CN103858004A - 用于确定两相流中气体含量的多电极传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定在流管中流动的两相流体的气体含量的传感器，该传感器包括能够布置在流管中、在流体流（F）中的套管（10）。传感器的套管（10）包括多个测量电极（1-5），所述测量电极成对地限定所述套管（10）的流道面积的多个再分空间（A-D）。该传感器还具有联接到测量电极（1-5）的切换及测量构件（50），用以控制套管（10）的每个再分空间（A-D）在测量状态和非测量状态之间切换。切换及测量构件（50）配置成彼此独立地、有选择地切换每个再分空间（A-D）的状态。

Description

用于确定两相流中气体含量的多电极传感器

技术领域

本发明涉及用于确定流管中流动的两相流体的气体含量的传感器领域，该流管被安装在任意工业应用中，例如火箭或其他发动机中。

特别是在航空航天领域的应用中，存在于液体中的气体的体积分数的知识具有许多应用。

例如，火箭发动机的涡轮泵被提供低温推进剂，特别是液态氢和液态氧。在泵入口处，存在于液体中的气体会妨碍流体流动，具有能导致涡轮泵空转的气穴现象的风险。因此，关于这种能识别和测量存在于供给推进剂中的气体的应用是非常重要的。

背景技术

已知传统的电容式传感器具有适于布置在管道中（在管道中流动的两相流体流中）的两个电极。两个电极中的第一个以柱形芯的形式构成阳极，另一个电极构成阴极，该阴极形成管道的一段的一部分。

这种传统的电容式传感器被配置成测量在管道中在阳极和阴极之间流动的两相流体的相对电容率（或介电常数），这样可以确定存在于流体的液相中的气体的体积分数。

更确切地说，流体的介电常数直接依赖于其折射率。结果发现，流体在气态状态下的折射率通常稍微地不同于相同流体在液态时的折射率，从而利用这两个折射率的现有知识，使用这种布置在流管中的电容式传感器来测量以两相状态流动的流体的介电常数，就可以确定存在于流体的液相中的气泡含量。

然而，通过这种传统传感器测量的气泡含量相比于在该传感器所安装的管段的流截面中形成的气泡的真实含量而言是不准确的。

当通过这种传统传感器测量的气泡含量对应于穿过传感器整个流截面的平均含量时，该问题变得特别突出，从而所测量的含量无法检测非常局部范围内的气泡的潜在激增。

因此，迫切需要开发一种能准确地测量在给定的流截面内形成的平均气泡含量和局部气泡含量的传感器。

发明内容

本发明旨在提供这样的传感器。

更确切地说，本发明含义中的传感器可以确定在流管中流动的两相流体的气体含量，该传感器包括适于布置在流管（流体流）中的套管。传感器的套管包括多个彼此隔开并彼此配准（in register）的测量电极，使得它们成对地限定将所述套管的流截面再分的多个再分空间。传感器还包括以这样的方式联接到测量电极的切换及测量构件，该方式使得套管的每个再分空间在测量状态和非测量状态之间切换，在所述测量状态中，所述构件在限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极之间施加激发电信号，并测出代表接收电信号的值，该信号由施加所述激发电信号产生，以便确定与所述代表值相关的流体的气体含量。切换及测量构件配置成彼此独立地、有选择地切换每个再分空间的状态。

能理解，传感器的套管因此具有能将所述套管的流截面再分成两个或更多个再分空间的三个或更多个测量电极，该空间对应于由测量电极成对地限定的位于电极之间的空间。

因此，对于给定的流截面和保持同等的所有其他事情而言，本发明的传感器的套管中的电极之间的距离小于具有两个电极的上述类型的传统传感器的电极之间的距离，因此可以测量具有较好信噪比的信号，因此可以测量更准确的信号。

此外，由于传感器装配有较多数量的测量电极而产生的多个再分空间的存在被有利地用于本发明，从而能准确测量局部地仅形成在一个再分空间中或形成在某些再分空间中的气泡含量，所述空间通过在测量和非测量状态之间切换而被选出，因为对于传感器套管的每个再分空间来说，所述切换能被任意并以独立的方式执行。

此外，为了确保所考虑的再分空间采取非测量状态，可以特别地将切换及测量构件配置成防止在限定所考虑的所述再分空间的两个邻近测量电极之间形成电激发。

若干个可选方案可用于使所考虑的再分空间能采取其非测量状态。

因此，在第一有利可选方案中，切换及测量构件施加相同的电势到限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极，从而使得所述空间采取其非测量状态。

因此能理解，只要再分空间保持在其非测量状态，限定其的两个测量电极端子的势差就被保持在零值（在实践中，当使用传感器所装配的切换及测量构件时，该势差保持在尽可能接近零的值）。

