CN110425006A - 一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，包括底座、顶盖、推杆和电路板，顶盖固定于底座上部且二者之间形成电路舱，顶盖底面设有金属片，推杆贯穿底座且可上下移动，推杆下端连接受击板，推杆上端延伸至电路舱内并连接摩擦板，摩擦板与顶盖底面相对设置，摩擦板上表面设有摩擦材料层，电路板分别连接金属片与摩擦材料层，受击板用于接受气液两相流中的气泡流冲击，使摩擦板向上运动与顶盖底面接触，摩擦材料层与金属片摩擦生电产生电势差信号，电路板监测电势差信号并根据电势差信号确定气液两相流的流型。本发明的有益效果：基于摩擦纳米发电机原理，通过测量电信号实现对流型的测量，可是实现自供电。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻井及仪器仪表设备技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器。
背景技术
随着世界经济的不断发展，能源成为经济发展必不可少的能源，煤层气作为一种新型的清洁能源从昔日的有毒气体变成今天炙手可热的资源，因此必须加快能源勘探开发力度。
在煤层气勘探及后续的开发阶段，都需要对井下由煤层气涌升产生的气液两相流进行检测来制定工艺规避危险等，因此两相流检测是勘探和开采中必不可少的。煤层气开采方式一般为井下瓦斯抽出系统开采和地面钻井开采，通过地面钻井开采不仅可以加大煤层气的产联合还降低了煤矿对通风的要求，改善矿工的工作环境，但是开采过程中煤层气涌升所产生的气液两相流如果不采用针对的工艺会对开采造成很大的影响，气液两相流流型的检测就成了开采中重要的一环。
现有的气液两相流检测是检测两相流的流型数据等实现对两相流流型的分析，检测方法有利用液相和气相电导率不同检测两相流流型；利用液相和气相的导电性不其组分发生变化会导致电容两极板间的等效介电常数发生变化从而改变电容值来检测奇特两相流流行数据；使用光学方法，利用高速摄像机拍摄来检测两相流流型的数据；使用机器视觉的方法来对气液两相流的流型进行测量；利用信号在水和气体中衰减的程度不同来对两相流流型等进行分析。
而现阶段，这些传感器有的依靠光学手段进行测量在井下开采的情况下光学手段和机械视觉都不是很好实现，而采用电容和电导率的方法进行测量的传感器需要极高的安装精度对于井下的复杂环境也是难以实现的，到这这些方法都无法在煤层气开采总的到应用。因此急需研制一种精度较高、体积小、且适合煤层气开采工况环境要求的气液两相流流型传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器。
本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，包括底座、顶盖、推杆和电路板，所述顶盖固定于所述底座上部且二者之间形成密封的电路舱，所述顶盖底面设有金属片，所述推杆贯穿所述底座且可上下移动，所述推杆下端连接受击板，所述推杆上端延伸至所述电路舱内并连接摩擦板，所述摩擦板与所述顶盖底面相对设置，所述摩擦板上表面设有摩擦材料层，所述电路板分别连接所述金属片与所述摩擦材料层，所述受击板用于接受气液两相流中的气泡流冲击，使所述摩擦板向上运动与所述顶盖底面接触，所述摩擦材料层与所述金属片摩擦生电产生电势差信号，所述电路板监测所述电势差信号并根据所述电势差信号确定所述气液两相流的流型。
进一步地，所述受击板和所述摩擦板为半径相同的圆板。
进一步地，所述顶盖为空心圆柱形，所述底座为圆盘形，所述底座上部设有沿其轴向延伸的上导向腔，下部设有沿其轴向延伸的下导向腔，所述推杆上端贯穿所述上导向腔，下端贯穿所述下导向腔。
进一步地，所述顶盖下边缘设有凸边，所述凸边与所述底座上表面边缘重合并通过螺钉固定连接。
进一步地，所述金属片和所述摩擦材料层均为圆形，且半径相同，所述金属片与所述摩擦材料层共轴线设置。
进一步地，所述金属片为铜片，所述摩擦材料层为聚四氟乙烯层。
进一步地，所述电路板设置于所述电路舱的外部，所述金属片和所述摩擦材料层分别通过电缆连接所述电路板。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，基于摩擦纳米发电机原理，设置可摩擦生电的金属片和摩擦材料层，两相流的气泡流对受击板进行冲击使金属片和摩擦材料层摩擦生电，通过测量电信号实现对流型的测量，可是实现自供电，不需要外接电源。传感器体积小，放在管道中不影响管道的通过性，结构简单可靠性高，适用于煤层气勘探及开采中气液两相流流型进行检测。
附图说明
图1是本发明一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器的立体图；
图2是本发明一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器的主视图；
图3是图2中的B-B剖面示意图。
图中：1-顶盖、2-底座、3-推杆、4-下导向腔、5-受击板、6-电路舱、7-上导向腔、8-摩擦板、9-金属片、10-摩擦材料层、11-垫片、12-螺钉、13-电缆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，包括顶盖1、底座2、推杆3和电路板。
请参考图2和3，所述顶盖1为空心圆柱形，其下端边缘设有径向延伸的凸边，内部设有圆柱形空腔，所述凸边上设有多个固定孔，所述顶盖的底面设有金属片9，所述金属片9通过粘接固定于所述顶盖1上。本实施例中所述金属片9为圆形铜片，设置于所述顶盖1中心处。
