專利名稱：氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于節(jié)流元件和陣列式電導(dǎo)傳感器的 氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法和裝置。
背景技術(shù)：
氣水兩相流在能源、動(dòng)力、化工等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛存在，其流型、空隙率、 干度(質(zhì)量含氣率)和流量等參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量長(zhǎng)久以來(lái)都是檢測(cè)計(jì)量領(lǐng)域 的難題。雖然目前有很多氣液兩相流各參數(shù)測(cè)量的方法，但是由于兩相流體系 的復(fù)雜性都還很難滿足實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量要求。由于兩相流的電導(dǎo)信號(hào) 能夠表征其相含率和相分布的信息，電導(dǎo)傳感器在多相流領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有較 長(zhǎng)的歷史，而陣列式電導(dǎo)傳感器能夠同時(shí)獲取兩相流系統(tǒng)在截面上的分布電導(dǎo) 值，且對(duì)流場(chǎng)沒(méi)有干擾、安全性好，因而得到更多的關(guān)注和研究，例如電阻層
析成像(Electrical Resistance Tomography)技術(shù)就是根據(jù)陣列式電導(dǎo)傳感器獲得 的兩相流的電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行相分布圖像的重建以實(shí)現(xiàn)流型辨識(shí)和空隙率測(cè)量的， 但由于圖像重建精度和實(shí)時(shí)性能間的相互制約，其應(yīng)用于實(shí)際測(cè)量時(shí)受到一定 限制。
傳統(tǒng)單相流量計(jì)如孔板、文丘里、噴嘴等長(zhǎng)久以來(lái)一直被廣泛地應(yīng)用于氣 液兩相流的測(cè)量，很多研究者針對(duì)節(jié)流元件提出了不少有價(jià)值的氣液兩相流測(cè) 量關(guān)系式，這些關(guān)系式大多是干度和流量的關(guān)聯(lián)式，必須預(yù)先獲知其中一個(gè)參 數(shù)才能測(cè)量得到另一個(gè)，而兩者都是兩相流系統(tǒng)中的測(cè)量難點(diǎn)，缺乏有效的解 決方法，因此節(jié)流元件很多場(chǎng)合下無(wú)法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)氣液兩相流參數(shù)的在線測(cè)量。
本發(fā)明利用傳統(tǒng)節(jié)流元件與陣列式電導(dǎo)傳感器的組合實(shí)現(xiàn)氣水兩相流流 型、空隙率、干度、流量等多個(gè)參數(shù)的在線測(cè)量，測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓 損小、可靠性高、成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于節(jié)流元件和陣列式電導(dǎo)傳感器的氣水兩相流 多參數(shù)測(cè)量方法和裝置。
氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法包括如下步驟-
1)利用陣列式電導(dǎo)傳感器獲取氣水兩相流的電導(dǎo)信號(hào)，差壓變送器獲取節(jié) 流元件處的差壓，壓力變送器獲取氣水兩相流的壓力，溫度變送器獲取氣水兩 相流的溫度；
42) 利用基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)分類技術(shù)建立的流型分類器， 根據(jù)電導(dǎo)信號(hào)判別氣水兩相流的實(shí)時(shí)流型；
3) 根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下基于最小二乘支持向量機(jī)回歸方法建 立的相應(yīng)空隙率測(cè)量模型，由電導(dǎo)信號(hào)計(jì)算氣水兩相流的空隙率；
4) 根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的Butterworth關(guān)系式， 由平均空隙率計(jì)算氣水兩相流的千度；
5) 根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的Collins關(guān)系式，由干 度和節(jié)流元件處的差壓計(jì)算氣水兩相流的總質(zhì)量流量和分相流量。
