CN203025140U - 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置 - Google Patents
一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203025140U CN203025140U CN 201320006885 CN201320006885U CN203025140U CN 203025140 U CN203025140 U CN 203025140U CN 201320006885 CN201320006885 CN 201320006885 CN 201320006885 U CN201320006885 U CN 201320006885U CN 203025140 U CN203025140 U CN 203025140U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- electronic switch
- liquid
- module
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 41
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 14
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置。包括交流激励源、绝缘管道、六个电极、电感模块、电子开关、电子开关控制逻辑电路、信号处理模块、数据采集模块以及微型计算机。本实用新型开发了一种六电极非接触式电导传感器，实现了将六电极非接触式电导传感器用于气液两相流体相含率的测量。本实用新型是一种适用于气液两相流体连续相为导电液体的新型非接触式电导测量技术，传感器电极不与流体直接接触，从而对气液两相流体的流型无影响，而且有效地避免了传统接触式电导测量方法存在的电极极化和电化学腐蚀等问题，并在一定程度上克服了流型变化对相含率测量的影响，为气液两相流体相含率测量提供一条有效的新途径。
Description
技术领域
本实用新型涉及气液两相流相含率测量技术，尤其涉及一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置。
背景技术
气液两相流广泛存在于石油、化工、能源、动力等众多工业过程中。相含率是表征气液两相流特性的重要参数之一，它的在线测量对于两相流系统的状态监控、实时控制、安全运行、节能增效等均有重要的作用。目前虽有很多的相含率测量方法，但是由于气液两相流流动的复杂性，现有的检测方法还未能满足工业中的实际应用需求，相含率的在线测量方法仍需进一步的研究发展。
在两相流参数测量领域，基于电导和电容检测的气液两相流相含率测量是两相流研究领域的主要方面。目前已有多种电导检测技术应用于两相流相含率的测量。然而，现有的电导检测技术主要为接触式电导测量方法，主要用于气液两相流体连续相导电的气液两相管流，传感器电极安装于被测管道内壁，电极表面与管道内被测流体直接接触，易发生电极极化、电化学腐蚀等问题，从而对测量造成了一定的影响，其实际的应用也受到了限制。基于电容检测的气液两相流相含率传感器电极安装于被测管道外壁周围，其电极可避免与被测流体接触。但是，基于电容的检测方法主要用于气液两相流体连续相为非导电液体的测量。
电容耦合式非接触电导测量技术是一种新型的非接触式电导测量技术。其电极不与流体直接接触，有效地避免了传统接触式电导测量方法存在的电极极化和电化学腐蚀等问题，而且具有结构简单、鲁棒性好等优点。然而，目前该技术的研究与应用主要局限于分析化学等领域中毛细管或以下管径溶液电导、离子浓度等的测量，在气液两相流相含率测量方面的应用还处于起步阶段，文献报道还比较少。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种可行的、有效的非接触式电导气液两相流相含率测量装置。
