DE3879338T2 - Kapazitive Messvorrichtung des Gasgehaltes. - Google Patents

Kapazitive Messvorrichtung des Gasgehaltes.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Leeranteil-Meßgerät.
  • Es gibt zahlreiche Umstände, unter denen es wünschenswert ist, den Leeranteil in einer strömenden Flüssigkeit messen zu können. Beispielsweise liegt das einer Erdölbohrung entströmende Produkt oft in zwei Phasen vor, nämlich Erdöl und Erdgas, und es ist erforderlich für die wirksame Steuerung des Ölbohrlochs in der Lage zu sein, den untertägigen Gasgehalt des Produkts zu überwachen. Der Gasgehalt wird generell definiert als der "Leeranteil", welcher Ausdruck hier verwendet wird, um das Verhältnis des Volumens von Dampfblasen in einer strömenden Flüssigkeit zu dem Volumen jener Flüssigkeit anzugeben.
  • Verschiedene Anläufe wurden in der Vergangenheit unternommen, den mittleren Leeranteil von zweiphasiger, blasiger Flüssigkeitsströmung unter Verwendung kapazitiver Sensoren zu messen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das elektrostatische Feld, erzeugt durch die bekannten Sensoren und durch das die zu überwachende Flüssigkeit strömt, nicht gleichförmig ist. Das bedeutet, daß die Änderung in der Kapazität der Sensoren, herrührend von einer bestimmten Gasblase, stark abhängt von der Position dieser Blase relativ zu dem elektrostatischen Feld. Als Konsequenz wird das Ansprechen der bekannten Sensoren erheblich durch die lokale Leeranteilverteilung beeinflußt.
  • Mehrere Forscher haben berichtet, daß die lokale Leeranteilverteilung in einer zweiphasigen Gas-Flüssigkeitsströmung beeinflußt wird von dem Gesamtströmungsmuster und daß die Leeranteilverteilung deutlich den Ausgang der konventionellen Leeranteilsensoren beeinflußt. Beispielsweise berichtet der Artikel "Turbulence structure of air-water bubbly flow II. Int. J. Multiphase Flow; Band 2" von Serizawa, A. und Michiyoshi, I. (1975), daß in zweiphasigen Strömungen die lokale Leeranteilverteilung eine strenge Funktion des Gesamtströmungsmusters ist und deshalb beeinflußt werden kann durch solche Faktoren, wie der mittlere Leeranteil und die Flüssigkeitsoberflächengeschwindigkeit. In einer Dissertation von Bernier, R.J.N. (1981), erhältlich am California Institute of Technology, wird über eine Reihe von Experimenten berichtet unter Verwendung von vertikal aufwärtsgerichteten, zweiphasigen Strömungen, welche zeigten, daß die Veränderung des Ausgangs eines Leeranteil- Impedanzsensors mit dem mittleren Leeranteil beeinflußt wurde durch die lokale Leeranteilverteilung. Eine weitere Dissertation von Hammer, E.A. (1983), erhältlich an der University of Manchester Institute of Science and Technology, berichtet über eine Reihe von Experimenten unter Verwendung aufwärtsgerichteter, zweiphasiger Strömungen, überwacht durch einen Kapazitätsrauschsensor. Die Experimente zeigten, daß für einen gegebenen Wert des mittleren Leeranteils der Strömung der Ausgang von dem Sensor beeinflußt wurde durch die Flüssigkeitsoberflächengeschwindigkeit, was seinerseits nahelegt, daß die verwendeten Kapazitätssensoren empfindlich waren gegenüber Veränderungen in der lokalen Leeranteilverteilung.
  • Andere Beispiele von früher vorgeschlagenen Kapazitätssensoren können gefunden werden in DE-A-3049035 sowie Measurement, Band 1, Nr. 4, Oktober-Dezember 1983, Seiten 191-195, London GB; R G Green et al: "A frequency-modulated capacitance transducer for online measurement of two-component fluid flow".