所述的空隙率測(cè)量模型是采用最小二乘支持向量機(jī)回歸技術(shù)針對(duì)不同的流 型分別建立的，對(duì)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)得到的電導(dǎo)信號(hào)和空隙率值進(jìn)行LS-SVM回歸而得。 所述的Butterworth關(guān)系式是基于原有Butterworth關(guān)系式針對(duì)不同的流型分別進(jìn) 行參數(shù)優(yōu)化得到的，對(duì)測(cè)量得到的空隙率值和實(shí)際的干度值進(jìn)行非線性函數(shù)的 擬合優(yōu)化而得。所述的Collins關(guān)系式是基于原有Collins關(guān)系式針對(duì)不同的流型 分別進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化得到的，對(duì)測(cè)量得到的千度值、差壓值和實(shí)際的兩相流流量 值進(jìn)行非線性函數(shù)的擬合優(yōu)化而得。
氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量裝置具有計(jì)量管道，在計(jì)量管道上依次安裝壓力變 送器、溫度變送器、陣列式電導(dǎo)傳感器、節(jié)流元件，陣列式電導(dǎo)傳感器經(jīng)電導(dǎo) 測(cè)量及采集電路與計(jì)算機(jī)相連接，節(jié)流元件與差壓變送器相連接，差壓變送器、 壓力變送器、溫度變送器經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路與計(jì)算機(jī)相連接。
電導(dǎo)測(cè)量及釆集電路具有相連接的激勵(lì)和測(cè)量模塊、雙向電流源模塊、信 號(hào)采集和控制模塊和USB通訊模塊。激勵(lì)和測(cè)量模塊具有8個(gè)激勵(lì)和測(cè)量電路， 并通過(guò)高頻屏蔽線與陣列式電導(dǎo)傳感器的電極相連。信號(hào)采集和控制模塊包括 相連接的第一儀表放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器、復(fù)雜可編程邏輯器 件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，復(fù)雜可編程邏輯器件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制端相 連接，第一儀表放大器的輸入端分別與激勵(lì)和測(cè)量模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，數(shù) 字信號(hào)處理器與USB通訊模塊相連以傳輸控制信號(hào)和電導(dǎo)信號(hào)。
激勵(lì)和測(cè)量模塊中的各個(gè)激勵(lì)和測(cè)量電路通過(guò)多路開關(guān)將雙向電流源模塊 輸出的雙極性脈沖引入陣列式電導(dǎo)傳感器的相鄰電極間進(jìn)行電流激勵(lì)。各相鄰 的電極分別與相應(yīng)的第二儀表放大器的兩個(gè)輸入端相連，第二儀表放大器的輸 出端與正向采樣保持器、反向采樣保持器的輸入端相連，正向采樣保持器、反 向采樣保持器的輸出端與差動(dòng)放大器相連，差動(dòng)放大器的輸出端經(jīng)模擬開關(guān)接 入信號(hào)采集和控制模塊。本發(fā)明利用傳統(tǒng)的單相流量計(jì)與陣列式電導(dǎo)傳感器的組合解決了工程上一 直難以很好解決的氣水兩相流在線實(shí)時(shí)測(cè)量問(wèn)題。根據(jù)陣列式電導(dǎo)傳感器測(cè)得 的兩相流電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行兩相流流型的辨識(shí)、空隙率的測(cè)量和干度的計(jì)算，并結(jié) 合節(jié)流元件處的差壓信號(hào)獲得兩相流的總質(zhì)量流量和分相流量。在測(cè)量中根據(jù) 流型判別結(jié)果，選擇該流型下相應(yīng)的測(cè)量模型或關(guān)系式對(duì)空隙率、干度和流量 進(jìn)行計(jì)算。測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓損小、可靠性高、成本低、適用范圍廣 等優(yōu)點(diǎn)，可用于能源、動(dòng)力、化工等諸多領(lǐng)域中氣水兩相流的測(cè)量。


圖1是氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是電導(dǎo)測(cè)量及采集電路的結(jié)構(gòu)框圖3是電導(dǎo)測(cè)量及采集電路中激勵(lì)和測(cè)量模塊的單個(gè)激勵(lì)和測(cè)量電路的框
