CN204881674U - 基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于多相流输送技术领域的一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置。导轨由x向导轨和y向导轨组成；x向导轨和y向导轨上分别接有步进电机；多孔固体板通过导轨槽放置在导轨上；多孔固体板两侧分别紧贴有两块铜质电容极板，形成电容极板阵列；密封外罩罩住导轨和多孔固体板；密封外罩上安装有由压力表、泄压阀、充氮气装置、氮气调节阀、压力控制器组成的恒压装置，以及由电加热器和半导体制冷器组成的恒温装置；压力表、泄压阀、氮气调节阀分别与压力控制器连接。可用来标定气液两相流探测器的空泡份额和气泡速度；采用步进电机驱动多孔固体板沿导轨移动以模拟气液两相流；具有标定速度快、精度高、范围大的优点。

Description

基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置

技术领域

本实用新型属于多相流输送技术领域，尤其是涉及一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置。

背景技术

在现代石油开采运输和核能发电等领域内，对气液两相流的测量是一个十分重要的课题，有必要对两相流的空泡份额进行精确测量，从而对两相流界面相分布、流型变化等参数进行准确计算，为管道沿程压降计算提供依据。

目前有很多气液两相流探测器的标定方法，例如快关阀法、高速摄像法等。在这些方法中，快关阀法是在气液两相流实验测试管段的两端安装两个能同时动作的快关阀，当两相混合流体的流动达到稳定状态时，同时关闭这两个阀门，并通过气液分离求出两阀门间的平均空泡份额；快关阀法简单准确有效，主要缺点在于不能标定气泡的运动速度。高速摄影法对流动界面进行高速动态拍摄，能够更细致地反映界面波动的结构特征，也能标定气泡的运动速度，但是这种方法对操作者要求很高，而且存在照明、聚焦等光学问题，使用范围受到限制；并且该标定系统价格昂贵，且一般只适合单个气泡运动速度的标定。本实用新型提出一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置，采用步进电机驱动的打孔板模拟气液两相流，通过设定打孔板打孔面积占比和步进电机的转速可对空泡份额和气泡速度进行精确模拟，从而进行高精度标定；也可通过设置不同打孔形状、叠放多块孔板的方式模拟不同的流型，实现对不同流型下气液两相流探测器的标定；具有标定速度快、精度高、范围大的优点。

实用新型内容

为了解决目前两相流探测器标定装置功能有限的不足，本实用新型提出了一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置，其特征在于，导轨6由x向导轨和y向导轨组成；x向导轨和y向导轨上分别接有步进电机9；多孔固体板7通过导轨槽放置在导轨6上；多孔固体板7两侧分别紧贴有两块铜质电容极板8，形成电容极板阵列，铜质电容极板8对称分布，铜质电容极板8上钻有小孔并焊接有传输导线；密封外罩3罩住导轨6和多孔固体板7；密封外罩3上安装有由压力表4、泄压阀5、充氮气装置10、氮气调节阀11、压力控制器13组成的恒压装置，以及由电加热器2和半导体制冷器12组成的恒温装置1；压力表4和泄压阀5直接安装在密封外罩3上，充氮气装置10通过氮气调节阀11与密封外罩3连接，压力表4、泄压阀5、氮气调节阀11分别通过导线与压力控制器13连接。

所述铜质电容极板8形状为100mm*100mm的正方形，铜质电容极板8上所钻小孔的孔径为1mm。

本实用新型的有益效果在于，提出一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置，可用来标定气液两相流探测器的空泡份额和气泡速度；采用步进电机驱动多孔固体板沿导轨移动以模拟气液两相流；具有标定速度快、精度高、范围大的优点。

附图说明

图1为基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置示意图。

图中标号：1-恒温装置、2-电加热器、3-密封外罩、4-压力表、5-泄压阀、6-导轨、7-多孔固体板、8-铜质电容极板、9-步进电机、10-充氮气装置、11-氮气调节阀、12-半导体制冷器、13-压力控制器。

具体实施方式

本实用新型提出一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。

图1所示为基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置示意图，导轨由x向导轨和y向导轨组成；x向导轨和y向导轨上分别接有步进电机；多孔固体板通过导轨槽放置在导轨上；多孔固体板两侧分别紧贴有两块铜质电容极板，形成电容极板阵列，铜质电容极板对称分布，铜质电容极板上钻有小孔并焊接有传输导线；密封外罩罩住导轨和多孔固体板；密封外罩上安装有由压力表、泄压阀、充氮气装置、氮气调节阀、压力控制器组成的恒压装置，以及由电加热器和半导体制冷器组成的恒温装置；压力表和泄压阀直接安装在密封外罩上，充氮气装置通过氮气调节阀与密封外罩连接，压力表、泄压阀、氮气调节阀分别通过导线与压力控制器连接。