  • Im Hinblick auf die obigen Forschungsergebnisse wäre es deutlich wünschenswert, einen Leeranteilsensor zu entwickeln, der nicht empfindlich ist gegenüber Veränderungen in der lokalen Leeranteilverteilung. Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen solchen Sensor zu schaffen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für die kapazitive Messung des Leeranteils in einer in einer Pipeline strömenden Flüssigkeit geschaffen, umfassend einen im wesentlichen rohrförmigen Korpus, der einen Strömungsdurchlaß für die strömende Flüssigkeit begrenzt, und eine Baugruppe von mindestens zwei Elektroden, die im Abstand voneinander rings um das Äußere des Korpus angeordnet sind oder in dem Korpus so eingebettet sind, daß sie einen Abstand von der strömenden Flüssigkeit durch das Korpusmaterial aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des Korpusmaterials im wesentlichen gleich der erwarteten Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit ist, und der innere Radius des Strömungsdurchlasses ausgewählt ist, daß er dem inneren Radius der Pipeline entspricht, und die radiale Dicke des Abschnitts des Korpus, die die Elektroden von dem Strömungsdurchlaß trennt, so ausgewählt ist, daß das Verhältnis Zrw der Standardabweichung der elektrostatischen Feldempfindlichkeit dividiert durch den gewichteten mittleren Kapazitätsterm nicht mehr als 1 beträgt.
  • Die Elektrodenbaugruppe kann zwei Kondensatorelektroden umfassen, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Korpus angeordnet sind, und zwei geerdete Elektroden, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Korpus zwischen den Kondensatorelektroden angeordnet sind. Jede der Kondensatorelektroden überdeckt vorzugsweise einen Winkel von 1440 in der Achse des rohrförmigen Korpus.
  • In einer alternativen Ausführung sind die Kondensatorelektroden so geformt, daß ihre Mitten (in Umfangsrichtung) dichter an dem Strömungsdurchtritt liegen als ihre Kanten.
  • Der Korpus kann aus Polytetrafluorethylen (nachstehend als PTFE bezeichnet) ausgebildet sein.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines konventionellen kapazitiven Leeranteilsensors ist;
  • Fig. 2 eine schematische Schaltkreisdarstellung eines Kapazitätsmeßkreises ist, die mit dem konventionellen Sensor gemäß Fig. 1 oder mit Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
  • Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer kapazitiven Sensor-Elektrodenstruktur ist, experimentell verwendet zum Untersuchen der Veränderung der Kapazität mit der Leeranteilverteilung;
  • Fig. 4 Änderungen der Kapazität des Sensors nach Fig. 3 mit Änderungen in der Leeranteilverteilung für eine einzige Blase illustriert, die an verschiedenen Positionen in der Pipeline plaziert ist;
  • Fig. 5 die Veränderung einer Messung der Gleichförmigkeit des elektrostatischen Feldes illustriert, erzeugt durch die Elektrodenbaugruppe, die in Fig. 3 dargestellt ist, unter Veränderung der Radialposition;
  • Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines kapazitiven Leeranteilsensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 7 ein Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6 ist; und Fig. 8 eine Skizze eines Querschnitts einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei der Schnitt senkrecht zur Längsachse des Sensors verläuft.
  • Gemäß Fig. 1 umfaßt der dargestellte konventionelle kapazitive Sensor ein Rohr 1, durch welches ein zweiphasiges Fluid strömt, wie Erdöl, das Erdgasblasen enthält. Auf der Außenoberfläche des Rohres 1 ist eine erste Elektrode 2 abgestützt, der ein Erregungssignal zugeführt wird, sowie eine zweite Elektrode 3, welche eine virtuelle Erdmeßelektrode ist. Die Elektrodenbaugruppe befindet sich in einer zylindrischen, elektrostatischen Abschirmung 4, die von elektrischen Zuleitungen 5 und 6 durchsetzt ist.
  • In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, an die die Sensorbaugruppe nach Fig. 1 angeschlossen wird. Ein 10 kHz Oszillator 7 legt ein Erregersignal V&sub1; an einen Transformator 8, der eine Sekundärwicklung 9 aufweist, welche Ausgänge erzeugt, die zueinander um 1800 phasenversetzt sind. Einer dieser Ausgänge wird an die elektrische Zuleitung 5 der Baugruppe nach Fig. 1 angelegt und der andere Ausgang wird an einen Referenzkondensator 10 angelegt. Die Kapazität des Referenzkondensators 10 ist im wesentlichen dieselbe wie die Kapazität der in Fig. 1 dargestellten Baugruppe. Die Zuleitung 6 der Baugruppe nach Fig. 1 und der Kondensator 10 sind mit einem Verstärker 11 verbunden. Ein Kondensator 12 bildet einen Rückkopplungskreis für den Verstärker 11 derart, daß das am Ausgang 13 des Verstärkers erscheinende Signal V&sub2;(t) das Folgende ist:
  • V&sub2;(t) = V&sub1;(t) (Cx-Cref) / Cfb, worin
  • V&sub1;(t) das an Zuleitung 5 liegende Signal ist
  • Cx die Kapazität des Sensors ist
  • Cref die Kapazität des Kondensators 10 ist
  • Cfb die Kapazität des Kondensators 12 ist.