圖4是由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的參數(shù)測(cè)量模塊框圖； 圖5是流型辨識(shí)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)流型辨識(shí)的工作步驟示意圖； 圖6是氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法的工作步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，基于節(jié)流元件和陣列式電導(dǎo)傳感器的氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量 裝置具有計(jì)量管道，在計(jì)量管道上依次安裝壓力變送器、溫度變送器、陣列式 電導(dǎo)傳感器、節(jié)流元件，陣列式電導(dǎo)傳感器經(jīng)電導(dǎo)測(cè)量及采集電路與計(jì)算機(jī)相 連接，節(jié)流元件與差壓變送器相連接，差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器 經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路與計(jì)算機(jī)相連接。
上述的節(jié)流元件可以是孔板、噴嘴或文丘里管等。陣列式電導(dǎo)傳感器的傳 感管段采用有機(jī)玻璃材料，兩端通過(guò)連接法蘭與被測(cè)管道相連，傳感管段內(nèi)壁 四周等間距地安裝有16個(gè)電極，電極可以為點(diǎn)狀、矩形或其他形狀，電極通過(guò) 高頻屏蔽線與電導(dǎo)測(cè)量及采集電路相連。電導(dǎo)測(cè)量及采集電路采用"相鄰電極 注入激勵(lì)電流、非激勵(lì)的相鄰電極檢測(cè)電壓"的方式獲取管道內(nèi)兩相流的電導(dǎo) 值(共104個(gè))，并將其送入計(jì)算機(jī)。
電導(dǎo)測(cè)量及釆集電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它具有激勵(lì)和測(cè)量模塊、雙向電 流源模塊、信號(hào)采集和控制模塊和USB通訊模塊。激勵(lì)和測(cè)量模塊具有8個(gè)激 勵(lì)和測(cè)量電路，并通過(guò)高頻屏蔽線與陣列式電導(dǎo)傳感器的電極相連。信號(hào)采集 和控制模塊包括相連接的第一儀表放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器、復(fù) 雜可編程邏輯器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，復(fù)雜可編程邏輯器件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制端相連接，第一儀表放大器的輸入端分別與激勵(lì)和測(cè)量模塊、數(shù)模
轉(zhuǎn)換器相連，數(shù)字信號(hào)處理器與USB通訊模塊相連以傳輸控制信號(hào)和電導(dǎo)信號(hào)。
圖3示出了激勵(lì)和測(cè)量模塊中的單個(gè)激勵(lì)和測(cè)量電路框圖，它通過(guò)多路開 關(guān)將雙向電流源模塊輸出的雙極性脈沖引入陣列式電導(dǎo)傳感器的相鄰電極間進(jìn) 行電流激勵(lì)。各相鄰的電極分別與相應(yīng)的第二儀表放大器的兩個(gè)輸入端相連， 第二儀表放大器的輸出端與正向采樣保持器、反向采樣保持器的輸入端相連， 正向采樣保持器、反向采樣保持器的輸出端與差動(dòng)放大器相連，差動(dòng)放大器的 輸出端經(jīng)模擬開關(guān)接入信號(hào)采集和控制模塊。
測(cè)量時(shí)，氣水兩相流進(jìn)入計(jì)量管道，流經(jīng)壓力變送器、溫度變送器、陣列 式電導(dǎo)傳感器、節(jié)流元件。電導(dǎo)測(cè)量及采集電路與陣列式電導(dǎo)傳感器相連，測(cè) 量得到管道內(nèi)兩相流的多個(gè)電導(dǎo)值，并將其送入計(jì)算機(jī)。差壓變送器與節(jié)流元 件配套安裝，測(cè)量氣水兩相流流經(jīng)節(jié)流元件產(chǎn)生的差壓，差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn) 電信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路送入計(jì)算機(jī)。壓力變送器和溫度變送器獲取管路中氣水 兩相流的壓力和溫度，并轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算 機(jī)中保存有兩相在不同溫度壓力下的物性參數(shù)，并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了各參數(shù)測(cè)量 模塊，如圖4所示，包括流型辨識(shí)模塊、空隙率測(cè)量模塊、干度測(cè)量模塊和文 丘里管流量測(cè)量模塊，通過(guò)對(duì)所有采集信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，獲取氣水兩相流的流 型、空隙率、干度、總質(zhì)量流量和分相流量等參數(shù)。