非接触式电导气液两相流相含率测量装置包括交流激励源、第一电感模块、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、绝缘管道、第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极、第四电子开关、第五电子开关、第六电子开关、电子开关控制逻辑电路、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第三信号处理模块、数据采集模块、微型计算机、第二电感模块、第三电感模块；第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极均匀分布在绝缘管道外壁周围，第一电极与第二电子开关的一端相连，第二电极与第一电感模块的一端相连，第三电极与第三电子开关的一端相连，第四电极与第二电感模块的一端相连，第五电极与第一电子开关的一端相连，第六电极与第三电感模块的一端相连，第一电子开关的另一端、第二电子开关的另一端、第三电子开关的另一端分别与交流激励源相连，第一电感模块的另一端与第四电子开关的一端相连，第二电感模块的另一端与第五电子开关一端相连，第三电感模块的另一端与第六电子开关一端相连，第四电子开关的另一端与第一信号处理模块的输入端相连，第五电子开关的另一端与第二信号处理模块的输入端相连，第六电子开关的另一端与第三信号处理模块的输入端相连，第一电子开关的控制端、第四电子开关的控制端与电子开关控制逻辑电路的第一输出端相连，第二电子开关的控制端、第五电子开关的控制端与电子开关控制逻辑电路的第二输出端相连，第三电子开关的控制端、第六电子开关的控制端与电子开关控制逻辑电路的第三输出端相连，第一信号处理模块的输出端与数据采集模块的第一输入端相连，第二信号处理模块的输出端与数据采集模块的第二输入端相连，第三信号处理模块的输出端与数据采集模块的第三输入端相连，数据采集模块的输出端与微型计算机相连；第一电极、第三电极、第五电极为激励电极，第二电极、第四电极、第六电极为检测电极。
本实用新型与现有技术相比具有有益效果：
1)六电极非接触式电导传感器可以得到反映气液两相流相含率信息的三组独立电导信号，三对电极间的电导变化量能更有效的反映气液两相流相含率变化信息，借助于电子开关技术，在任何检测的瞬间只有一对电极上存在电场，可以避免相邻电极间的电场相互干扰；
2)电子开关控制逻辑电路由555定时器、移位寄存器与或非门组成，可精确产生三对电子开关依次闭合所需的顺序脉冲控制时序，此电路不需要控制器或者附加译码电路，结构简单；
3)测量方式为非接触式，电极不与管道中流体接触，因此电极不受流体冲击、腐蚀、极化作用，而且压力损失小，也不会影响被测两相流体的流动特性、流场，适用于气液两相流相含率的测量；
4)串联谐振方法的应用，消除了耦合电容对测量范围和分辨率造成的不利影
响；
附图说明
图1是非接触式电导气液两相流相含率测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型的六电极非接触式电导传感器等效电路图；
图3是本实用新型的六电极非接触式电导传感器在串联谐振状态时等效电路图和工作原理示意图；
图中：交流激励源1、第一电感模块2、第一电子开关3、第二电子开关4、第三电子开关5、绝缘管道6、第一电极7、第二电极8、第三电极9、第四电极10、第五电极11、第六电极12、第四电子开关13、第五电子开关14、第六电子开关15、电子开关控制逻辑电路16、第一信号处理模块17、第二信号处理模块18、第三信号处理模块19、数据采集模块20、微型计算机21、第二电感模块22、第三电感模块23。
具体实施方式
如图1所示，非接触式电导气液两相流相含率测量装置包括交流激励源1、第一电感模块2、第一电子开关3、第二电子开关4、第三电子开关5、绝缘管道6、第一电极7、第二电极8、第三电极9、第四电极10、第五电极11、第六电极12、第四电子开关13、第五电子开关14、第六电子开关15、电子开关控制逻辑电路16、第一信号处理模块17、第二信号处理模块18、第三信号处理模块19、数据采集模块20、微型计算机21、第二电感模块22、第三电感模块23；第一电极7、第二电极8、第三电极9、第四电极10、第五电极11、第六电极12均匀分布在绝缘管道6外壁周围，第一电极7与第二电子开关4的一端相连，第二电极8与第一电感模块2的一端相连，第三电极9与第三电子开关5的一端相连，第四电极10与第二电感模块22的一端相连，第五电极11与第一电子开关3的一端相连，第六电极12与第三电感模块23的一端相连，第一电子开关3的另一端、第二电子开关4的另一端、第三电子开关5的另一端分别与交流激励源1相连，第一电感模块2的另一端与第四电子开关13的一端相连，第二电感模块22的另一端与第五电子开关14一端相连，第三电感模块23的另一端与第六电子开关15一端相连，第四电子开关13的另一端与第一信号处理模块17的输入端相连，第五电子开关14的另一端与第二信号处理模块18的输入端相连，第六电子开关15的另一端与第三信号处理模块19的输入端相连，第一电子开关3的控制端、第四电子开关13的控制端与电子开关控制逻辑电路16的第一输出端相连，第二电子开关4的控制端、第五电子开关14的控制端与电子开关控制逻辑电路16的第二输出端相连，第三电子开关5的控制端、第六电子开关15的控制端与电子开关控制逻辑电路16的第三输出端相连，第一信号处理模块17的输出端与数据采集模块20的第一输入端相连，第二信号处理模块18的输出端与数据采集模块20的第二输入端相连，第三信号处理模块19的输出端与数据采集模块20的第三输入端相连，数据采集模块20的输出端与微型计算机21相连；第一电极7、第三电极9、第五电极11为激励电极，第二电极8、第四电极10、第六电极12为检测电极。
