[发明专利]微机化在线实时两相流快速测量相关仪

说明书

本发明属测速装置。

许多工业生产过程常会遇到气固、液固和气液两相流流量的测定。常规测定法因一般存有阻力件，引起流体压力损失、阻力件磨损、腐蚀乃致阻塞而精度降低。电磁流量计虽可无阻挡测量，但它也只限于对具有导电性能的介质测量。

互相关流量测量仪可采用多种原理的传感器获取流动噪声信号（电容式、超声波式传感器等），实现无阻挡或非接触测量，从而避免了上述缺陷。

用相关仪测量两相流流速和流量，是以相距一定距离L的两个相同传感器在不同时刻所采集的上下游信号x（t）、y（t）必然存在着一定的相关性或相近性原理为依据的。设上下游信号分别为x（t）、y（t），则它们的相关函数应为：

式中：τ-流体流动时间

t-采集信号时刻

T-采集信号所需时间

显然，当R_xy（τ）出现峰值R_m（τ₀）时，x（t）和y（t）应最为相近，此时流体流动时间τ＝τ₀即为流体流经距离L所需渡越时间（见图1b）。从而获得流速V＝L/τ₀，流量Q＝V·A（A-管道横截面积）。

在实际应用中（1）式中的积分时间只能取有限值，此时：

R_xy（τ）＝ 1/(T) ∫^T_ox（t-τ）y（t）dt （2）

图1a即为互相关流量测量原理示意图。图中：1-两相流介质，2-介质管道，3-传感器，其他为程序匡图。

为简化相关计算，将x（t）、y（t）进行1比特量化，得极性信号X（i）、Y（i），其相关函数为：

R X Y( j ) =1NΣi = 1NX ( i ) Y ( i + j ) ( 3 )]]>

式中：i-取样序号

j-不同时刻下相关值对应的等分延时值

N-信号平均次数

可以证明，当信号x（t）、y（t）为高斯型信号时，极性信号X（i）、Y（i）的相关函数与原信号x（t）、y（t）的相关函数的峰值位置重合。故实际计算是寻找R_XY（j）最大值（即峰值）所对应的延时值j＝n，从而得到τ₀＝n·△（△-采样周期）。

互相关两相流测量法，需对大量采集信号进行数据处理。目前采用的相关仪有两种：以大规模集成电路为核心的硬件式相关仪，处理数据虽快，但灵活性差，成本过高。与此相反，以普通微处理器或单片机为核心的软件式相关仪，虽然灵活，成本低，但处理数据需时太长（目前较好的情况处理时间长达几秒），难以满足在线实时两相流测量要求。此种以传感器、单片机、显示器、键盘、接口电路和采样保持器所组成的微机化在线实时两相流测量相关仪之所以实时性能较差，主要原因或是因其机型选择不当，或是因其采样接口电站接法不妥，使信号采集和寄存未能象本发明后边所叙述的依序每八对存贮在各个寄存器中，当然也就不能在相关值计算时，通过一次异或操作同时完成八对X、Y信号比较。加之现有软件式相关仪在数据处理时，对极性相同的相关值个数采用一一累加并逐点比较寻找相关值峰值的方式使数据处理时间大大延长（见M·S·Beck，Correlation    in    Instruments：Crosscorrelation    Flowmeters，J·Phys.E：Sci.Instrum.，Vol.14，PP·7-19，No·1，1981。徐苓安，相关流量测量技术，天津大学出版社，1988。J·Coulthard，The    Principle    of    Ultrasonic    Crosscorrelation    Flowmetering，Measurement    and    Control，Vol.8，PP·65-70，February，1975）。

本发明的目的就在于显著缩短软件式相关仪的数据处理时间，提高实时效能以满足两相流测量要求。