[发明专利]气液两相流监测装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种气液两相流监测装置、系统及方法，包括主控模块、激励模块、丝网传感器和接收模块；丝网传感器分别与激励模块和接收模块电连接；激励模块包括极性转化电路、选通电路和放大电路，极性转化电路和选通电路分别与主控模块电连接；选通电路还分别与极性转化电路和放大电路电连接；接收模块包括互阻放大电路、第一数字电位器电路、电压放大电路、第二数字电位器电路和信号采集电路；第一数字电位器电路分别与互阻放大电路和主控模块电连接；电压放大电路与互阻放大电路电连接；第二数字电位器电路分别与电压放大电路和主控模块电连接；信号采集电路分别与电压放大电路和主控模块电连接。本发明能够实现对气液两相流快速、准确的测量。

技术领域

本发明属于气液两相流监测技术领域，具体涉及一种气液两相流监测装置、系统及方法。

背景技术

对气液两相流流速、流量、流型、压力以及相含率等参数的测量，一般可以总结以下三大类：

①直接测量技术

直接测量技术主要用于测量特定的两相流参数，包括流型、流速、含气率等。其中，在含气率的测量上，传统的方法是使用快关阀法，快关阀法会严重干扰流场，对阈门的控制要求较高。随着科技进步的不断发展，越来越多的新测量方法应用于气液两相流的流动参数测量，如电学法、射线法、光学法等。

光学法主要利用光线穿过两相流体时的散射、衰减等原理进行测量。利用光传感器获取光线的变化情况，根据传感器的输出信号对气液两相流相关参数进行测量。该方法可测量气液两相流中气泡尺寸和速度等参数。光学法是典型的非接触式测量，但存在数据获取系统成本高和测量环境要求较高的问题，目前光学法很难在工业上应用推广。

射线法主要利用射线在穿过介质后发生衰减或康普顿散射的原理进行测量。由于不同介质对射线衰减或散射情况不同，通过检测穿过被测介质后射线辐射强度变化，即可获得被测介质的分布信息，进而确定流型。射线法是非接触式测量，但使用时防护成本高。

电学法是一种应用广、技术成熟的方法。根据气液两相流电导率或者介电常数的明显差异的原理，采用传感器将非电学被测信息变化转换为电信号变化，通过采集电信号获得被测信息的一种方法。根据原理不同可分为电导测量法和电容测量法两种。例如，基于电容式的空泡仪，可测量气泡速度，主要用于微小通道的测量，基于电导法的探针，可测量局部含气率、气泡尺寸、界面浓度以及气泡表观速度等相关参数。由于结构简单、成本低廉和良好的响应特性，电学法在两相流探测领域扮演着重要角色。

②间接测量技术(软测量)

间接测量技术是通过将各种现代信息处理技术应用于气液两相流领域中，建立易测过程变量与待测过程变量之间的关系，通过各种理论计算和估计的方法间接实现待测过程变量的测量。该方法是基于简单的测量参数实现难测测量的估计，可以用来解决非线性复杂的两相流系统参数测量问题。在多相流测量领域，常用的处理方法主要包括神经网络、模式识别、频谱分析、小波分析、频谱分析、模糊控制的软测量等方法。该类方法经常以交叉和融合的方式使用，主要用于参数测量和两相流机理研究。

③可视化测量技术

可视化测量技术是对气液两相流二维或者三维的成像测量，可从测量结果提取出特征参数。主要包括有粒子图像测速法、高速摄像法、过程层析成像方法(ProcessTomography，PT)等。

粒子图像测速法是基于流场显示和图像分析技术的一种测量方法，主要用于流体速度场的测量。该方法由于示踪粒子分部不均匀、摄像机噪音和光学噪音等图像噪音以及气泡在流动过程中的生长、聚合、破碎等现象，使得图片清晰度低。

高速摄影法利用高速摄像机快速拍照来获取图像，并利用图像处理算法提取图像中的气液两相流信息。该方法只能用于透明管道内测量，另外高速摄像采集的图像信息量太多，图像的分析和处理较为困难。

因此，有必要开发一种新的气液两相流监测装置、系统及方法。

发明内容