  • Das Signal am Ausgang 13 wird über ein Bandpaßfilter, umfassend eine Induktivität oder einen Gyrator 14 parallel zu einem Kondensator 15, einem Wechselverstärker 16 zugeführt. Der Gyrator 14 wirkt als eine passive Induktivität und kann von konventionellem Aufbau sein, zum Beispiel einen Typ 353 Operationsverstärker umfassend, vier Widerstände und einen Kondensator. Der Wechselverstärker 16 liefert einen Modulationseingang 17 an einen Synchrondetektor 18. Der Synchrondetektor empfängt auch das an dem Kondensator 10 liegende Signal über ein weiteres Bandpaßfilter, umfassend einen Gyrator 14 und einen Kondensator 15, die identisch sind mit den gleichbezifferten Komponenten, die an den Ausgang 13 angeschlossen sind. Die beiden Bandpaßfilter werden auf die Speisefrequenz von 10 kHz abgestimmt. Der Synchrondetektor 18 extrahiert die Gleichkomponente des Ausgangs von Verstärker 16 und diese wird einem Gleichverstärker 19 zugeführt.
  • Der Ausgang 20 des Verstärkers 19 gelangt über ein Tiefpaßfilter 21 zum Entfernen jeglicher restlicher 10 kHz Signalanteile. Das resultierende Gleichsignal wird an die Ausgangsklemme 22 zugeführt, wobei ein Nulljustierkreis 23 vorgesehen ist zum Eichen des Ausgangs 22. Beispielsweise kann der Schaltkreis 23 verwendet werden, um den Ausgang auf null einzustellen, wenn bekannt ist, daß sich keine Blasen zwischen den Elektroden 2 und 3 der Meßkondensatorbaugruppe gemäß Fig. 1 befinden.
  • Die Schaltung nach Fig. 2 kann in Verbindung mit einer konventionellen Sensoranordnung der Bauart nach Fig. 1 verwendet werden oder irgendeinem anderen kapazitiven Sensor einschließlich des Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung, der nachstehend im einzelnen beschrieben wird.
  • Die Elektrodenbaugruppe, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist so aufgebaut, daß Spalte belassen sind zwischen den benachbarten Kanten der Elektroden 2 und 3. Um sicherzustellen, daß keine Streufelder den Raum innerhalb des Strömungsrohres beeinflussen können, wurde eine Elektrodenbaugruppe der Bauart nach Fig. 3 hergestellt, bei der geerdete Elektroden 24 und 25 zwischen der Erregerelektrode 2 und der Meßelektrode 3 positioniert wurden. Im übrigen war die Elektrodenstruktur genau dieselbe wie die nach Fig. 1, und die Elektrodenstruktur wurde an die Schaltung nach Fig. 2 angeschlossen. Die Wirkung von Veränderungen in der Leeranteilverteilung wurde dann untersucht, wobei Blasen in das Rohr an Positionen eingespeist wurden, die durch einen Winkel θ indiziert waren, gemessen von einer Ausgangswinkelposition und einer Radialposition r. Der innere Radius der Elektroden ist mit R bezeichnet.
  • In Fig. 4 ist die Veränderung der gemessenen Kapazität der Elektrodenbaugruppe nach Fig. 3 für Blasen dargestellt, die bei r = 0,9R und r = 0,5R als Funktion von θ dargestellt sind. Man kann erkennen, daß es sehr große Fluktuationen in der gemessenen Kapazität für dieselbe Blasengröße gibt, abhängig von der Winkelposition der Blase, wenn die Blase nahe den Elektroden ist. Wenn die Blase nicht nahe den Elektroden ist, hat jedoch die Winkelposition der Blase einen geringen Einfluß auf die gemessene Kapazitätsänderung. Demgemäß ist es klar, daß das elektrostatische Feld relativ gleichförmig ist in Richtung auf das Zentrum des Strömungsdurchlasses, definiert durch die Elektroden, jedoch zunehmend weniger gleichförmig wird in Richtung der Elektroden. Um eine Messung der Gleichförmigkeit des elektrostatischen Feldes zu schaffen, erzeugt durch eine gegebene Grenzelektrodenanordnung, wurde die folgende Technik gewählt:
  • Ein Elektrodenradius von 50mm wird angenommen, und der Bereich innerhalb der Elektroden wird unterteilt in eine Serie von Rirgen oder Ringräumen. Der mittlere Radius des i-ten Ringraumes ist ri, während der Abstand zwischen den inneren und äußeren Radien jedes Ringraumes 2d ist. Ein Arbeitsradius rw wird definiert und ein gewichteter mittlerer Kapazitätsladungsterm ( )rw wird definiert für den Bereich innerhalb des Arbeitsradius derart, daß
  • Hier repräsentiert ( )ri den mittleren Wert von ΔC innerhalb des i-ten Ringraumes. Es ist festzuhalten, daß die Werte von ΔC, verwendet bei der Bestimmung von ( )ri, berechnet werden für den Fall, wo die radiale Koordinate der Blase als festliegend angenommen wird bei einem Wert von ri, während ihre Winkelkoordinate θ Werte im Bereich von +180º bis -180º annehmen. Der Ausdruck Ari in der obigen Gleichung repräsentiert die Querschnittsfläche des i-ten Ringraumes.
