CN1955731A - 一个测量两相流体流动时气体流分的仪器 - Google Patents
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Abstract
用于测量由液体和气体，特别是石油及伴生气两相流动中气体流分的仪器。它应用测量两个不同电位电极(A、B)间电容量变化的原理，使流体通过两分离电极。电极是初级传感器的主要部分，仪器还有信号处理元件。仪器的特点是有除上述两电极(A、B)外的第三电极(C)，该电极将电极(A、B)包围。其电位保持V1/2，它至少为电极(A、B)的中点电位。电极C由分压器和缓冲放大器馈电，信号处理元件由正弦波发生器和充电放大器(有电容反馈的放大器)A1组成。
Description
技术领域
本发明用于测量由液体和气体组成的两相流体流动时的气体流分，特别是由石油与伴生气组成的流动混合体。
背景技术
两相流动时的气体流分可以定义为管道中任意一段的气体体积与此段管道的体积之比。所以气体流分可以是一个从0(此时流动由液体一相单独组成)到1(此时流动由气体一相单独组成)的数字表示。
一口油井的严油量和严气量是很复要的参数，所以气体流分的测量在海洋石油开发工程中有很特殊的意义。
建立在测量电容量变化的测量原理基础上的气体流分测量仪器，目前已日益广泛地应用于由液体和气体组成的两相流动。
这个测量原理人们是熟知的。它主要是利用测量当两相流动通过两个固定电极之间时的电容量。当电极的面积和相临距离给定后，所测电容量与在两电极之间的混合体的气体流分的关系是唯一的。
应用这个原理，原则上讲可以组装一种具有快速动态响应特性的测量仪器，而且这种测量仪器的构成可以不影响流动本身。尽管有这些优点，商业化地应用这种气体流分测量仪器还很少见。
电容气体流分测量的主要弱点是仪器的校准对两相流动动态性质的依赖。比如泡状流动的校准曲线就有别于层状流动的校准曲线。
造成这个流动动态依赖性的其中一个原因是由于测量体积中的电场不均匀。当这个电场变化时，电容的变化量不仅仅依赖气体流分的变化，而且还与气体的位置有夫。DE B2/1910217中公开了一种测电容的装置，它有三个电极，在两个电极间形成均匀电场。但该装置有两个缺点，1.该装置中的传感器是由一个第一电极和一个与管1的壁电连接的反作用电极11构成的；2.该装置中的传感器对流体流动是有妨碍的。苏联发明人证书(RIC)No.587383中公开了一种包含一对平板电极1、2的电容转换器，其平板电极1、2固定在一个第三零电位电极4上并由该电极围绕。第三电极4由弹性材料制成并固定在一个具有温度依赖性的绝缘座上。当物质流过时，座5的温度发生变化，从而引起座5的形状发生变化。这样将便第三电极曲变，并自动调整电极1、2的空间。但显然，这种电容转换器的零电位的第三电极不能用于维持被绝缘的管道内的场的均匀性。
发明内容
本发明的目的在于冗服上述弱点并提供一种以稳定测量体积中的电场为主的上述气体流分测量仪器。外一个目的是制造一个简单而耐用的非干扰式测量仪器，用一个简单的信号处理回路输出一个与气体流分成正比关系的输出电压。这些目的是一设计一个与权利要求相符的测量仪器实现的。除满足以上的要求之外，实验数字还表明这种气体流分测量装置不象现有的只有两个电极的气体流分测量装置那样依赖流动动态。按照这项发明，在此以图示方式对测量仪器作进一步说明。图1是由两个主要元件组成的气体流分测量仪器，即一个图示的初级传感器，和一个电路图表示的信号处理元件。图2是初级传感器内等位线的分布。见图1，初级传感器由三个电极组成，即两个平行的平面电极A和B，安装在第三个管状电极c内，两个将被控制的流分，如石油/伴生气混合流体，流过两个平行板电极A和B之间的一根管道使被测电容发生变化。
电容量是由一个正弦波发生器和一个带有电容反馈的放大器测量的，这种放大器叫做充电放大器。由于放大器的输入端与假接地联接，所以地漏电容的变化不会影响测量结果。这样就可以在传感器和放大器之间使用(如需要的话)长屏蔽导线而不会大幅度影响测量精度，当充电放大器的反馈电容被固定，正弦渡发生器的振幅v1保持常数，则放大器的输出信号振幅V2将与初级传感器中电容量的变化成正比。换句话说，放大器的输出电压是被控制的混合流体中的气体流分的测量。
为了保持初级传感器甲测量体积内的均匀电场。电极c的电位要恒等于电极A和电极B之间中点的电位。因此要用一个简单的分压器和一个缓冲放大器A。
图2是初级传感器内的等位线分布，其中电极A的电位保持在V1，电极B的电位为0，电极c的电位则应为V1/2。见图2所示，初级传感器内测量区的电场为均匀电场。
Claims (4)