由于不同流型下兩相流的電導(dǎo)值存在差異，流型辨識(shí)模塊基于此差異進(jìn)行 流型的辨識(shí)，采用最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)分類方法建立流型分類器。
由于陣列式電導(dǎo)傳感器檢測(cè)到的僅是管道截面的介質(zhì)分布狀況，而呈現(xiàn)在 水平管道截面上的氣水兩相流流型可以歸結(jié)為泡狀流、層狀流和環(huán)狀流，因此 僅針對(duì)這三種典型截面流型建立流型分類器，而段塞流可以看作是這三種流型 的組合通過(guò)二次辨識(shí)來(lái)判別。
分類器的建立可以采用支持向量機(jī)多類分類問(wèn)題中的One-versus-One算法， 在每?jī)深惲餍烷g建立一個(gè)兩類分類器，因此共需三個(gè)子分類器，每個(gè)子分類器 的表達(dá)式如下-<formula>formula see original document page 7</formula>] (1)
其中，r——104個(gè)電導(dǎo)值組成的向量；
y——類別標(biāo)號(hào)；
iV訓(xùn)練集中樣本的個(gè)數(shù)；~~PLS變換矩陣；
——訓(xùn)練集中的電導(dǎo)值向量和相應(yīng)的類別標(biāo)號(hào)，/=/,2,……,M A， 6——分類器參數(shù)，/=7，2,……，W;
——LS-SVM分類器的核函數(shù)，<formula>formula see original document page 8</formula>cr為其參數(shù)。
分類器中的各參數(shù)",，6 ， C7由訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和LS-SVM算法經(jīng)優(yōu)化計(jì)算獲得。 計(jì)算機(jī)流型辨識(shí)模塊的工作步驟如圖5所示
1) 由電導(dǎo)測(cè)量及采集電路獲取管道內(nèi)兩相流的電導(dǎo)值；
2) 將電導(dǎo)值進(jìn)行PLS變換后送入三個(gè)兩類分類器中判別當(dāng)前流型；
3) 采用"投票法"，三個(gè)待選流型中得票最多的流型即為當(dāng)前截面流型；
4) 進(jìn)行二次辨識(shí)，當(dāng)均相流和層狀流或均相流和環(huán)狀流間歇出現(xiàn)時(shí)，則判 別為段塞流。
流型對(duì)氣水兩相流的流動(dòng)特性和測(cè)量結(jié)果都有重要的影響，有必要針對(duì)不 同的流型分別進(jìn)行不同的計(jì)算和測(cè)量，因此空隙率、干度和流量的測(cè)量都是以 流型辨識(shí)的結(jié)果為基礎(chǔ)的。
空隙率測(cè)量模塊根據(jù)電導(dǎo)信號(hào)計(jì)算氣水兩相流的空隙率，其使用的空隙率 測(cè)量模型是對(duì)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)得到的電導(dǎo)信號(hào)和空隙率值進(jìn)行LS-SVM回歸而建立的， 分別針對(duì)三個(gè)截面流型建立不同的測(cè)量模型，每個(gè)測(cè)量模型的表達(dá)式如下<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，"——空隙率；
r~~pls變換矩陣。
分類器中的各參數(shù)",.，6， cr也是由訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和LS-SVM算法經(jīng)優(yōu)化計(jì)算 獲得。對(duì)于不同的流型，關(guān)系式中各參數(shù)的數(shù)值是不同的。根據(jù)流型辨識(shí)的結(jié) 果可以選用不同的測(cè)量模型進(jìn)行空隙率的計(jì)算。
干度測(cè)量模塊將得到的截面空隙率經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的平均后得到兩相流的平 均空隙率，并代入如下的Butterworth關(guān)系式計(jì)算兩相流的干度<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，x——?dú)馑畠上嗔鞯母啥龋籄、 &——液體和氣體密度； A、 〃g——液體和氣體粘度； &、 &、 &2、 &——關(guān)系式參數(shù)。
關(guān)系式中的各參數(shù) 、A、 &、 ^是通過(guò)對(duì)不同流型下測(cè)量得到的空隙率 值和實(shí)際的干度值進(jìn)行非線性函數(shù)的擬合優(yōu)化而得到的，對(duì)于不同的流型，關(guān) 系式中各參數(shù)的數(shù)值是不同的。根據(jù)流型辨識(shí)的結(jié)果可以選用不同的關(guān)系式參 數(shù)進(jìn)行干度的計(jì)算。
獲得兩相流的干度后，結(jié)合節(jié)流元件處的差壓，文丘里管流量測(cè)量模塊利 用如下的Collins關(guān)系式計(jì)算氣水兩相流的總質(zhì)量流量
其中，『—兩相流總質(zhì)量流量；
K——節(jié)流元件的流量系數(shù)；