结果，所述两个相邻测量电极保持在防止这两个电极之间形成任何电激发的强制状态。

在另一有利可选方案中，切换及测量构件中断限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极之间的所有电连接，从而使得所述空间采取其非测量状态。

在这种情况下，当再分空间采取其测量状态时，切换及测量构件能重建该电连接，以使得限定所述空间的两个相邻测量电极之间的电激发被形成。

有利地，激发电信号是稳定条件下周期性变化的电压，优选均值为零。特别地，可以使用呈现正弦、方波、三角形、脉冲串等波形的电压。

在这种情况下，由施加所述激发电信号而产生的接收电信号（或响应信号）也周期性变化，振幅和/或周期和/或相位相对于激发电信号而转变，其依赖于在所考虑的再分空间中流动的流体的介电常数。

然而，在本发明的上下文中，在限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极之间也可以施加可变电压，该电压在非稳定条件下是可变的，或者是固定电压，或者是任意其他种类的信号，只要在至少一个给定时间间隔上激发电信号引起电荷在所考虑的再分空间的两个测量电极之间移动，因此可以确定在所考虑的再分空间中流动的流体的介电常数。

此外，切换及测量构件可有利地配置成使得由所述构件测量的所述代表值仅代表由于在限定所考虑的再分空间的两个测量电极之间施加激发电信号而产生的接收电信号。

因此能理解，所述代表值不会受相邻的再分空间中流动的或再分空间互相流动的流体中的气体含量影响，在该应用的情况下，不管其中相邻空间被发现的切换状态如何。

在一有利可选方案中，切换及测量构件可配置成使得所述代表值具有，代表由于在限定所考虑的再分空间的两个测量电极之间施加激发电信号而产生的接收电信号的第一分量，连同代表由于施加可被施加于两个相邻测量电极之间的任意激发电信号而产生的接收电信号的第二分量，所述相邻测量电极限定与所考虑的空间相邻的某些其他再分空间。

通过示例的方式，这可通过所述代表值在联接到测量电极的二端电路（优选电阻电路）的端子上被测量而进行，该测量电极共用到所考虑的所述再分空间、所述相邻空间以及处于固定电势（特别是地电势）的传感器的线。

在这种情况下，当选择施加在稳定条件下周期性变化的激发电信号时，在所述二端电路的端子上被测量的所述代表值对应于其阻抗。

有利地，在测量周期期间，切换及测量构件至少一次地连续切换至少一个再分空间的状态。

能理解，因此可以利用切换及测量构件彼此独立地切换传感器的套管的每个再分空间，从而限定测量周期，在该周期期间，这些再分空间中的至少一个在状态之间被连续地切换一次或更多次。

在这种情况下，可以限定在该测量周期期间准备执行的任意切换顺序。

例如，在测量周期期间，每个再分空间至少一次地采取其测量状态可以是有利的。

在这种情况下，在测量周期期间，可以扫描通过传感器的套管的每个再分空间，因此可以形成所述套管的流截面内的气泡分布的准确分布图。

同样地，在测量周期期间，传感器采取至少一个配置可为有利的，其中再分空间中的至少第一个采取其测量状态，而至少一个与第一再分空间（优选每个再分空间）相邻的其他再分空间采取其非测量状态。

如上所述，当切换及测量构件还配置成使得其测量的代表值包括代表分别与所述第一再分空间和所述相邻再分空间有关的接收电信号的第一和第二分量时，该配置是特别有利的。利用该配置中的传感器，在所述相邻再分空间的该非测量状态中，所测量的代表值的所述第二分量是零（在实践中，通过切换及测量构件尽可能接近零）。结果，所测量的代表值可以直接获得特别是在所述第一再分空间中流动的流体的介电常数，而且为此，特别是在所述其他再分空间中流动的流体的气体含量不会对所述代表值的测量造成任意影响。

此外，对再分空间中的至少第一个空间在测量周期的第一时间间隔上采取其测量状态而相邻第一空间的第二再分空间采取其非测量状态、而且对至少所述第一空间在所述周期的第二时间间隔上（在所述第一时间间隔之前或之后）保持在其测量状态下而所述第二空间采取其测量状态可以是有利的。

在这种情况下，在第一和第二时间间隔期间，相邻于所述第一空间或第二空间的每个再分空间保持在未改变的测量或非测量状态（优选非测量状态）下是优选的。

因此，如上所述，当与所述第一再分空间有关的代表值也被选择为包括代表分别与所述第一和第二再分空间有关的接收电信号的第一和第二分量时，于是该代表值可以在第一时间间隔上确定特别是在所述第一空间中流动的流体的介电常数，而在第二时间间隔上该代表值可以确定在由所述第一和第二空间一起组成的组合空间中流动的流体的介电常数。