非接触式电导气液两相流相含率测量方法的步骤如下：
1）六电极非接触式电导传感器由均匀分布在绝缘管道6外管壁圆周上的六个电极组成，六个电子开关分为三对电子开关实现三种工作状态，三对电子开关分别为：第一电子开关3与第四电子开关13、第二电子开关4与第五电子开关14、第三电子开关5与第六电子开关15，电子开关控制逻辑电路16由555定时器U1（NE555）、移位寄存器U2（CD4015）、或非门U3（74HC02）组成，电子开关控制逻辑电路16产生的顺序脉冲时序用于控制三对电子开关依次切换工作状态，使得三对电子开关依次处于闭合状态，当第一电子开关3与第四电子开关13处于闭合状态时，第二电子开关4、第五电子开关14、第三电子开关5、第六电子开关15断开，当第二电子开关4、第五电子开关14处于闭合状态时，第一电子开关3、第四电子开关13、第三电子开关5、第六电子开关15断开，当第三电子开关5、第六电子开关15处于闭合状态时，第一电子开关3、第四电子开关13、第二电子开关4、第五电子开关14断开；
2）设置交流激励源1的激励频率为f，输出电压为Uin，当第一电子开关3与第四电子开关13处于闭合状态时，第二电子开关4、第五电子开关14、第三电子开关5、第六电子开关15断开，由交流激励源1、第一电子开关3、第五电极11、绝缘管道6、第二电极8、第一电感模块2、第四电子开关13形成第一条交流通路，第一条交流通路的等效电路阻抗为
其中，L1为第一电感模块2的电感，第一耦合电容C1为第五电极11、绝缘管道6与管道内流体形成的耦合电容，第二耦合电容C2为第二电极8、绝缘管道6与管道内流体形成的耦合电容，第一流体等效电阻Rx1为第五电极11和第二电极8间的流体的等效电阻，当交流激励源1的激励频率为
时，第一条交流通路处于串联谐振状态，则第一条交流通路的等效电路阻抗虚部为零，第一条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性，当第二电子开关4、第五电子开关14处于闭合状态时，第一电子开关3、第四电子开关13、第三电子开关5、第六电子开关15断开，由交流激励源1、第二电子开关4、第一电极7、绝缘管道6、第四电极10、第二电感模块22、第五电子开关14形成第二条交流通路，第二条交流通路的等效电路阻抗为
其中，L2为第二电感模块22的电感，第三耦合电容C3为第一电极7、绝缘管道6与管道内流体形成的耦合电容，第四耦合电容C4为第四电极10、绝缘管道6与管道内流体形成的耦合电容，第二流体等效电阻Rx2为第一电极7和第四电极10间的流体的等效电阻，
当交流激励源1的激励频率为
时，第二条交流通路处于串联谐振状态，则第二条交流通路的等效电路阻抗虚部为零，第二条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性，当第三电子开关5、第六电子开关15处于闭合状态时，第一电子开关3、第四电子开关13、第二电子开关4、第五电子开关14断开，由交流激励源1、第三电子开关5、第三电极9、绝缘管道6、第六电极12、第三电感模块23、第六电子开关15形成第三条交流通路，第三条交流通路的等效电路阻抗为其中，L3为第三电感模块23的电感，第五耦合电容C5为第三电极9、绝缘管道6与管道内流体形成的耦合电容，第六耦合电容C6为第六电极12、绝缘管道6与管道内流体形成的耦合电容，第三流体等效电阻Rx3为第三电极9和第六电极12间的流体的等效电阻，当交流激励源1的激励频率为
时，第三条交流通路处于串联谐振状态，则第三条交流通路的等效电路阻抗虚部为零，第三条交流通路的等效电路总阻抗为纯阻性；
3）在串联谐振状态下，第一条交流通路的等效电路、第二条交流通路的等效电路、第三条交流通路的等效电路成纯阻性，在电子开关控制逻辑电路16产生的顺序脉冲时序控制作用下，当第一电子开关3与第四电子开关13处于闭合状态，第二电极8通过第一电感模块2直接与第一信号处理模块17的输入端相连，第一信号处理模块17的输入端从第二电极8获得一组独立电导信号，当第二电子开关4与第五电子开关14处于闭合状态，第四电极10通过第二电感模块22直接与第二信号处理模块18的输入端相连，第二信号处理模块18的输入端从第四电极10获得一组独立电导信号，当第三电子开关5与第六电子开关15处于闭合状态，第六电极12通过第三电感模块23直接与第三信号处理模块19的输入端相连，第三信号处理模块19的输入端从第六电极12上获得一组独立电导信号，三组独立电导信号分别经第一信号处理模块17、第二信号处理模块18、第三信号处理模块19的电流/电压转换、整流、滤波、直流放大处理后，由数据采集模块20采集到微型计算机21中；