  • Ein gewichteter Standard-Abweichungsterm ( )rw kann ebenfalls definiert werden für den Bereich innerhalb des Arbeitsradius demgemäß, daß
  • Hier repräsentiert ( ri)²rw die Varianz des Parameters ΔC im i-ten Ringraum mit der Annahme eines mittleren Wertes für ΔC von ( )rw.
  • Es ist möglich, einen Term Zrw so zu definieren, daß
  • Zrw ist ein Maß der Gleichförmigkeit jenes Abschnitts des elektrostatischen Feldes (erzeugt durch eine gegebene Grenzelektrodenanordnung), das innerhalb des Arbeitsradius rw vorliegt. Demgemäß indiziert ein relativ niedriger Wert von Zrw, daß das elektrostatische Feld innerhalb des Arbeitsradius relativ gleichförmig ist. Umgekehrt indiziert ein hoher Wert von Zrw das Vorliegen eines relativ ungleichförmigen elektrostatischen Feldes innerhalb des Arbeitsradius.
  • Eine Aufzeichnung von Zrw über rw/R (wo R der Elektrodenradius ist) für die Grenzelektrodenanordnung nach Fig. 3 ist in Fig. 5 dargestellt. Es ist klar aus dieser Figur, daß Zrw stark abhängt von dem Wert von rw/R.
  • Zusätzlich ist gezeigt worden, daß die Grenzelektrodenanordnung einen geringen Einfluß auf die Variation von Zrw mit rw/R hat. Mit der Annahme, daß die optimale Grenzelektrodenanordnung jene ist, die zu den niedrigsten Werten von Zrw bei den relevanten Werten von rw/R führt, hat es sich gezeigt, daß die optimale Grenzelektrodenanordnung besteht aus:
  • (i) Einer einzelnen 144º-Erregerelektrode (2, Fig. 3);
  • (ii) Zwei 36º-Erregerelektroden (24, 25, Fig. 3), die auf Erdpotential gehalten werden; und
  • (iii) Eine einzelne 144º-virtuelle Erdelektrode (3, Fig. 3).
  • Die Kurve der Fig. 5 zeigt die Veränderung von Zrw mit rw/R für diese Elektrodenanordnung.
  • Es ergibt sich aus Fig. 5, daß die Sensorkapazität in hohem Maße unabhängig ist von der Blasenverteilung unter der Voraussetzung, daß die Blasen aus dem Bereich nahe den Kondensatorelektroden herausgehalten werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann dies erzielt werden, wenn die gesamte Fluidströmung innerhalb eines Bereiches eingeschlossen wird, dessen Radius wesentlich kleiner ist als der Radius der Kondensatorelektrode. Die Sensorbaugruppe gemäß der Erfindung ist in Figuren 6 und 7 dargestellt.
  • Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch einen kapazitiven Sensor, der dazu dient, mittels Flanschen 26 in eine Pipeline eingefügt zu werden, die beispielsweise ein Gemisch aus Erdöl und Erdgas führt. Die Pipelineachse ist durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet.
  • Der Sensor umfaßt eine rohrförmige Aluminiumabschirmung 28, die mittels Bolzen 29 an den Endflanschen 26 befestigt ist. Das Festziehen der Bolzen 29 komprimiert die Endflansche gegen einen rohrförmigen PTFE-Korpus 30, wobei die Enden des PTFE-Korpus 30 mittels O-Ringen 31 gegen die Endflansche 26 abgedichtet sind. Der PTFE-Korpus 30 trägt vier Elektroden, wie am besten in Fig. 7 zu sehen, das heißt eine Elektrode 32 entsprechend der Elektrode 2 der Fig. 3, an welche ein Erregersignal angelegt wird, Elektroden 33 und 34, die mit Erde verbunden sind und den Elektroden 24 und 25 der Fig. 3 entsprechen, und eine Elektrode 35, die der Meßkondensator ist und der Elektrode 3 nach Fig. 3 entspricht. Die Elektroden 32 und 35 überdecken einen Winkel von 144º an der Achse 27, während die Elektroden 33 und 34 sich jeweils über einen Winkel von 36º erstrecken. Isolierende Distanzstücke 36 sind zwischen der Abschirmung 28 und der Elektrodenbaugruppe angeordnet. Konventionelle Überwachungselektroden 37 sind an jedem axialen Ende jeder der Elektroden angeordnet und werden durch entsprechende Signale angesteuert, um so Endeffekte zu minimieren.
  • Der innere Radius des rohrförmigen PTFE-Korpus 30 ist so gewählt, daß er dem Radius der Pipeline entspricht, in welche der Sensor eingefügt ist. Der äußere Radius ist so gewählt, daß der rohrförmige Korpus selbst jenen Bereich des elektrostatischen Feldes, erzeugt zwischen den Elektroden 32 und 35, einnimmt, der deutlich ungleichförmig ist. Abhängig von der jeweiligen Anwendung können unterschiedliche Grade der Gleichförmigkeit erforderlich sein, um die gewünschte Meßgenauigkeit zu erzielen. Im Falle der Ausführungsform nach Figuren 6 und 7 wurde die radiale Dicke des PTFE-Rohres 30 so gewählt, daß sie 30% der radialen Distanz von der Achse 27 bis zu der radial inneren Oberfläche der Elektrodenstruktur ausmachte. Gemäß der Kurve nach Fig. 5 erkennt man, daß dies einem Zrw-Wert von weniger als 0,5 entspricht. Wenn eine größere Gleichförmigkeit erforderlich wäre, wäre es natürlich möglich, die relative Dicke des PTFE-Rohres zu steigern, so daß es mehr als 30% des Radius der Elektrodenstruktur einnimmt. Experimente haben jedoch gezeigt, daß das Verhältnis der Dicke des PTFE-Rohres der in Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform hinreicht, um eine akzeptable Gleichförmigkeit bei der Anwendung auf Erdöl/Erdgas zu gewährleisten.
  • In der Anordnung nach Figuren 6 und 7 wird der rohrförmige Korpus 30 aus PTFE hergestellt. Dieses hat eine Dielektrizitätskonstante von annähernd 2,1, die ähnlich der Dielektrizitätskonstante von Öl ist. Idealerweise wäre die Dielektrizitätskonstante des rohrförmigen Korpus 30 identisch mit der Dielektrizitätskonstante des durchfließenden Fluids, das heißt der Kombination aus Öl und den darin gefangenen Gasblasen. Je dichter die Übereinstimmung zwischen der Dielektrizitätskonstante des rohrförmigen Korpus 30 und dem Fluid, das hindurchfließt, ist, desto besser verringert dies die Störung des elektrostatischen Feldes innerhalb des Rohres 30, herrührend von dem Vorhandensein des Rohres. Die Erfindung schafft jedoch wesentliche Vorteile selbst dann, wenn die Dielektrizitätskonstante des Rohres 30 abweicht von der des hindurchfließenden Fluids. Wenn die Dielektrizitätskonstante des Rohres 30 zu hoch ist, überwiegt sie jedoch wirksam den Abstand zwischen der Elektrodenstruktur und der Peripherie des Durchflußkanals. Deshalb ist vorzugsweise die Dielektrizitätskonstante des Rohres 30 ziemlich klein, beispielsweise 5 oder weniger.
  • Es versteht sich natürlich, daß jenes Material mit einer entsprechenden Dielektrizitätskonstante für das Rohr 30 verwendet werden kann.
  • Experimente wurden ausgeführt mit einem Sensor des Typs, der unter Bezugnahme auf Figuren 6 und 7 beschrieben wurde, wobei die Sensorachse 27 vertikal war. Das den Sensor durchströmende Fluid war ein Gemisch von Erdöl und Luftblasen. Die Veränderung im Ausgang des Kapazitätssensors mit dem mittleren Strömungsleeranteil wurde gemessen über einen Bereich von Oberflächenflüssigkeitsgeschwindigkeiten. Es wurde festgestellt, daß die Veränderung des Ausgangs des Sensors mit dem mittleren Strömungsleeranteil linear war und relativ unempfindlich gegenüber der Öloberflächengeschwindigkeit. Dies zeigt, daß der Sensor relativ unbeeinflußt war von kleineren Veränderungen in der lokalen Leeranteilverteilung, die eintrat, wenn die Öloberflächengeschwindigkeit verändert wurde.
  • Eine weitere Serie von Experimenten wurde bei dem Kapazitätsleeranteilsensor bei Strömungen durchgeführt, die von der Vertikalrichtung abwichen. Solche Strömungen werden üblicherweise bei Untertageölbohrloch-Überwachungsanwendungsfällen angetroffen. Bei abgelenkten Strömungen treten größere Änderungen der lokalen Leeranteilverteilung auf infolge hoher Auftriebskräfte, die auf die Gasblasen einwirken. Es wurde festgestellt, daß bei einem gegebenen mittleren Leeranteil der Strömung der Ausgang von dem Kapazitätssensor durch den Winkel der Abweichung der Strömung beeinflußt wurde. Dieser Einfluß war jedoch vorhersagbar und konnte kompensiert werden.
  • In der Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung, die in Fig. 8 dargestellt ist, hat der Korpus 50, der einen Strömungsdurchlaß 52 begrenzt, einen runden Querschnitt und besteht aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante, die im wesentlichen gleich der erwarteten Dielektrizitätskonstante des durch den Strömungsdurchlaß 52 fließenden Fluids ist. Die Anordnung umfaßt zwei identische Elektroden 54 und 56, die einander gegenüber liegen und in den Korpus 50 eingebettet sind. Sie haben eine abgerundete Form. Die Mitte 58 oder 60 jeder Elektrode befindet sich näher dem Strömungsdurchlaß als die Kanten 62-64 oder 66-68, die in den Korpus 50 zurückverlagert sind. In dieser Ausführungsform ist der Strömungsdurchlaß von den Kanten der Elektroden weiter weg, wo die Empfindlichkeit des elektrostatischen Feldes stark ungleichförmig ist, wie sich aus Fig. 4 ergibt. Überwachungselektroden könnten, wie in Fig. 3, gemäß denselben Prinzipien hinzugefügt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung für die kapazitive Messung des Leeranteils in einer in einer Pipeline strömenden Flüssigkeit, umfassend einen im wesentlichen rohrförmigen Korpus (30), der einen Strömungsdurchlaß für die strömende Flüssigkeit begrenzt, und eine Baugruppe von mindestens zwei Elektroden (32-35), die im Abstand voneinander rings um das Äußere des Korpus (30) angeordnet sind oder in dem Korpus (30) so eingebettet sind, daß sie einen Abstand von der strömenden Flüssigkeit durch das Korpusmaterial aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des Korpusmaterials (30) im wesentlichen gleich der erwarteten Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit ist, und der innere Radius des Strömungsdurchlasses ausgewählt ist, daß er dem inneren Radius der Pipeline entspricht, und die radiale Dicke des Abschnitts des Korpus (30), die die Elektroden (32-35) von dem Strömungsdurchlaß trennt, so ausgewählt ist, daß das Verhältnis Zrw der Standardabweichung der elektrostatischen Feldempfindlichkeit dividiert durch den gewichteten mittleren Kapazitätsterm nicht mehr als 1 beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Elektroden (32-35) direkt auf der radialen Außenoberfläche des rohrförmigen Korpus (30) abgestützt sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Elektrodenbaugruppe (32-35) zwei Kondensatorelektroden (32, 35) umfaßt, die an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Korpus (30) angeordnet sind, und zwei geerdete Elektroden (33, 34), die an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Korpus (30) zwischen den Kondensatorelektroden positioniert sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (54, 56) so geformt sind, daß ihre Mitten (58, 60) näher dem Strömungsdurchlaß (52) positioniert sind als ihre Ränder (62-64, 66-68).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der jede Kondensatorelektrode (32, 35) einen Winkel von im wesentlichen 144º überdeckt und jede geerdete Elektrode (33, 34) einen Winkel von im wesentlichen 36º bezüglich der Achse des Korpus (30) überdeckt.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Korpus (30) aus Polytetrafluorethylen gebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die radiale Dicke des Abschnitts des Korpus (30), der die Elektroden (32-35) von dem Strömungsdurchlaß trennt, mindestens 30% des Radius der Elektrodenbaugruppe ausmacht.
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