專利名稱：基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置及其探測方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種水氣相含率探測裝置及探測方法，特別涉及一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置及其探測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，在越來越多的領域中出現(xiàn)了氣液兩相流，如油氣田的輸送、碳酸飲料生產(chǎn)、熱電核電的氣化単元、低沸點液體的運輸?shù)?。而兩相流首先要解決的就是氣液兩相的流量檢測問題，但由于兩相流流體的復雜性、隨機性，其流量檢測仍在進ー步研究之中。
在現(xiàn)有的測試方法中，有分離法和直接法兩種分離法需要將氣液兩相進行分離，然后再分別用單相流量儀表進行計量，因此需要分別設置氣相和液相流量儀表，既增加了成本，又降低了效率；直接法大多采用文丘里管法或探針法。其中，直接法費時費力，耗能巨大，更不可能實現(xiàn)直接的實時檢測；并且，直接法會改變管道結(jié)構(gòu)，甚至侵入管道內(nèi)部，改變流型；此外文丘里管和探針的安裝都較為復雜，不便實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置及其探測方法，能夠做到探測儀器和管道內(nèi)部真正無接觸，不侵入管道內(nèi)部，不僅不會損壞管道，而且不會改變水氣相的流型；能夠方便、快速、準確地測定管道內(nèi)氣液兩相流的相含率。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，包含
電感傳感器，所述的電感傳感器包含激勵線圈和檢測線圈，所述的激勵線圈和檢測線圈螺旋纏繞在外部的管道外壁上；
激勵電路，所述的激勵電路通過電路與激勵線圈相連，該激勵電路對激勵線圈進行激
勵；
檢測電路，所述的檢測電路通過電路與檢測線圈相連，該檢測電路對檢測線圈進行檢
測；
電感測量儀，所述的電感測量儀與檢測電路相連，測量檢測線圈與激勵線圈之間的互感值；
數(shù)據(jù)處理裝置，所述的數(shù)據(jù)處理裝置通過數(shù)據(jù)線與電感測量儀相連。所述的激勵線圈和檢測線圈互不交叉。所述的激勵線圈和檢測線圈的繞制方式和繞制密度均相同。所述的激勵線圈的繞線匝數(shù)的范圍為3 200匝。所述的激勵線圈的繞線的直徑范圍為O. lmnTlOmm。所述的檢測線圈的繞線的直徑范圍以及繞線匝數(shù)的范圍與激勵線圈的繞線的直徑范圍以及繞線匝數(shù)的范圍相同。
所述的數(shù)據(jù)處理裝置為上位計算機。一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率的探測方法，包含如下步驟
步驟I:當外部的管道內(nèi)水相為零時，通過激勵電路向電感傳感器的激勵線圈施加激勵信號，再通過檢測電路和電感測量儀測量電感傳感器的檢測線圈上的氣相互感值；當管道全為水即氣相為零時，用與測量氣相互感值相同的方法測得檢測線圈上的水相互感值；步驟2 :將步驟I中所測得的氣相互感值和水相互感值通過數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)處理裝置，該數(shù)據(jù)處理裝置存儲氣相互感值和水相互感值作為互感標定值；
步驟3 :當外部的管道內(nèi)通過被測流體時，通過激勵電路施加激勵信號，通過檢測電路和電感測量儀測量檢測線圈的實時互感值 ；
步驟4 :將步驟3中所測得的實時互感值通過數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)處理裝置；
步驟5 :數(shù)據(jù)處理裝置通過計算比較實時互感值以及作為互感標定值的氣相互感值和水相互感值，推算出管道內(nèi)的氣液兩相流的相含率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點
1、能夠做到探測儀器和管道內(nèi)部真正無接觸，不侵入管道內(nèi)部，不僅不會損壞管道，而且不會改變水氣相的流型，探測數(shù)據(jù)準確可靠；
2、能夠方便、快速、準確地測定管道內(nèi)氣液兩相流的相含率。


