專利名稱：一種非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣液兩相流相含率測量技術(shù)，尤其涉及一種非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置。
背景技術(shù)：
氣液兩相流廣泛存在于石油、化工、能源、動力等眾多工業(yè)過程中。相含率是表征氣液兩相流特性的重要參數(shù)之一，它的在線測量對于兩相流系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)控制、安全運(yùn)行、節(jié)能增效等均有重要的作用。目前雖有很多的相含率測量方法，但是由于氣液兩相流流動的復(fù)雜性，現(xiàn)有的檢測方法還未能滿足工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用需求，相含率的在線測量方法仍需進(jìn)一步的研究發(fā)展。在兩相流參數(shù)測量領(lǐng)域，基于電導(dǎo)和電容檢測的氣液兩相流相含率測量是兩相流研究領(lǐng)域的主要方面。目前已有多種電導(dǎo)檢測技術(shù)應(yīng)用于兩相流相含率的測量。然而，現(xiàn)有的電導(dǎo)檢測技術(shù)主要為接觸式電導(dǎo)測量方法，主要用于氣液兩相流體連續(xù)相導(dǎo)電的氣液兩相管流，傳感器電極安裝于被測管道內(nèi)壁，電極表面與管道內(nèi)被測流體直接接觸，易發(fā)生電極極化、電化學(xué)腐蝕等問題，從而對測量造成了一定的影響，其實(shí)際的應(yīng)用也受到了限制?；陔娙輽z測的氣液兩相流相含率傳感器電極安裝于被測管道外壁周圍，其電極可避免與被測流體接觸。但是，基于電容的檢測方法主要用于氣液兩相流體連續(xù)相為非導(dǎo)電液體的測量。電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量技術(shù)是一種新型的非接觸式電導(dǎo)測量技術(shù)。其電極不與流體直接接觸，有效地避免了傳統(tǒng)接觸式電導(dǎo)測量方法存在的電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前該技術(shù)的研究與應(yīng)用主要局限于分析化學(xué)等領(lǐng)域中毛細(xì)管或以下管徑溶液電導(dǎo)、離子濃度等的測量，在氣液兩相流相含率測量方面的應(yīng)用還處于起步階段，文獻(xiàn)報(bào)道還比較少。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可行的、有效的非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置。非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置包括交流激勵(lì)源、第一電感模塊、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)、絕緣管道、第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極、第六電極、第四電子開關(guān)、第五電子開關(guān)、第六電子開關(guān)、電子開關(guān)控制邏輯電路、第一信號處理模塊、第二信號處理模塊、第三信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、微型計(jì)算機(jī)、第二電感模塊、第三電感模塊；第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極、第六電極均勻分布在絕緣管道外壁周圍，第一電極與第二電子開關(guān)的一端相連，第二電極與第一電感模塊的一端相連，第三電極與第三電子開關(guān)的一端相連，第四電極與第二電感模塊的一端相連，第五電極與第一電子開關(guān)的一端相連，第六電極與第三電感模塊的一端相連，第一電子開關(guān)的另一端、第二電子開關(guān)的另一端、第三電子開關(guān)的另一端分別與交流激勵(lì)源相連，第一電感模塊的另一端與第四電子開關(guān)的一端相連，第二電感模塊的另一端與第五電子開關(guān)一端相連，第三電感模塊的另一端與第六電子開關(guān)一端相連，第四電子開關(guān)的另一端與第一信號處理模塊的輸入端相連，第五電子開關(guān)的另一端與第二信號處理模塊的輸入端相連，第六電子開關(guān)的另一端與第三信號處理模塊的輸入端相連，第一電子開關(guān)的控制端、第四電子開關(guān)的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路的第一輸出端相連，第二電子開關(guān)的控制端、第五電子開關(guān)的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路的第二輸出端相連，第三電子開關(guān)的控制端、第六電子開關(guān)的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路的第三輸出端相連，第一信號處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的第一輸入端相連，第二信號處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的第二輸入端相連，第三信號處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的第三輸入端相連，數(shù)據(jù)米集模塊的輸出端與微型計(jì)算機(jī)相連；第一電極、第三電極、第五電極為激勵(lì)電極，第二電極、第四電極、第六電極為檢測電極。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有有益效果:I)六電極非接觸式電導(dǎo)傳感器可以得到反映氣液兩相流相含率信息的三組獨(dú)立電導(dǎo)信號，三對電極間的電導(dǎo)變化量能更有效的反映氣液兩相流相含率變化信息，借助于電子開關(guān)技術(shù)，在任何檢測的瞬間只有一對電極上存在電場，可以避免相鄰電極間的電場相互干擾；2)電子開關(guān)控制邏輯電路由555定時(shí)器、移位寄存器與或非門組成，可精確產(chǎn)生三對電子開關(guān)依次閉合所需的順序脈沖控制時(shí)序，此電路不需要控制器或者附加譯碼電路，結(jié)構(gòu)簡單；3)測量方式為非接觸式，電極不與管道中流體接觸，因此電極不受流體沖擊、腐蝕、極化作用，而且壓力損失小，也不會影響被測兩相流體的流動特性、流場，適用于氣液兩相流相含率的測量；4)串聯(lián)諧振方法的應(yīng)用，消除了耦合電容對測量范圍和分辨率造成的不利影響；