1、一个用于在包含液体和气体混合物的二相流体中，例如在流动的石油和伴生气体混合中，测量气体流分的仪器，该仪器构置成能测量一对平面电极(A、B)之间的电容的变化，所述这对电极彼此具有不同的工作电压，所述2相混合物被强迫从这对电极之间的管道内流过，电极(A、B)构成一个主传感器的主要部件，仪器还包括一个第三管状电极(C)和一个信号处理单元，电极(C)围着两个电极(A，B)，所述信号处理单元包括一个正弦波电压发生器，该电压发生器能够给电极对(A，B)之间施加一个电位差；所述仅器的特征在于：所述第三电极(C)构置成能够在传感器的样品体积内产生一个均匀电场，还提供有一个装置(A2)，用于将第三电极电压维持在至少近似等于两个电极(A，B)的电位的算术平均值，信号处理单元进一步包含有装置(A1)，能够获取与两个电极(A，B)之间的电容有关的信号。
2、按照权利要求1的仪器，其特征在于：用于将第三电极(C)电压维持在至少近似等于两个电极(A，B)的电位差的装置包括与正弦波电压发生器的一个输出端相连的一个分压器和一个缓冲放大器(A2)。
3、按照权利要求1或2的仪器，其特征在于：用于获取与两电极(A，B)之间的电容有关的信号的装置包括一个充电放大器(A1)。
4、按照权利要求3的仪器，其特征在于：所述充电放大器是一个带有电容反馈的工作放大器，该放大器耦合到电容(B)，第三电极与跨接正弦波发生器的分压器相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510100610 CN1955731A (zh) | 2005-10-25 | 2005-10-25 | 一个测量两相流体流动时气体流分的仪器 |
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| CN 200510100610 CN1955731A (zh) | 2005-10-25 | 2005-10-25 | 一个测量两相流体流动时气体流分的仪器 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN1955731A true CN1955731A (zh) | 2007-05-02 |
Family
ID=38063184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 200510100610 Pending CN1955731A (zh) | 2005-10-25 | 2005-10-25 | 一个测量两相流体流动时气体流分的仪器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1955731A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2518855C1 (ru) * | 2012-10-16 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Анализатор газожидкостного потока |
| CN107422000A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-12-01 | 天津大学 | 气液两相流起旋分相式电容含水率测量装置 |
| CN110243876A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-17 | 西安交通大学 | 用于气液两相流含气率瞬态测量的电导率传感器 |
-
2005
- 2005-10-25 CN CN 200510100610 patent/CN1955731A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| RU2518855C1 (ru) * | 2012-10-16 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Анализатор газожидкостного потока |
| CN107422000A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-12-01 | 天津大学 | 气液两相流起旋分相式电容含水率测量装置 |
| CN110243876A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-17 | 西安交通大学 | 用于气液两相流含气率瞬态测量的电导率传感器 |
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