路的输出分别与第二检波 电路和第二程控信号放大电路的输入端相连，信号幅值判断电路根据第二检波电路输入 的信号判断下游电容信号采样电路输出信号的大小，并据此设定第二程控信号放大电路 的放大倍数。本专利技术采用在测量管道内竖直安装的双内外环形电容传感器作为流量传感器，与传统的用于测量流体流速的电容传感器相比，使得流速呈轴对称分布，速度剖面较均匀， 能够大大消除流场和电场的分布不均匀的影响，内双内外环形电容传感器的设计还使得 测量段被测流体的流速迅速增加。同时静态混合器的设置，使得各相均匀混合，降低了 速度滑移，为互相关分析提供了很好的前提条件，可提高分析精度。利用DSP对上下游 两个传感器得到的信号进行互相关处理，提高了两相流体中流速测量的实时性和准确性， 同时设计保证了低功耗，节约能源；本专利技术利用了两相流流体自身的电学特性来进行流 速的测量，避免了使用射线技术，消除了安全隐患。本专利技术釆用的流速测量技术可以广 泛的应用于气-液，气-固，液-固，液-液等两相流体的流速测量，易于实现现场应用。附图说明图1流速测量双内外环形电容传感器结构示意图；图2基于双内外环形电容传感器的两相流流速相关测量系统结构框图；图3本专利技术的测量系统中的相关信号处理电路结构框图；图4主程序流程图；图5上游内外环形电容传感器的信号采集电路原理图； 图6相关信号处理电路原理图；图7作为主机的单片机及其外围器件和接口电路原理图。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的结构原理予以说明。流速测量双内外环形电容传感器如图1 所示。气-液，气-固，液-固，液-液等两相流体进入流速测量双内外环形电容传感器， 流体通过设置在测量管道1入口处的静态混合器4整流后进入由上游环形电容传感器和 下游环形电容传感器形成的双内外环形电容传感器上。双内外环形电容传感器的两个内 环电极6、 8分别贴在圆柱型电极载体2上，两个外环电极5、 7分别贴在测量管道1的 内壁上。上、下游两个电容传感器的电极宽度均为d=8mm，两个内电极6， 8直径dl=15mm， 外电极5， 7的直径(32=50画，上、下游两个电容传感器之间的距离L-25咖。圆柱型电极 载体采用耐腐蚀、硬度高的绝哮材料如硬质塑料制成。参见图2，振荡激励信号模块，向上游和下游电容传感器施加振荡激励信号。电容信 号通过上游检测电路模块和下游检测电路模块来检测。检测到的两个电容信号分别经过 检波电路送入信号幅值判断电路模块16。两个电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种流速测量双内外环形电容传感器，包括测量管道，分别设置在测量管道上游和下游的两个相同的电容传感器，其特征在于，在测量管道的中轴线上固定有圆柱型电极载体，上游电容传感器和下游电容传感器的两个内环电极分别固定在圆柱型电极载体外，其两个外环电极分别固定在与两个内环电极位置相对应的测量管道内壁上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，叶佳敏，陈超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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