圖I為本發(fā)明基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置的電感傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，通過詳細說明ー個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進ー步闡述。如圖I所示，一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，包含電感傳感器
2、激勵電路I、檢測電路3、電感測量儀4、數(shù)據(jù)處理裝置5。其中，如圖2所示，電感傳感器2包含激勵線圈21和檢測線圈22，激勵線圈21和檢測線圈22螺旋纏繞在外部的管道6外壁上，激勵線圈21和檢測線圈22互不交叉，它們的繞制方式和繞制密度均相同。在本實施例中，激勵線圈21和檢測線圈22的繞線匝數(shù)的范圍分別為3 200匝，激勵線圈21和檢測線圈22的繞線的直徑范圍為O. ImnTlOmm,激勵線圈21和檢測線圈22的繞線的直徑范圍以及繞線匝數(shù)的范圍與激勵線圈21的繞線的直徑范圍以及繞線匝數(shù)的范圍相同。如圖I所示，激勵電路I通過電路與激勵線圈21相連，該激勵電路I對激勵線圈21進行激勵，使激勵線圈21產(chǎn)生可以穿透外部的管道6內(nèi)部的高頻正弦激勵信號；檢測電路3通過電路與檢測線圈22相連，該檢測電路3對檢測線圈22進行檢測，可以得到檢測線圈22上的感應電壓；電感測量儀4與檢測電路3相連，從而測量檢測線圈22與激勵線圈21之間的互感值；數(shù)據(jù)處理裝置5通過數(shù)據(jù)線與電感測量儀4相連。在本實施例中，電感測量儀4選用阻抗分析儀，如型號為安捷倫4284的阻抗分析儀，數(shù)據(jù)處理裝置5為上位計算機，通過數(shù)據(jù)線，該上位計算機通過數(shù)據(jù)線將電感測量儀4測得的互感值導入上位計算機進行分析，從而推算出外部管道6內(nèi)的氣液兩相流的相含率。因此，探測裝置和管道6內(nèi)部沒有任何接觸，由于不需侵入管道內(nèi)部，因而不僅不會損壞管道，而且不會改變水氣相的流型，使得探測數(shù)據(jù)準確可靠。通過上述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率的探測裝置，其探測通過以下步驟實現(xiàn)
步驟I :當外部的管道6內(nèi)水相為零時，通過激勵電路I向電感傳感器2的激勵線圈21施加激勵信號，再通過檢測電路3和電感測量儀4測量電感傳感器2的檢測線圈22上的氣相互感值；當管道6全為水即氣相為零時，用與測量氣相互感值相同的方法測得檢測線圈22上的水相互感值；在本實施例中，氣相互感值設定為L0，水相互感值設定為LI ；
步驟2 :將步驟I中所測得的氣相互感值和水相互感值通過數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)處理裝置5，該數(shù)據(jù)處理裝置5存儲氣相互感值和水相互感值作為互感標定值；
步驟3 :當外部的管道6內(nèi)通過被測流體時，通過激勵電路I施加激勵信號，通過檢測電路3和電感測量儀4測量檢測線圈22的實時互感值，在本實施例中，實時互感值設定為L ；
步驟4 :將步驟3中所測得的實時互感值通過數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)處理裝置5 ；
步驟5 :數(shù)據(jù)處理裝置5通過比較實測互感值L相對作為標定互感值的氣相互感值LO和水相互感值LI的變化大小，可以確定外部的圓形的管道6內(nèi)氣液兩相流的相含率，即通過計算公式氣液兩相流的相含率=(L-LO)/ (L1-L0)，即可推算出管道6內(nèi)的氣液兩相流的相含率。綜上所述，本發(fā)明ー種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置及其探測方法，能夠做到探測儀器和管道內(nèi)部真正無接觸，不侵入管道內(nèi)部，不僅不會損壞管道，而且不會改變水氣相的流型，探測數(shù)據(jù)準確可靠；能夠方便、快速、準確地測定管道內(nèi)氣液兩相流的相含率。