其中，铜质电容极板形状为100mm*100mm的正方形，使用无水乙醇对铜质电容极板表面进行清洗，然后在铜质电容极板的几何中心处钻孔，所钻小孔的孔径为1mm；使用屏蔽线作为传输导线，在屏蔽线接头处保留2mm铜芯，将铜芯插入铜质电容极板几何中心处的小孔并进行焊接；多孔固体板两侧分别紧贴有两块铜质电容极板，铜质电容极板对称分布，形成电容极板阵列。

其中，多孔固体板是由钛白粉和环氧树脂按照一定的比例均匀混合而成，其介电常数接近于水的介电常数，用来模拟气液两相流；根据需要模拟的气液两相流的流型、空泡份额的不同，设置多孔固体板上孔的形状、大小及分布形式、打孔面积的占比、多孔固体板的厚度、多孔固体板的叠放数量等；导轨包括x向导轨和y向导轨，由步进电机进行控制，使多孔固体板按预先设定的速度沿x方向或y方向匀速、变速移动；最后，通过比较电容极板阵列的电容值、多孔固体板的打孔面积、多孔固体板在x方向和y方向的运动速度，对空泡份额及气泡速度测量进行标定。

外界温度、湿度的变化会造成空气和多孔固体板的介电常数发生改变，从而对电容测量形成干扰；为了防止因温度、湿度变化对电容测量形成干扰，本实用新型设计了密封外罩和恒温装置。密封外罩上安装有由压力表、泄压阀、充氮气装置、氮气调节阀、压力控制器组成的恒压装置，压力表和泄压阀直接安装在密封外罩上，充氮气装置通过氮气调节阀与密封外罩连接，压力表、泄压阀、氮气调节阀分别通过导线与压力控制器连接；当密封外罩内的压力降低时，反映在压力表上，进而作用于压力控制器使得氮气调节阀打开，充入氮气使密封外罩内压力升高；当密封外罩内的压力升高时，通过压力表显示，压力控制器作用于泄压阀，放出氮气使得密封外罩内的压力降低；以此维持密封外罩内的压力恒定，从而维持密封外罩内湿度恒定。恒温装置由电加热器和半导体制冷器组成；当温度降低时，电加热器进行工作，使密封外罩内的温度升高；当温度升高时，半导体制冷器工作，使密封外罩内的温度降低；从而维持密封外罩内恒温。

由于水和气泡的介电常数不同，当气泡经过铜质电容极板时，用电容计测量出来的电容值就会与没有气泡经过时的电容值不同，从而推算出空泡份额来进行空泡份额静态标定。通过改变多孔固体板的打孔面积可得到不同的空泡份额，反复进行测量从而进行更精准的标定。

通过设置步进电机的参数，使步进电机控制多孔固体板在x向导轨和y向导轨上按照预定的速度进行匀速、变速移动来模拟气泡的运动，然后通过电容计测量电容极板阵列的电容值，根据自相关系数法测量气泡的运动速度，并与步进电机预先设定好的速度进行比较分析标定。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置，其特征在于，导轨(6)由x向导轨和y向导轨组成；x向导轨和y向导轨上分别接有步进电机(9)；多孔固体板(7)通过导轨槽放置在导轨(6)上；多孔固体板(7)两侧分别紧贴有两块铜质电容极板(8)，形成电容极板阵列，铜质电容极板(8)对称分布，铜质电容极板(8)上钻有小孔并焊接有传输导线；密封外罩(3)罩住导轨(6)和多孔固体板(7)；密封外罩(3)上安装有由压力表(4)、泄压阀(5)、充氮气装置(10)、氮气调节阀(11)、压力控制器(13)组成的恒压装置，以及由电加热器(2)和半导体制冷器(12)组成的恒温装置(1)；压力表(4)和泄压阀(5)直接安装在密封外罩(3)上，充氮气装置(10)通过氮气调节阀(11)与密封外罩(3)连接，压力表(4)、泄压阀(5)、氮气调节阀(11)分别通过导线与压力控制器(13)连接。

2.根据权利要求1所述一种基于可移动电容极板阵列的两相流探测器标定装置，其特征在于，所述铜质电容极板(8)形状为100mm*100mm的正方形，铜质电容极板(8)上所钻小孔的孔径为1mm。