在这种情况下，通过从在第二时间间隔上所获得的介电常数减去在第一时间间隔上所获得的介电常数，特别是在所述第二再分空间中流动的流体的介电常数可有利地从两个前面的测量被推断。

能理解，切换及测量构件能因此有利地包括共同用于第一和第二再分空间的测量周期，而且可以确定特别是形成在所述第一再分空间和所述第二再分空间的气泡含量，而在该周期的第一和第二时间间隔之间只需要一个状态变化被切换，即所述第二空间的状态。

有利地，在测量周期期间，至少一个第一再分空间采取其测量状态比至少一个其他再分空间大很多倍。

能理解，因此可以更周到地监测传感器的某些再分空间，所述空间被视为比被视为问题较少的其他传感器空间更易形成气泡。

有利地，测量周期被重复执行，优选周期性地执行。

因此能理解，可以跟踪在传感器套管的一个或更多个再分空间中的气泡的空间分布变化。

有利地，传感器套管包括延长测量电极端部并与所述端部电隔离的保护电极，该保护电极联接到切换及测量构件，使得保护电极总是处于与其分别延长的测量电极相同的电势上。

能理解，倘若与测量电极的尺寸相比电极间的距离不可忽略，则这些保护电极用于防止以别的方式显著影响测量电极对其所遭受的电激发的响应的边缘效应。

此外，当在稳变条件下选择用激发电信号激发传感器的测量电极时，为了改进测量准确性，优选地确保施加到保护电极的电势的频率、相位和振幅总是与其延长的各个测量电极的电势的频率、相位和振幅相同。

有利地，传感器可选地包括适于与测量电极协同操作的一个或更多个结构元件，从而保持所述电极彼此分离并彼此配准。

有利地，测量电极通过间隔件彼此隔开，这些间隔件至少部分地由电绝缘材料制成，例如由聚四氟乙烯（PTFE）制成。

有利地，传感器的每个套管还包括保护电极，这些保护电极可被保持成彼此隔开，以借助这些间隔件延长对应的测量电极。

有利地，间隔件具有通道，连接线插入该通道以提供测量电极（及其保护电极，如果有的话）和切换及测量构件之间的联接。

结果，传感器的套管因此能够有利地布置在流体的流管中，例如可选地在所述流管的管段内或在两个这样的管段之间，而切换及测量构件适于布置在所述流管的外部并远离该流管以使其对于传感器的用户更加方便。

此外，测量电极（及其保护电极，如果有的话）可采用任意合适的形状，只要它们能彼此隔开并彼此配准地延长，以成对地起作用而限定将传感器的套管的流截面再分的多个再分空间。

例如，测量电极（同样地及其保护电极，如果有的话）可有利地是平面的并彼此平行。

当流管的流截面是矩形时，该方案被发现是有利的。

在特别有利的可选方案中，假如用于流管中的绝大多数管段的截面是圆形的，则测量电极（同样地及其保护电极，如果有的话）可为同轴的，围绕共同的轴线彼此包围，在垂直于共同轴线的截平面中呈现圆形截面。

在这种情况下，测量电极（同样地及其保护电极，如果有的话）可有利地被同样良好地选为截头圆锥形或圆筒形。

有利地，两个相邻测量电极（以及对应的保护电极，如果有的话）在截平面中的直径比的取值范围是1.1至3.0，以增加该测量的准确性。

本发明的发明人发现，由于发明人进行的理论计算、试验工作以及大量数字仿真，所测量的流体的介电常数相对于给定的气泡含量和大小也以非线性方式改变，随径向距离而变，在该距离上气泡相对于测量电极的公共轴线局部地形成。

发明人已能确定，该现象本质上是由于当气泡形成的位置径向接近传感器套管的公共轴线时，由气泡占用的相对体积与套管的环形空间（其中气泡被限制）的体积相比较大。

发明人因此找到解决办法，可以通过设置两个相邻测量电极在截平面中的直径比的取值范围特别是1.1至3.0来补偿流体的实验介电常数的该径向依赖。

所述直径比的取值范围优选更特别是1.4至2.0，以进一步增加测量准确性。

此外，在本发明的含义中，传感器的套管可具有大于或等于三（例如三、四、五、六、七或更多）的任意数量的测量电极。

能理解，对给定的流截面和保持同等的所有其他事情而言，传感器套管中的测量电极数量越大，套管的电极间距离就越小，因此所取得的测量准确性就越大。

然而，为了确保传感器的结构能够简单实施且成本低，传感器的套管优选地具有三至六个测量电极。

当使用传感器（其中测量电极是旋转体）时，在截平面中传感器套管的两个末端测量电极之间（例如彼此最远隔开的两个测量电极）的直径比的取值范围于是有利地是5至20，随所述套管的测量电极数量而变。