圖1是非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的六電極非接觸式電導(dǎo)傳感器等效電路圖；圖3是本實(shí)用新型的六電極非接觸式電導(dǎo)傳感器在串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)等效電路圖和工作原理示意圖；圖中:交流激勵(lì)源1、第一電感模塊2、第一電子開關(guān)3、第二電子開關(guān)4、第三電子開關(guān)5、絕緣管道6、第一電極7、第二電極8、第三電極9、第四電極10、第五電極11、第六電極12、第四電子開關(guān)13、第五電子開關(guān)14、第六電子開關(guān)15、電子開關(guān)控制邏輯電路16、第一信號處理模塊17、第二信號處理模塊18、第三信號處理模塊19、數(shù)據(jù)采集模塊20、微型計(jì)算機(jī)21、第二電感模塊22、第三電感模塊23。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置包括交流激勵(lì)源1、第一電感模塊2、第一電子開關(guān)3、第二電子開關(guān)4、第三電子開關(guān)5、絕緣管道6、第一電極7、第二電極8、第三電極9、第四電極10、第五電極11、第六電極12、第四電子開關(guān)13、第五電子開關(guān)14、第六電子開關(guān)15、電子開關(guān)控制邏輯電路16、第一信號處理模塊17、第二信號處理模塊18、第三信號處理模塊19、數(shù)據(jù)采集模塊20、微型計(jì)算機(jī)21、第二電感模塊22、第三電感模塊23 ;第一電極7、第二電極8、第三電極9、第四電極10、第五電極11、第六電極12均勻分布在絕緣管道6外壁周圍,第一電極7與第二電子開關(guān)4的一端相連,第二電極8與第一電感模塊2的一端相連,第三電極9與第三電子開關(guān)5的一端相連,第四電極10與第二電感模塊22的一端相連,第五電極11與第一電子開關(guān)3的一端相連,第六電極12與第三電感模塊23的一端相連，第一電子開關(guān)3的另一端、第二電子開關(guān)4的另一端、第三電子開關(guān)5的另一端分別與交流激勵(lì)源I相連，第一電感模塊2的另一端與第四電子開關(guān)13的一端相連，第二電感模塊22的另一端與第五電子開關(guān)14 一端相連，第三電感模塊23的另一端與第六電子開關(guān)15 —端相連，第四電子開關(guān)13的另一端與第一信號處理模塊17的輸入端相連，第五電子開關(guān)14的另一端與第二信號處理模塊18的輸入端相連，第六電子開關(guān)15的另一端與第三信號處理模塊19的輸入端相連，第一電子開關(guān)3的控制端、第四電子開關(guān)13的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路16的第一輸出端相連，第二電子開關(guān)4的控制端、第五電子開關(guān)14的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路16的第二輸出端相連，第三電子開關(guān)5的控制端、第六電子開關(guān)15的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路16的第三輸出端相連，第一信號處理模塊17的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊20的第一輸入端相連，第二信號處理模塊18的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊20的第二輸入端相連，第三信號處理模塊19的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊20的第三輸入端相連,數(shù)據(jù)米集模塊20的輸出端與微型計(jì)算機(jī)21相連；第一電極7、第三電極9、第五電極11為激勵(lì)電極，第二電極8、第四電極10、第六電極12為檢測電極。非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量方法的步驟如下:I)六電極非接觸式電導(dǎo)傳感器由均勻分布在絕緣管道6外管壁圓周上的六個(gè)電極組成，六個(gè)電子開關(guān)分為三對電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)三種工作狀態(tài)，三對電子開關(guān)分別為:第一電子開關(guān)3與第四電子開關(guān)13、第二電子開關(guān)4與第五電子開關(guān)14、第三電子開關(guān)5與第六電子開關(guān)15，電子開關(guān)控制邏輯電路16由555定時(shí)器U1 (NE555)、移位寄存器U2 (CD4015)、或非門U3 (74HC02)組成，電子開關(guān)控制邏輯電路16產(chǎn)生的順序脈沖時(shí)序用于控制三對電子開關(guān)依次切換工作狀態(tài)，使得三對電子開關(guān)依次處于閉合狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)3與第四電子開關(guān)13處于閉合狀態(tài)時(shí)，第二電子開關(guān)4、第五電子開關(guān)14、第三電子開關(guān)5、第六電子開關(guān)15斷開，當(dāng)?shù)诙娮娱_關(guān)4、第五電子開關(guān)14處于閉合狀態(tài)時(shí)，第一電子開關(guān)3、第四電子開關(guān)13、第三電子開關(guān)5、第六電子開關(guān)15斷開，當(dāng)?shù)谌娮娱_關(guān)5、第六電子開關(guān)15處于閉合狀態(tài)時(shí)，第一電子開關(guān)3、第四電子開關(guān)13、第二電子開關(guān)4、第五電子開關(guān)14斷開；2)設(shè)置交流激勵(lì)源I的激勵(lì)頻率為f，輸出電壓為Uln,當(dāng)?shù)谝浑娮娱_關(guān)3與第四電子開關(guān)13處于閉合狀態(tài)時(shí)，第二電子開關(guān)4、第五電子開關(guān)14、第三電子開關(guān)5、第六電子開關(guān)15斷開，由交流激勵(lì)源1、第一電子開關(guān)3、第五電極11、絕緣管道6、第二電極8、第一電感模塊2、第四電子開關(guān)13形成第一條交流通路，第一條交流通路的等效電路阻抗為
權(quán)利要求1.一種非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置，其特征在于包括交流激勵(lì)源(I)、第一電感模塊(2)、第一電子開關(guān)(3)、第二電子開關(guān)(4)、第三電子開關(guān)(5)、絕緣管道(6)、第一電極(7)、第二電極(8)、第三電極(9)、第四電極(10)、第五電極(11)、第六電極(12)、第四電子開關(guān)(13)、第五電子開關(guān)(14)、第六電子開關(guān)(15)、電子開關(guān)控制邏輯電路(16)、第一信號處理模塊(17)、第二信號處理模塊(18)、第三信號處理模塊(19)、數(shù)據(jù)采集模塊(20)、微型計(jì)算機(jī)(21)、第二電感模塊(22)、第三電感模塊(23);第一電極(7)、第二電極(8)、第三電極(9)、第四電極(10)、第五電極(11)、第六電極(12)均勻分布在絕緣管道(6)外壁周圍,第一電極(7)與第二電子開關(guān)(4)的一端相連,第二電極(8)與第一電感模塊(2)的一端相連，第三電極(9)與第三電子開關(guān)(5)的一端相連，第四電極(10)與第二電感模塊(22)的一端相連,第五電極(11)與第一電子開關(guān)(3)的一端相連,第六電極(12)與第三電感模塊(23)的一端相連，第一電子開關(guān)(3)的另一端、第二電子開關(guān)(4)的另一端、第三電子開關(guān)(5)的另一端分別與交流激勵(lì)源(I)相連，第一電感模塊(2)的另一端與第四電子開關(guān)(13)的一端相連,第二電感模塊(22)的另一端與第五電子開關(guān)(14) 一端相連,第三電感模塊(23)的另一端與第六電子開關(guān)(15)—端相連，第四電子開關(guān)(13)的另一端與第一信號處理模塊(17)的輸入端相連,第五電子開關(guān)(14)的另一端與第二信號處理模塊(18)的輸入端相連，第六電子開關(guān)(15)的另一端與第三信號處理模塊(19)的輸入端相連,第一電子開關(guān)(3)的控制端、第四電子開關(guān)(13)的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路(16)的第一輸出端相連，第二電子開關(guān)(4)的控制端、第五電子開關(guān)(14)的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路(16)的第二輸出端相連，第三電子開關(guān)(5)的控制端、第六電子開關(guān)(15)的控制端與電子開關(guān)控制邏輯電路(16)的第三輸出端相連,第一信號處理模塊(17)的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊(20)的第一輸入端相連，第二信號處理模塊(18)的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊(20)的第二輸入端相連，第三信號處理模塊(19)的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊(20)的第三輸入端相連，數(shù)據(jù)采集模塊(20)的輸出端與微型計(jì)算機(jī)(21)相連；第一電極(7)、第三電極(9)、第五電極(11)為激勵(lì)電極，第二電極(8)、第四電極(10)、第六電極(12)為檢測電極。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非接觸式電導(dǎo)氣液兩相流相含率測量裝置。包括交流激勵(lì)源、絕緣管道、六個(gè)電極、電感模塊、電子開關(guān)、電子開關(guān)控制邏輯電路、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及微型計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型開發(fā)了一種六電極非接觸式電導(dǎo)傳感器，實(shí)現(xiàn)了將六電極非接觸式電導(dǎo)傳感器用于氣液兩相流體相含率的測量。本實(shí)用新型是一種適用于氣液兩相流體連續(xù)相為導(dǎo)電液體的新型非接觸式電導(dǎo)測量技術(shù)，傳感器電極不與流體直接接觸，從而對氣液兩相流體的流型無影響，而且有效地避免了傳統(tǒng)接觸式電導(dǎo)測量方法存在的電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題，并在一定程度上克服了流型變化對相含率測量的影響，為氣液兩相流體相含率測量提供一條有效的新途徑。
文檔編號G01N27/02GK203025140SQ20132000688
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者黃志堯, 林翀, 常亞, 王保良, 冀海峰, 李海青 申請人:浙江大學(xué)