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，包含 電感傳感器(2)，所述的電感傳感器(2)包含激勵線圈(21)和檢測線圈(22)，所述的激勵線圈(21)和檢測線圈(22)螺旋纏繞在外部的管道(6)外壁上； 激勵電路(I)，所述的激勵電路(I)通過電路與激勵線圈(21)相連，該激勵電路(I)對激勵線圈(21)進行激勵； 檢測電路(3)，所述的檢測電路(3)通過電路與檢測線圈(22)相連，該檢測電路(3)對檢測線圈(22)進行檢測； 電感測量儀(4)，所述的電感測量儀(4)與檢測電路(3)相連，測量檢測線圈(22)與激勵線圈(21)之間的互感值； 數(shù)據(jù)處理裝置(5)，所述的數(shù)據(jù)處理裝置(5)通過數(shù)據(jù)線與電感測量儀(4)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(21)和檢測線圈(22)互不交叉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(21)和檢測線圈(22)的繞制方式和繞制密度均相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(21)的繞線匝數(shù)的范圍為3 200匝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，所述的激勵線圈(21)的繞線的直徑范圍為0. lmnTlOmm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，所述的檢測線圈(22)的繞線的直徑范圍以及繞線匝數(shù)的范圍與激勵線圈(21)的繞線的直徑范圍以及繞線匝數(shù)的范圍相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理裝置(5)為上位計算機。
8.一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率的探測方法，其特征在于，包含如下步驟 步驟I :當外部的管道(6)內(nèi)水相為零時，通過激勵電路(I)向電感傳感器(2)的激勵線圈(21)施加激勵信號，再通過檢測電路(3)和電感測量儀(4)測量電感傳感器(2)的檢測線圈(22)上的氣相互感值；當管道(6)全為水即氣相為零時，用與測量氣相互感值相同的方法測得檢測線圈(22)上的水相互感值； 步驟2 :將步驟I中所測得的氣相互感值和水相互感值通過數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)處理裝置(5)，該數(shù)據(jù)處理裝置(5)存儲氣相互感值和水相互感值作為互感標定值； 步驟3:當外部的管道(6)內(nèi)通過被測流體時，通過激勵電路(I)施加激勵信號，通過檢測電路(3)和電感測量儀(4)測量檢測線圈(22)的實時互感值； 步驟4 :將步驟3中所測得的實時互感值通過數(shù)據(jù)線輸入數(shù)據(jù)處理裝置(5)； 步驟5 :數(shù)據(jù)處理裝置(5)通過計算比較實時互感值以及作為互感標定值的氣相互感值和水相互感值，推算出管道(6)內(nèi)的氣液兩相流的相含率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于螺旋電感傳感器的水氣相含率探測裝置及其探測方法，其中，該探測裝置包含電感傳感器，其包含激勵線圈和檢測線圈，激勵線圈和檢測線圈螺旋纏繞在外部的管道外壁上；激勵電路，其通過電路與激勵線圈相連，其對激勵線圈進行激勵；檢測電路，其通過電路與檢測線圈相連，其對檢測線圈進行檢測；電感測量儀，其與檢測電路相連，測量檢測線圈與激勵線圈之間的互感值；數(shù)據(jù)處理裝置，其通過數(shù)據(jù)線與電感測量儀相連。通過本發(fā)明的探測裝置及其探測方法，本發(fā)明能夠做到探測儀器和管道內(nèi)部真正無接觸，不侵入管道內(nèi)部，不僅不會損壞管道，而且不會改變水氣相的流型；能夠方便、快速、準確地測定管道內(nèi)氣液兩相流的相含率。
文檔編號G01N27/74GK102661994SQ20121017286
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者何敏, 尹武良, 徐凱, 李安陽 申請人:上海海事大學