專利名稱：基于電容傳感器與標準文丘里管的低含氣率氣液兩相流測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于電容傳感器與標準文丘里管的低含氣率氣液兩相流測量裝置。

背景技術(shù)：
氣液兩相流廣泛存在于石油、化工等領(lǐng)域，氣液兩相流動系統(tǒng)的復(fù)雜性給氣液兩相流流量、密度和分相含率等參數(shù)的測量帶來很多困難。對氣液兩相流流量、密度和分相含率的檢測已引起工程技術(shù)人員的關(guān)注并成為當(dāng)今氣液兩相流領(lǐng)域研究的熱點和難點之一。目前對氣液兩相流參數(shù)檢測主要采取以下四種方法(1)應(yīng)用傳統(tǒng)的單相流儀表結(jié)合兩相流參數(shù)測量模型的方法。這種方法可以直接應(yīng)用成熟的單相流儀表測量兩相流參數(shù)，是人們一直努力研究的方向之一，但需要兩個測量元件，且兩相流流動形態(tài)的復(fù)雜變化對測量精度影響很大；(2)應(yīng)用近現(xiàn)代新技術(shù)。這種方法具有非接觸性、精度高等特點，但是裝置比較復(fù)雜，價格昂貴，使用條件要求高，對測量現(xiàn)場要求苛刻，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用難度很大；(3)在成熟的硬件基礎(chǔ)上以計算機技術(shù)為支撐平臺，應(yīng)用軟測量方法測量兩相流參數(shù)。這種方法目前還不成熟，需要有成熟的硬件支持，設(shè)備價格也比較貴，且精度不高，適用范圍較??；(4)應(yīng)用先進信號處理和智能方法測量兩相流參數(shù)。利用信號處理技術(shù)和智能方法，可以從兩/多相流的波動信號中獲取許多重要但又難以直接獲取的參數(shù)和信息，具有成本低、硬件簡單等優(yōu)點。
另一種常用的計量方法是將氣液兩相流近似成均相流，利用單相流量計如節(jié)流式流量計等來獲取流量，但是得到的流量是氣液兩相總體積流量，無法獲取各分相含率和分相流量數(shù)據(jù)。密度計結(jié)合單相流量計雖能解決分相測量問題，但是實際使用時測量精度不夠理想，成本也很高。常用的振動管密度計對介質(zhì)的溫度、壓力等現(xiàn)場狀況十分敏感。而射線密度計又存在安全問題，對操作條件要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種基于電容傳感器與標準文丘里管的低含氣率氣液兩相流測量裝置。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是對低含氣率氣液兩相流流量、密度和分相含率測量的方法的基本原理如下在計量管道上，首先安裝一個電容傳感器，電容傳感器用來獲取氣液兩相流的空隙率，在電容傳感器后面安裝一個混流器，這個混流器將氣液兩相流攪拌成均相流，此時的均相流可以看作單相流，在混流器后面安裝一個標準文丘里管，標準文丘里管用來測量氣液兩相流總體積流量。
基于電容傳感器與標準文丘里管的低含氣率氣液兩相流測量裝置具有計量管道，在計量管道上依次設(shè)有電容傳感器、混流器、標準文丘里管和溫度傳感器，標準文丘里管配套安裝有差壓傳感器，電容傳感器、差壓傳感器和溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換卡相連，A/D轉(zhuǎn)換卡與計算機相連。
本實用新型的有益效果是在不進行氣液兩相分離的情況下，利用電容傳感器與標準文丘里管同時測量流體總流量、密度和氣液兩相的分相含率及流量，提高了氣液兩相流參數(shù)測量的精度和實時性。也可用于石油工業(yè)中的油氣兩相流系統(tǒng)的測量，相對于現(xiàn)有的多種測量方法，本實用新型的特點是用傳統(tǒng)的單相流量測量儀表巧妙組合解決工程測量問題。應(yīng)用電容傳感器與標準文丘里管組合同時測量油氣兩相流總體積流量、混合密度、分相含率、分相體積流量和分相質(zhì)量流量。測量可靠、穩(wěn)定、精度高，適用范圍廣、安裝方便、體積小。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖 1是計量管道，2是電容傳感器，3是混流器，4是標準文丘里管，5是差壓傳感器，6是溫度傳感器，7是A/D轉(zhuǎn)換卡，8是計算機 具體實施方式
待測氣液兩相流進入計量管道1后，先通過電容傳感器2，電容傳感器2獲取管路截面上的電容分布并將電容分布值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡7送入計算機8，然后氣液兩相流經(jīng)過混流器3，混流器3使氣液兩相流混合均勻成為均相流。差壓傳感器5與標準文丘里管4配套安裝。差壓信號轉(zhuǎn)換成標準電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡7送入計算機8。溫度傳感器6用來檢測氣液兩相流溫度T并將溫度信號轉(zhuǎn)換成標準電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡7送入計算機8。在計算機8中設(shè)有存儲模塊，存儲有氣液兩相在不同溫度下的密度以及標準文丘里管的流量系數(shù)、開孔面積等數(shù)據(jù)。計算機8對電容數(shù)據(jù)和差壓數(shù)據(jù)進行實時處理，獲取氣液兩相流混合密度、分相含率和分相流量。
實現(xiàn)氣液兩相測量的測量方法按如下具體步驟進行 (1)將整個成像區(qū)域(即管截面)用三角有限元劃分為54個象素， 計算每個象素點的灰度值，計算公式如下 式中 fj為第j個像素灰度值，N為電容傳感器提供的測量一個管截面上電容分布時的電容個數(shù)(例如，對于具有n個電極的電容傳感器，ci為第i個測量電容的歸一化值，sij為第j個像素相對于第i個測量電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過有限元分析并輔助實際測量校正獲得。
(2)計算一個管截面上的空隙率值，計算公式如下 式中 β為氣液兩相流的空隙率(即氣相的分相含率)，Aj為第j個象素的面積，A為測量管道的截面面積。
(3)應(yīng)用標準文丘里管測量氣液兩相流總體積流量，測量原理滿足貝 努力方程和連續(xù)性方程，因此根據(jù)節(jié)流原理得到 式中 qv為氣液兩相流的總體積流量，標準文丘里管提供的管道壓差Δp由差壓傳感器獲取，A0為標準文丘里管的開孔面積，α為標準文丘里管的流量系數(shù)，當(dāng)流體雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時，α為一常數(shù)，具體數(shù)值由實驗標定，ε為可膨脹性系數(shù)，其值小于或等于1，對于不可壓縮性流體，則ε＝1。對于低含氣率的氣液兩相流，由于氣相含率很小，此時的氣液兩相流可視為不可壓縮流體，因此ε＝1，ρ為流經(jīng)標準文丘里管的氣液兩相流混合密度，對于均相流，ρ的計算公式如下 ρ＝βρ1+(1-β)ρ2(4) (4) 計算氣液兩相流的分相含率和分相流量，計算公式如下 氣相的含率為x1＝β 液相的含率為x2＝1-β 氣相的體積流量為qv1msm＝x1qv 液相的體積流量為qv2msm＝x2qv 氣相的質(zhì)量流量為qm1＝ρ1qv1msm 液相的質(zhì)量流量為qm2＝ρ2qv2msm式中 ρ1、ρ2分別為溫度為T時氣相和液相的密度，溫度T由溫度傳感器獲取，x1、x2分別為氣相和液相的含率，qv1msm、qv2msm分別為氣相和液相的體積流量，qm1、qm2分別為氣相和液相的質(zhì)量流量。
權(quán)利要求1.一種基于電容傳感器與標準文丘里管的低含氣率氣液兩相流測量裝置，其特征在于它具有計量管道(1)，在計量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器(2)、混流器(3)、標準文丘里管(4)、溫度傳感器(6)，標準文丘里管(4)配套安裝有差壓傳感器(5)，差壓傳感器(5)、溫度傳感器(6)、電容傳感器(2)與A/D轉(zhuǎn)換卡(7)相連，A/D轉(zhuǎn)換卡(7)與計算機(8)相連。
專利摘要本實用新型涉及公開了一種基于電容傳感器與標準文丘里管的低含氣率氣液兩相流測量裝置。該裝置由計量管道、計量管道前端的電容傳感器、計量管道中部的混流器、計量管道后端的標準文丘里管和溫度傳感器、與標準文丘里管連接的差壓傳感器、A/D轉(zhuǎn)換卡和計算機組成。電容傳感器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡接計算機。本實用新型體積小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，壓損相對低，同時具有可獲測量參數(shù)多、流量檢測精度高、實時性好等特點。適用于油氣等低含氣率氣液兩相流的測量。
文檔編號G01F1/34GK201032456SQ20072001946
公開日2008年3月5日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者王微微, 耿艷峰 申請人:王微微