4）微型计算机21存储和处理三组独立电导信号，三组独立电导信号反映了绝缘管道6内不同方向上气液两相流体气相含率的信息，三组独立电导信号经平均处理，得到的平均电导变化量能更有效地反映气液两相流相含率变化的信息，采用最小二乘线性回归方法，建立了气液两相流相含率测量预测模型，根据预测模型得到气液两相流相含率测量值。
已利用气液两相流中常见的层状流在水平玻璃管道上对本实用新型中所提及的装置与方法进行了初步试验，验证了本实用新型的可行性，其中水平玻璃管道内径为12.2mm，实验介质为空气和自来水。试验结果表明：利用本实用新型中所提及的装置与方法，可以实现气液两相流相含率的测量，并可取得较好的测量结果。
Claims (1)
1.一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置，其特征在于包括交流激励源（1）、第一电感模块（2）、第一电子开关（3）、第二电子开关（4）、第三电子开关（5）、绝缘管道（6）、第一电极（7）、第二电极（8）、第三电极（9）、第四电极（10）、第五电极（11）、第六电极（12）、第四电子开关（13）、第五电子开关（14）、第六电子开关（15）、电子开关控制逻辑电路（16）、第一信号处理模块（17）、第二信号处理模块（18）、第三信号处理模块（19）、数据采集模块（20）、微型计算机（21）、第二电感模块（22）、第三电感模块（23）；第一电极（7）、第二电极（8）、第三电极（9）、第四电极（10）、第五电极（11）、第六电极（12）均匀分布在绝缘管道（6）外壁周围，第一电极（7）与第二电子开关（4）的一端相连，第二电极（8）与第一电感模块（2）的一端相连，第三电极（9）与第三电子开关（5）的一端相连，第四电极（10）与第二电感模块（22）的一端相连，第五电极（11）与第一电子开关（3）的一端相连，第六电极（12）与第三电感模块（23）的一端相连，第一电子开关（3）的另一端、第二电子开关（4）的另一端、第三电子开关（5）的另一端分别与交流激励源（1）相连，第一电感模块（2）的另一端与第四电子开关（13）的一端相连，第二电感模块（22）的另一端与第五电子开关（14）一端相连，第三电感模块（23）的另一端与第六电子开关（15）一端相连，第四电子开关（13）的另一端与第一信号处理模块（17）的输入端相连，第五电子开关（14）的另一端与第二信号处理模块（18）的输入端相连，第六电子开关（15）的另一端与第三信号处理模块（19）的输入端相连，第一电子开关（3）的控制端、第四电子开关（13）的控制端与电子开关控制逻辑电路（16）的第一输出端相连，第二电子开关（4）的控制端、第五电子开关（14）的控制端与电子开关控制逻辑电路（16）的第二输出端相连，第三电子开关（5）的控制端、第六电子开关（15）的控制端与电子开关控制逻辑电路（16）的第三输出端相连，第一信号处理模块（17）的输出端与数据采集模块（20）的第一输入端相连，第二信号处理模块（18）的输出端与数据采集模块（20）的第二输入端相连，第三信号处理模块（19）的输出端与数据采集模块（20）的第三输入端相连，数据采集模块（20）的输出端与微型计算机（21）相连；第一电极（7）、第三电极（9）、第五电极（11）为激励电极，第二电极（8）、第四电极（10）、第六电极（12）为检测电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320006885 CN203025140U (zh) | 2013-01-06 | 2013-01-06 | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320006885 CN203025140U (zh) | 2013-01-06 | 2013-01-06 | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203025140U true CN203025140U (zh) | 2013-06-26 |
Family