——?dú)馑畠上嗔髁鹘?jīng)節(jié)流元件產(chǎn)生的差壓 "，辦，C——關(guān)系式參數(shù)。 關(guān)系式中的參數(shù)a、 6、 c是通過(guò)對(duì)不同流型下測(cè)量得到的干度值、差壓
值和實(shí)際的兩相流流量值進(jìn)行非線性函數(shù)的擬合優(yōu)化而得到的，對(duì)于不同的流 型，關(guān)系式中各參數(shù)的數(shù)值是不同的。根據(jù)流型辨識(shí)的結(jié)果可以選用不同的關(guān) 系式參數(shù)計(jì)算兩相流的流量。
總質(zhì)量流量得到后可以很容易的獲知?dú)馑畠上嗔髦懈鱾€(gè)相的分相流量-
『g=, (5) W=『(l_;c) (6)
其中，『s——?dú)庀噘|(zhì)量流量； 『f——水相質(zhì)量流量。 綜上，氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法的步驟如圖6所示-
1) 利用陣列式電導(dǎo)傳感器獲取氣水兩相流的電導(dǎo)信號(hào)，利用差壓變送器獲 取節(jié)流元件處的差壓，利用壓力變送器獲取氣水兩相流的壓力，利用溫度變送 器獲取氣水兩相流的溫度；
2) 利用基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)分類技術(shù)建立的流型分類器， 根據(jù)電導(dǎo)信號(hào)判別氣水兩相流的實(shí)時(shí)流型；3) 根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM) 回歸方法建立的相應(yīng)空隙率測(cè)量模型，由電導(dǎo)信號(hào)計(jì)算氣水兩相流的空隙率；
4) 根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的Butterworth關(guān)系式， 由平均空隙率計(jì)算氣水兩相流的干度；
5) 根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的Collins關(guān)系式，由干 度和節(jié)流元件處的差壓計(jì)算氣水兩相流的總質(zhì)量流量和分相流量。
已針對(duì)空氣-水兩相流在內(nèi)徑為40mm的水平管上進(jìn)行了試驗(yàn)，節(jié)流元件采 用文丘里管，陣列式電導(dǎo)傳感器采用16個(gè)針狀電極。陣列式電導(dǎo)傳感器和文丘 里管附近的壓力在0 0.2Mpag附近，氣源壓力為約0.3Mpag，空氣流量范圍為 0.1~20m3/h，水流量范圍為0.2 16mVh，氣水兩相流干度小于0.1。初步試驗(yàn)結(jié) 果表明，泡狀流、層狀流、段塞流的辨識(shí)正確率均在90%以上，環(huán)狀流辨識(shí)正 確率在85%以上，空隙率測(cè)量誤差小于5%(靜態(tài)試驗(yàn))，干度測(cè)量誤差小于15%， 總質(zhì)量流量測(cè)量誤差小于10%。
權(quán)利要求
1.一種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟1)利用陣列式電導(dǎo)傳感器獲取氣水兩相流的電導(dǎo)信號(hào)，差壓變送器獲取節(jié)流元件處的差壓，壓力變送器獲取氣水兩相流的壓力，溫度變送器獲取氣水兩相流的溫度；2)利用基于最小二乘支持向量機(jī)分類技術(shù)建立的流型分類器，根據(jù)電導(dǎo)信號(hào)判別氣水兩相流的實(shí)時(shí)流型；3)根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下基于最小二乘支持向量機(jī)回歸方法建立的相應(yīng)空隙率測(cè)量模型，由電導(dǎo)信號(hào)計(jì)算氣水兩相流的空隙率；4)根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的Butterworth關(guān)系式，由平均空隙率計(jì)算氣水兩相流的干度；5)根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的Collins關(guān)系式，由于度和節(jié)流元件處的差壓計(jì)算氣水兩相流的總質(zhì)量流量和分相流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所 述的空隙率測(cè)量模型是采用最小二乘支持向量機(jī)回歸技術(shù)針對(duì)不同的流型分別 建立的，對(duì)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)得到的電導(dǎo)信號(hào)和空隙率值進(jìn)行最小二乘支持向量機(jī)的回 歸而得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所 述的Butterworth關(guān)系式是基于原有Butterworth關(guān)系式針對(duì)不同的流型分別進(jìn)行 參數(shù)優(yōu)化得到的，對(duì)測(cè)量得到的空隙率值和實(shí)際的千度值進(jìn)行非線性函數(shù)的擬 合優(yōu)化而得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所 述的Collins關(guān)系式是基于原有Collins關(guān)系式針對(duì)不同的流型分別進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化 得到的，對(duì)測(cè)量得到的干度值、差壓值和實(shí)際的兩相流流量值進(jìn)行非線性函數(shù) 的擬合優(yōu)化而得。