请参考图2和3，所述底座2为圆盘形，所述底座2的边缘设有多个螺钉孔，所述螺钉孔处设置垫片11，所述顶盖1盖于所述底座2上，且所述凸边与所述底座2上表面边缘重合，每一所述螺钉孔与一所述固定孔对齐并用螺钉12固定，使所述垫片11挤紧，所述顶盖1与所述底座2之间形成密封的电路舱6。所述底座2上部设有沿其轴向延伸的上导向腔7，所述上导向腔7延伸至所述电路舱6内部，所述底座2下部设有沿其轴向延伸的下导向腔4。
请参考图2和3，所述推杆3上端贯穿所述上导向腔7并垂直连接摩擦板8，所述推杆3与所述上导向腔7的连接处用薄膜进行密封，保证所述电路舱6的密封性，所述摩擦板8设置于所述电路舱6内并与所述顶盖1底面相对设置。所述推杆3中部贯穿所述底座2且二者之间间隙配合，所述推杆3下端贯穿所述下导向腔4并垂直连接受击板5，且所述推杆3与所述下导向腔4之间间隙配合，所述受击板5受到气液两相流中的气(气泡)流冲击，使所述推杆3可上下移动。所述摩擦板8上表面设有摩擦材料层10，所述摩擦材料层10与所述金属片9摩擦生电。本实施例中所述受击板5和所述摩擦板8为半径相同的圆板，所述摩擦材料层10为圆形，且与所述金属片9半径相同，所述摩擦材料层10与所述金属片9共轴线设置。所述摩擦材料层10与所述摩擦板8的半径相同，所述摩擦材料层10完全覆盖所述摩擦板8上表面并通过粘接固定，。所述摩擦材料层10为纳米材料聚四氟乙烯层。
请参考图3，所述电路板分别连接所述金属片9与所述摩擦材料层10，可将所述电路板设置于所述电路舱6内，所述电路板监测所述摩擦材料层10与所述金属片9摩擦生电产生的电势差信号，且所述摩擦材料层10与所述金属片9摩擦生电产生的电能还可为所述电路板供电。也可将所述电路板设置于所述电路舱6的外部，所述金属片9和所述摩擦材料层10分别通过电缆13连接所述电路板，电势差信号传输到井筒外部进行测量。
本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，对煤层气勘探及开采中气液两相流流型进行检测时，将其置于井筒内，气泡流不断冲剂所述受击板5，所述受击板5受所述气泡冲击向上运动，驱动所述推杆3向上运动，所述摩擦板8与所述顶盖1底面接触，所述摩擦材料层10与所述金属片9摩擦生电，然后该气泡破灭，所述推杆3向下运动，所述摩擦材料层10与所述金属片9分离，所述电路板检测到二者之间的电势差信号，这样每一所述气泡均会对所述受击板5进行冲击，且相邻两气泡冲击所述受击板5之间具有短暂的时间间隔，因此每一所述气泡对所述受击板5的冲击会使所述摩擦材料层10与所述金属片9发生一次摩擦生电，所述电路板监测所述摩擦材料层10与所述金属片9摩擦产生电势差的大小及频率，这里产生电势差的频率即为所述气泡对所述受击板5的冲击频率，气泡体积越大产生的电势差的越大，由于不同两相流流型的气泡冲击频率和气泡大小均是不同的，所以根据所述冲击频率及大小可判断出气液两相流的流型。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：包括底座、顶盖、推杆和电路板，所述顶盖固定于所述底座上部且二者之间形成密封的电路舱，所述顶盖底面设有金属片，所述推杆贯穿所述底座且可上下移动，所述推杆下端连接受击板，所述推杆上端延伸至所述电路舱内并连接摩擦板，所述摩擦板与所述顶盖底面相对设置，所述摩擦板上表面设有摩擦材料层，所述电路板分别连接所述金属片与所述摩擦材料层，所述受击板用于接受气液两相流中的气泡流冲击，使所述摩擦板向上运动与所述顶盖底面接触，所述摩擦材料层与所述金属片摩擦生电产生电势差信号，所述电路板监测所述电势差信号并根据所述电势差信号确定所述气液两相流的流型。
2.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：所述受击板和所述摩擦板为半径相同的圆板。
3.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：所述顶盖为空心圆柱形，所述底座为圆盘形，所述底座上部设有沿其轴向延伸的上导向腔，下部设有沿其轴向延伸的下导向腔，所述推杆上端贯穿所述上导向腔，下端贯穿所述下导向腔。
4.如权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：所述顶盖下边缘设有凸边，所述凸边与所述底座上表面边缘重合并通过螺钉固定连接。
5.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：所述金属片和所述摩擦材料层均为圆形，且半径相同，所述金属片与所述摩擦材料层共轴线设置。
6.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：所述金属片为铜片，所述摩擦材料层为聚四氟乙烯层。
7.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器，其特征在于：所述电路板设置于所述电路舱的外部，所述金属片和所述摩擦材料层分别通过电缆连接所述电路板。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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