此外有利地，对于测量电极沿着其公共轴线的轴向长度与距所述公共轴线最远的测量电极的直径比的取值范围特别是0.25至1。该取值范围在优化测量准确性和最小化因流管中存在套管导致对流动的干扰之间给出良好的折中方案。

附图说明

在阅读了作为非限制性示例给出的实施例的如下详细描述以后，本发明能被更好地理解，而且其优点将更为明显。该描述参照附图，其中：

图1为示出根据本发明的传感器的套管的立体图；

图2为图1所示的所述套管的平面图；

图3为在图2的平面III-III上的所述套管的剖视图；

图4为在图2的平面IV-IV上的所述套管的剖视图，其显示将套管安装到流管的管段的可能性；

图5为示出分解所述套管的一个测量电极连同两个保护电极的立体图；以及

图6为根据本发明的所述套管联接到切换及测量构件的示意图。

具体实施方式

根据本发明的传感器包括套管10以及切换及测量构件50。

图1至图4中，示出根据本发明的套管10的非限制性实施例。

在所示的实施例中，传感器的套管10具有五个测量电极1至5，这些测量电极彼此隔开并彼此配准，以成对地限定四个再分空间A至D，这些再分空间将所述套管10的流截面再分。

测量电极1至测量电极5是同轴的，围绕限定套管10的轴向的公共轴线彼此包围，在垂直于所述公共轴线的截平面中呈现圆形截面。

测量电极1至测量电极5是圆筒形旋转体。

套管10的限定流截面的外体形成距公共轴线最远的测量电极1，使得套管10的外体通常是围绕作为其旋转轴线的所述公共轴线的圆筒形。

最接近公共轴线的测量电极5构成圆柱形中央芯（其可为完全实心、完全空心或如图3所示仅部分地空心）。

剩下的三个测量电极2、3和4是构成各个圆柱环的中间测量电极，这些环在套管10的外体和中央芯之间同轴地延伸，并彼此包围。

该实施例中，再分套管10的流截面的四个空间A至D（如五个测量电极1至5成对地限定）是形成圆筒形旋转体积的环形空间。

实施例中示出，在所述截平面中的两个相邻测量电极的直径比的取值范围是1.1至3.0，优选范围是1.4至2.0（因而，当计算该比值时，两者中较大的直径被置于分子，两者中较小的直径被置于所述计算的分母），或取值范围甚至更特别地是1.5至1.9。

特别地，在该实施例中，第一测量电极1的内径（例如套管10的外体的内壁直径）被选为121毫米（mm），第二测量电极2的外径是80mm，使得第一测量电极1与第二测量电极2的直径比是大约1.5。

此外，在该实施例中，第二测量电极2的内径选为76mm（这表示该实施例中的第二电极的径向厚度为2.0mm），而第三测量电极3的外径是50mm，使得第二测量电极2与第三测量电极3的直径比是大约1.5。

同样地，在该实施例中，第三测量电极3的内径选为47mm（这表示该实施例中的所述第三电极的径向厚度为1.5mm），而第四测量电极4的外径是30mm，使得第三测量电极3与第四测量电极4的直径比是大约1.6。

最后，在该实施例中，第四测量电极4的内径选为28mm（这表示该实施例中的所述第四电极的径向厚度为1.0mm），而第五测量电极5的外径（例如中央芯的外径）是15mm，使得第四测量电极4与第五测量电极5的直径比是大约1.9。

在该实施例中，还可以第一测量电极1的内径与第五测量电极5的外径的比值（即，传感器的套管10的两个最远的测量电极的直径比）是大约8.1，即该比值位于上述优选范围[5，20]。

此外，在该实施例中，测量电极沿着其公共轴线的轴向长度（在该实施例中对应于中间测量电极2至4的两个轴向端之间的距离）选为55mm，使得所述轴向长度与第一测量电极1的内径的比值是大约0.5，即处于上述优选范围[0.25，1]。

每个测量电极1至5均由导电材料制成。特别地，因此可以选择铜或甚至不锈钢，其中当将套管合并到低温流管（例如运送温度接近20K的液氢（LH2）流的管）中时，推荐不锈钢。

尤其如图4所示，传感器的套管10适于布置在任意流管（流体沿着该流管流动）中，处于流体流F中。

在该实施例中，套管10适于布置在形成流管一部分的管段60内。

套管10的外体具有适于与形成管段60的一部分的第二紧固元件协同操作的第一紧固元件，从而将套管10紧固到管段60中。

特别地，套管10的外体具有适于压靠肩状部66的、作为第一紧固元件的法兰14，该肩状部构成形成在管段60内壁中的第二紧固元件，以便能用螺栓（未示出）将套管10紧固在管段60中，该螺栓适于被接纳在布置于法兰14的通孔16中（尤其参见图1和图2），从而接合在肩状部66中。

管段60具有分别形成在其轴向两端的每一端处的两个法兰62和64，使得适于布置在形成流管各部分的两个其他管段（未示出）之间。

在所示的实施例的有利可选方案中，在没有超出本发明的范围的情况下，可以将传感器的套管外体本身设置为形成适于直接布置在流管的两个其他管段之间的管段。该可选方案可以减少因流管内存在传感器的套管而导致的限流。

套管的外体于是有利地具有与形成上述管段60的一部分的法兰62和64类似的两个法兰。

此外，尤其如图2和图3所示，套管10的测量电极1至5通过间隔件20彼此隔开，该间隔件完全由绝缘材料制成，特别由PTFE制成，该间隔件通常为鳍状。

更特别地，套管10在套管10的上游端具有四个第一间隔件20，所述间隔件布置成围绕中央芯相交，以在彼此成90°的四个相应的径向方向上、在中央芯和套管10的外体之间延伸。

套管10在套管10的下游端还具有四个其他的间隔件20，这些间隔件类似于四个第一间隔件，而且分别在中央芯和套管10的外体之间、沿着与四个第一间隔件的径向方向相同的四个径向方向上延伸。

每个间隔件20借助于穿过存在于所述间隔件20中的孔的架杆30而安置，从而被紧固到中央芯和套管10的外体1。

在所示的实施例中，每个架杆30的两端具有螺纹，以使其能够通过拧进螺纹孔而紧固到中央芯，而且通过在螺母31上拧紧而紧固到外体1，所述螺母压靠于外体1的外壁并围绕存在于外体1中的通孔的边缘，从而使得架杆沿套管10的径向方向突出外体外部。

每个间隔件20均抵接中央芯。

此外，如图5对测量电极3特别所示，每个中间测量电极2至4的两个轴向端（即，沿所述电极的轴向方向隔开的所述电极的两端）存在放射状均匀隔开的四个凹口，四个下游的间隔件和四个上游的间隔件分别适于接合在所述凹口中，从而保持所述测量电极2至4沿套管的径向方向与面对所述电极的其他测量电极1至5隔开。

此外，如图3至图5所示，传感器的套管10具有保护电极2a至4a和2b至4b，所述保护电极延长测量电极2至4的端部并与该测量电极电隔离。

更特别地，三个中间测量电极2至4的轴向相对的两端（即，位于套管10的上游端和下游端的两端）沿套管的轴向分别被上游端的三个相应的保护电极2b至4b和下游端的三个相应的保护电极2a至4a延长一定距离。

所述上游保护电极2b至4b与中间测量电极2至4保持电隔离，所述保护电极在沿套管10的轴向相对的间隔件的端部处通过紧固到间隔件20的上游侧而延伸，所述中间测量电极2至4从其端部紧固。

同样地，所述下游保护电极2a至4a与中间测量电极2至4保持电隔离，所述保护电极在沿套管10的轴向相对的间隔件的端部处通过紧固到间隔件20的下游端而延伸，所述中间测量电极2至4从其端部紧固。

为此，如中间测量电极3的两个保护电极3a和3b特别示出的，每个保护电极2a至4a、2b至4b的两个轴向端之一具有均匀地放射状隔开的四个凹口，四个相应的间隔件20分别适于接合在所述凹口中，从而保持所述保护电极沿套管10的轴向方向与测量电极隔开，而且沿套管10的径向方向与其他保护电极隔开并与之配准。

保护电极2a至4a和2b至4b由导电材料制成，例如由铜制成，或当低温流体通过套管10时，优选由不锈钢制成。

在所示和非限制方式的实施例中，在套管10的径向方向上彼此隔开最远的两个测量电极1和5（即，分别为套管10的外体和中央芯）彼此电连接，并电连接到处于固定电势（特别是处于地电势）的传感器的线。

在该实施例中，架杆30由导电材料（特别是铜或不锈钢）制成，而且它们经由螺母31形成中央芯（通过接合到其中）和套管10的外体1之间的电连接，该螺母也由导电材料（特别是铜或不锈钢）制成。

在所示的实施例中，这两个末端电极1和5不仅充当测量电极，而且充当保护电极。

在所示的实施例中，外体1被设为单件。

在所示的实施例中，中央芯在轴向方向上分段成多个分开的部分，这些部分适于组装在一起，从而形成所述中央芯。

在图3所示的实施例中，中央芯具有：构成测量电极5的第一部分5，上游架杆30紧固到该部分中；第二部分5a，下游架杆30紧固到该部分中；（可选的）垫片，其轴向插入所述第一和第二部分之间；以及适于穿过第二部分5a中的孔以接合在第一部分5的螺纹孔中的组装螺栓12。

不过，在没有超出本发明的范围的情况下，可以提供作为单件的中央芯。

此外，如特别在图3和图4中所示，间隔件20具有通道25，连接线40通过该通道而被插入，从而不仅提供测量电极1至5和如下所述的切换及测量构件50之间的联接，而且提供保护电极2a至4a和2b至4b和所述切换及测量构件50之间的联接。

特别地，每个间隔件20中的通道25穿过所述间隔件20的至少一部分，并在位于套管10的再分空间A至D的多个位置处开口。

此外，来自套管10外部的每个连接线40借助穿过形成在所述外体1中（特别是靠近螺母31被紧固的位置）的孔口而通到外体1的内部，从而穿入相应间隔件20中的相应通道25的内部并最后穿入相应的再分空间A至D，接近测量电极或保护电极，待与之连接。

此外，组成传感器的套管10的至少一个元件可有利地是流线形的，以最小化套管10的进口和/或出口处的流动中的水头损失。

在所示的实施例中，中央芯的两轴向端中的至少一个、特别是套管10的上游端（图1给出的附图标记5b）是圆形的。

在该实施例中，每个保护电极2a至4a和2b至4b的轴向端同样是流线形，所述轴向端在轴向方向上远离末端（所述保护电极在该末端上延长测量电极2至4）。

此外，特别如图1所示，至少套管10的上游端的间隔件20（特别地套管10的下游端的间隔件20）也是流线形。

特别地，每个间隔件20基本上是具有顶点对齐径向平面的三角形截面，该径向平面表示所述间隔件20延伸的方向，而且其指向远离测量电极2至4所在的末端的轴向方向。

如下将说明在车间中组装传感器套管10所包括的各个步骤。

第一步包括将连接线40从外部穿过套管10的外体1的孔口。

对于每个间隔件20，第二步包括使对应的连接线40沿着所述间隔件20中的通道25穿过，使得每个连接线40穿过与之对应的所述通道25的一个开口部分而离开，以使连接线40能够穿入与之相关的一个再分空间A至D。

第三步包括使得四个第一架杆30分别穿过套管10的四个上游间隔件20，将所述架杆30拧到中央芯的第一部分5，而且将对应的螺母31拧到抵靠外体1。

第四步包括将三个中间测量电极4插入套管10并紧固，将相关的保护电极4b插入套管10的上游端并紧固，将从相关的间隔件20穿过的相应的连接线40连接。

第五步包括对第二中间测量电极3及其相关的上游保护电极3b重复第四步，然后对第一中间测量电极2及其相关的上游保护电极2b重复第四步.

第六步包括将中央芯的垫片抵靠其第一部分5安置，安置第二部分5a，而且用螺栓12将该两部分紧固在一起。

第七步包括将四个最后的架杆30分别穿过套管10的四个下游间隔件20内部，将所述架杆30拧到中央芯的第二部分5a，以及将对应的螺母31拧到抵靠外体1。

最后一步包括以类似于第四和第五步所述的方式使套管10的三个下游保护电极2a至4a就位。

如下将说明根据本发明的切换及测量构件50。

在所示的实施例中，传感器是电容式传感器。

在该实施例中，流管中流动的流体是电绝缘两相流体。

如图6所示，切换及测量构件50包括一个或更多个电容式调节器（具体地是三个调节器51至53），这些调节器彼此隔开并可选地连接到套管10的一个、几个或每个测量电极（具体地经由相应的连接线40连接到三个中间测量电极2至4）。

每个调节器51至53具有提供第一电压V1的第一电压发生器；和提供第二电压V1’的第二电压发生器，该第二电压独立于第一电压V1但总是与第一电压相同。

特别地，第一发生器配置成使得其提供的第一电压V1在频率为f1、振幅为A1、相位为P1的稳定条件下是可变的。

同样地，第二发生器配置成使得其提供的第二电压V1’在频率为f1’、振幅为A1’、相位为P1’的稳定条件下是可变的，并总是满足如下三个条件：f1’=f1；A1’=A1；以及P1’=P1。

此外，每个调节器51至53均具有切换电路，该电路配置成在其间切换：

·第一状态E1，其中所述调节器在第一输出部上提供第一电压V1，在第二输出部上提供第二电压V1’；以及

·第二阶段E0，其中所述调节器的第一和第二发生器被短路，使得所述第一和第二输出部都提供对应于所述调节器（特别是接地传感器）的固定电势V0的短路电压。

每个调节器51至53还具有用于测量由所述第一发生器提供的电流的电路。

此外，每个调节器51至53的固定电势V0的线连接在一起，使得所述调节器在其相应的第二状态E0下提供相同的短路电压。

调节器51和53也被同步，使得当其处于各自的第一状态E1时提供的电压V1和V1’总是具有相同的相位。

同样地，调节器51至53被选择为使得当其处于各自的第一状态E1时，其提供的电压V1和V1’具有尽可能接近的振幅和频率，理论上振幅和频率是相同的。

切换及测量构件50特别经由上述连接线40联接到测量电极1至5。

更特别地，套管10的两个最远隔开的测量电极1和5都以固定电势V0电连接到与每个调节器51至53相同的线（特别是以传感器接地电势，该电势与切换及测量构件共有而且与套管共有）。

三个调节器51至53的各个第一输出部都分别连接到三个中间测量电极4、3和2。

在该实施例中，切换及测量构件50特别经由上述连接线40联接到保护电极2a至4a和2b至4b，使得所述保护电极总是与其分别延长的测量电极2至4的电势相同。

为此，三个调节器51至53的各个第二输出部分别连接到套管10的三个上游保护电极4b、3b和2b，以及连接到套管的三个下游保护电极4a、3a和2a。

因此能理解，切换及测量构件50适于控制套管10内的每个再分空间A至D在测量状态和非测量阶段之间的切换。

更确切地说，当由于通过调节器51至53执行的在其各自的第一和第二状态E1和E0之间的切换时，得到了所考虑的再分空间的所述测量状态，第一电压V1被施加到限定所考虑的所述再分空间的两个相邻测量电极的第一电极，而固定电势V0被施加到所述两个相邻测量电极的另一电极，使得对应于势差V1-V0的激发电信号被施加到所述两个相邻测量电极之间。

此外，由于施加所述激发电信号，在所考虑的所述再分空间的所述测量状态中，连接到两个相邻测量电极中的所述第一电极的调节器的测量电路会测量由所述调节器的第一发生器提供的电流，作为代表接收的电信号的值，以能确定与代表值有关的流体的气体含量。

此外，当调节器51至53在其各自的第一和第二状态E1和E0之间切换导致限定所考虑的所述再分空间的两个相邻测量电极处于相同的电势V1或V0时，就得到了所考虑的再分空间的所述非测量状态。

此外，因为调节器51至53是分开的，所以其每个调节器可独立于其他调节器51至53在第一状态E1和第二状态E0之间切换。

因此能理解，切换及测量构件50配置成独立于彼此有选择地切换每个再分空间A至D的状态。

此外，调节器51至53可被控制（例如被计算机），以限定测量周期，在该周期期间，所述调节器至少一次地连续切换至少一个再分空间A至D的状态。

例如，可以执行如下所述的测量周期。

在测量周期的第一时间间隔t1期间，调节器的切换用于将如下电势施加到传感器的套管10的测量电极1至5：

测量电极	1	2	3	4	5
						电势	V0	V1	V1	V1	V0

因此能看到，在限定第一再分空间A的两个相邻电极1和2之间施加激发电压V1-V0。因此，该第一空间A处于其测量状态。

对应的调节器测量由其第一发生器提供的电流。

假设限定相邻再分空间B的两个电极2和3都在相同电势V1上，则所述相邻空间B处于其非测量状态。

因此，传送到测量电极2的电流仅代表因施加激发电压而产生的接收电压，该激发电压被施加在两个相邻电极1和2之间。结果，所测量的电流具有与由对应调节器的第一发生器提供的电压V1的振幅和相位相关的振幅和/或相位转变，其具有直接依赖于特别是在第一再分空间A中流动的流体的介电常数的值。因此，在该第一时间间隔t1期间，可以直接确定特别是形成在第一再分空间A中的气泡含量。

相同的情况应用到第四再分空间D，因为激发电压V1-V0同样被施加到限定所述空间D的两个相邻电极之间，反之相邻再分空间C处于其非测量状态。

总之，在该第一时间间隔t1期间，同时得到特别是形成在第一再分空间A中和第四再分空间D中的气泡含量。

其后，在测量周期的稍后的第二时间间隔t2期间，连接到第二测量电极2的调节器53的状态自身被切换，该调节器从其第一状态E1到其第二状态E0。于是得到如下配置：

测量电极	1	2	3	4	5
						电势	V0	V0	V1	V1	V0

因此，在该第二时间间隔t2期间，同时得到特别是形成在第二再分空间B中和第四再分空间D中的气泡含量。

其后，在测量周期的随后的第三时间间隔t3期间，连接到第二测量电极2的调节器53的状态被切换，使得该调节器从其第二状态E0转到其第一状态E1，同样地，连接到第四测量电极4的调节器51的状态被切换，使得该调节器从其第一状态E1转到其第二状态E0。于是得到如下配置：

测量电极	1	2	3	4	5
						电势	V0	V1	V1	V0	V0

因此，在该第三时间间隔t3期间，同时得到特别是形成在第一再分空间A中和第三再分空间C中的气泡含量。

因此能理解，在简单的三步顺序期间，仅利用切换调节器的三个操作，可以确定特别是形成在传感器的套管10的每个再分空间A至D中的气泡含量，在测量周期期间，每个空间A至D至少一次采取其相应的测量状态。

因此，应指出在该测量周期示例中，与其他两个再分空间B和C相比，再分空间A和D采取其相应的测量状态更为经常（特别是各两次而不是各一次）。

此外，测量周期可有利地、而不是必须地包括核实传感器测量的线性的至少一个第四步。

更特别地，在第三时间间隔t3之后的第四时间间隔t4可添加到测量周期，在时间间隔t4期间得到如下配置：

测量电极	1	2	3	4	5
						电势	V0	V1	V0	V1	V0

因此，在该第四时间间隔t4期间，相邻的第一和第二再分空间A和B都处于其测量状态。

结果，由连接到套管的第二测量电极（即，空间A和B两者共有的电极）的调节器53提供的电流具有代表第一空间A的介电常数的第一分量，和代表第二空间B的介电常数的第二分量。因此能理解，由所述调节器53所测量的测量电流用于确定形成在组合空间A+B中的气泡含量，该组合空间由第一空间A和第二空间B构成。

类似地，在该第四时间间隔t4期间，由连接到第四电极4的调节器51测量的电流用于确定形成在组合空间C+D中的气泡含量，该组合空间由第三空间C和第四空间D构成。

同样地，在该第四时间间隔t4期间，由连接到第三电极3的调节器52所测量的电流用于确定形成在组合空间B+C中的气泡含量，该组合空间由第二空间B和第三空间C构成。

Claims (15)

1.一种用于确定在流管中流动的两相流体的气体含量的传感器，所述传感器包括适于布置在所述流管中、在流体流（F）中的套管（10），所述传感器的特征在于：

所述传感器的套管（10）包括多个彼此隔开并彼此配准的测量电极（1-5），使得所述测量电极成对地限定将所述套管（10）的流截面再分的多个再分空间（A-D）；

所述传感器还包括联接到所述测量电极（1-5）的切换及测量构件（50），使得所述套管（10）的每个再分空间（A-D）在测量状态与非测量状态之间切换，在所述测量状态中，所述构件（50）在限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极之间施加激发电信号，并测出代表接收电信号的值，所述信号由施加所述激发电信号产生，以便确定与所述代表值相关的所述流体的所述气体含量；以及

所述切换及测量构件（50），配置成彼此独立地、有选择地切换每个再分空间（A-D）的状态。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述切换及测量构件（50）施加相同的电势到限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极，从而使得所述空间采取其非测量状态。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述切换及测量构件（50）中断限定所考虑的再分空间的两个相邻测量电极之间的所有电连接，从而使得所述空间采取其非测量状态。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，在测量周期期间，所述切换及测量构件（50）至少一次地连续切换至少一个所述再分空间（A-D）的状态。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，在所述测量周期期间，每个再分空间（A-D）至少一次地采取其测量状态。

6.根据权利要求4或5所述的传感器，其特征在于，在所述测量周期期间，所述再分空间的至少第一个再分空间采取其测量状态，而与所述第一个再分空间相邻的另一再分空间采取其非测量状态。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器的套管（10）包括延长所述测量电极（2-4）的端部、同时与所述测量电极电隔离的保护电极（2a-4a，2b-4b），所述保护电极被联接到所述切换及测量构件（50），使得所述保护电极（2a-4a，2b-4b）总是处于与所述保护电极分别延长的所述测量电极（2-4）相同的电势。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器，其特征在于，所述测量电极（1-5）通过间隔件（20）彼此隔开，所述间隔件至少部分地由电绝缘材料制成。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述间隔件（20）具有通道（25），连接线（40）被插入所述通道中，以提供所述测量电极（1-5）与所述切换及测量构件（50）之间的联接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器，其特征在于，所述测量电极（1-5）是平整的并彼此平行。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器，其特征在于，所述测量电极（1-5）都同轴，围绕共同的轴线彼此包围，而且在垂直于所述共同的轴线的截平面中呈圆形截面。

12.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述测量电极（1-5）呈截头圆锥形。

13.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述测量电极（1-5）呈圆筒形。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的传感器，其特征在于，两个相邻的测量电极在所述截平面中的直径比的取值范围是1.1至3.0，优选的取值范围是1.4至2.0。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的传感器，其特征在于，所述套管（10）具有三至六个测量电极。

Images