5. —種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于它具有計(jì)量管道，在計(jì) 量管道上依次安裝壓力變送器、溫度變送器、陣列式電導(dǎo)傳感器、節(jié)流元件， 陣列式電導(dǎo)傳感器經(jīng)電導(dǎo)測(cè)量及采集電路與計(jì)算機(jī)相連接，節(jié)流元件與差壓變 送器相連接，差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路與計(jì)算機(jī) 相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于所 述的電導(dǎo)測(cè)量及采集電路具有相連接的激勵(lì)和測(cè)量模塊、雙向電流源模塊、信號(hào)采集和控制模塊和USB通訊模塊，激勵(lì)和測(cè)量模塊具有8個(gè)激勵(lì)和測(cè)量電路， 并通過(guò)高頻屏蔽線與陣列式電導(dǎo)傳感器的電極相連，信號(hào)采集和控制模塊包括 相連接的第一儀表放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器、復(fù)雜可編程邏輯器 件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，復(fù)雜可編程邏輯器件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制端相 連接，第一儀表放大器的輸入端分別與激勵(lì)和測(cè)量模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，數(shù) 字信號(hào)處理器與USB通訊模塊相連以傳輸控制信號(hào)和電導(dǎo)信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電導(dǎo)測(cè)量及采集電路，其特征在于所述的激勵(lì)和 測(cè)量模塊中的各個(gè)激勵(lì)和測(cè)量電路它通過(guò)多路開關(guān)將雙向電流源模塊輸出的 雙極性脈沖引入陣列式電導(dǎo)傳感器的相鄰電極間進(jìn)行電流激勵(lì)，各相鄰的電極 分別與相應(yīng)的第二儀表放大器的兩個(gè)輸入端相連，第二儀表放大器的輸出端與 正向采樣保持器、反向采樣保持器的輸入端相連，正向采樣保持器、反向采樣 保持器的輸出端與差動(dòng)放大器相連，差動(dòng)放大器的輸出端經(jīng)模擬開關(guān)接入信號(hào) 采集和控制模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣水兩相流多參數(shù)測(cè)量方法和裝置。包括計(jì)量管道、節(jié)流元件、差壓變送器、陣列式電導(dǎo)傳感器、壓力變送器、溫度變送器、電導(dǎo)測(cè)量及采集電路、數(shù)據(jù)采集電路和計(jì)算機(jī)，陣列式電導(dǎo)傳感器經(jīng)電導(dǎo)測(cè)量及采集電路接計(jì)算機(jī)，各變送器經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路接計(jì)算機(jī)。根據(jù)節(jié)流元件處獲取的差壓、陣列式電導(dǎo)傳感器獲取的電導(dǎo)信號(hào)、壓力變送器獲取的壓力和溫度變送器獲取的溫度得到氣水兩相流的流型、空隙率、干度和流量等多個(gè)參數(shù)。在測(cè)量中根據(jù)流型判別結(jié)果，選擇該流型下相應(yīng)的測(cè)量模型或關(guān)系式對(duì)空隙率、干度和流量進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓損小、可靠性高、成本低、適用范圍廣，可用于能源、動(dòng)力、化工等領(lǐng)域中氣水兩相流的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N11/00GK101556234SQ20091009823
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者冀海峰, 孟振振, 霞 李, 李海青, 王保良, 黃志堯 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)