ID=48649119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201320006885 Expired - Lifetime CN203025140U (zh) | 2013-01-06 | 2013-01-06 | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203025140U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103018285A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-04-03 | 浙江大学 | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法 |
-
2013
- 2013-01-06 CN CN 201320006885 patent/CN203025140U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103018285A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-04-03 | 浙江大学 | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法 |
| CN103018285B (zh) * | 2013-01-06 | 2014-09-03 | 浙江大学 | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103018285B (zh) | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法 | |
| CN101387613B (zh) | 基于串联谐振的电容耦合式非接触电导的测量装置及方法 | |
| CN101609113B (zh) | 基于双屏蔽结构和串联谐振的非接触电导测量装置和方法 | |
| CN102183550B (zh) | 非接触式电阻层析成像测量装置及方法 | |
| CN103941099B (zh) | 基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法 | |
| CN104198537A (zh) | 一种土壤含水率与电导率检测方法及检测装置 | |
| CN103675460A (zh) | 基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置及方法 | |
| CN201269859Y (zh) | 一种基于串联谐振的电容耦合式非接触电导的测量装置 | |
| CN205080193U (zh) | 基于环状结构的非接触式流体电阻抗测量装置 | |
| CN104459333B (zh) | 工业型电容耦合式双电感结构非接触电导测量装置及方法 | |
| CN204071751U (zh) | 自动检测水位的咖啡机 | |
| CN203025140U (zh) | 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置 | |
| CN102269726B (zh) | 工业型电容耦合式非接触电导在线测量装置及方法 | |
| CN102360025A (zh) | 一种小通道流体流速流量测量装置及方法 | |
| CN102645553B (zh) | 一种流体流速流量测量装置及方法 | |
| CN102162805A (zh) | 探测能够电分解的液体存在及其浓度的方法与装置 | |
| CN202209964U (zh) | 一种流体流速流量测量装置 | |
| CN105301365A (zh) | 非接触式流体电阻抗测量装置及方法 | |
| CN203350216U (zh) | 一种阳离子交换器失效检测装置 | |
| CN201156059Y (zh) | 一种绝缘电阻自动检测记录装置 | |
| CN103175578B (zh) | 基于电容式孔板流量测量与电磁流量测量的装置 | |
| CN202204828U (zh) | 一种小通道流体流速流量测量装置 | |
| CN202158936U (zh) | 一种漏水检测装置 | |
| CN205594111U (zh) | 一种基于Rogowski线圈的漏电检测仪 | |
| CN203480250U (zh) | 一种电阻式控制器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20130626 Effective date of abandoning: 20140903 |
|
| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |