[发明专利]感应式工业型管道内复电导率在线检测装置和方法

摘要

本发明公开了一种感应式工业型管道内复电导率在线检测装置和方法。它包括正弦交流激励源、复电导率测量传感器、信号处理模块、数据采集模块以及计算机，复电导率测量传感器通过法兰与工业管道对接。本发明不用激励检测电极，而是采用电磁感应的方法，避免了激励检测系统与管壁及管道内流体的直接接触；复电导率测量传感器通过短路线短接方式，使得测量对象限定于复电导率测量传感器绝缘管段内；采用数字相敏解调技术实现数字滤波并能够方便地在线同时求得流体复电导率的模及辐角。本发明具有测量精度高、测量范围大、应用范围广、模型简单、非接触等优点，为复杂的工业现场管道内流体复电导率在线测量提供了一种借鉴方法。

主权项

1.一种感应式工业型管道内复电导率在线检测方法，用于该在线检测方法的感应式工业型管道内复电导率在线检测装置包括正弦交流激励源(1)、复电导率测量传感器(2)、信号处理模块(3)、数据采集模块(4)、计算机(5)；所述的复电导率测量传感器(2)包括：第一金属管段(9)、第二金属管段(17)、绝缘管段(14)、环形变压器(12)和环形电流互感器(13)，复电导率测量传感器(2)通过第一金属管段(9)的第一法兰(8)与第一待测管道(6)的法兰(7)连接，复电导率测量传感器(2)通过第二金属管段(17)的第二法兰(19)与第二待测管道(21)的法兰(20)连接，绝缘管段(14)安装在第一金属管段(9)和第二金属管段(17)之间，所述的复电导率测量传感器(2)的环形变压器(12)和环形电流互感器(13)结构组成相同，由高磁导率的环形磁芯及绕在磁芯上的线圈构成，环形变压器(12)和环形电流互感器(13)沿轴向分布完全悬空地套在绝缘管段(14)上；正弦交流激励源(1)与复电导率测量传感器(2)的环形变压器(12)检测信号输入端(23)相连，复电导率测量传感器(2)的环形电流互感器(13)检测信号输出端(24)与信号处理模块(3)的一端相连，信号处理模块(3)、数据采集模块(4)、计算机(5)顺次相连，第一金属管段(9)和第二金属管段(17)之间短接，各法兰连接处做密封处理；所述的环形变压器(12)和环形电流互感器(13)通过定位支架(25)固定位置，沿轴向分布完全悬空地套在绝缘管段(14)上；所述的检测装置还包括金属屏蔽罩(22)，定位支架(25)固定在金属屏蔽罩(22)的内部，金属屏蔽罩(22)由屏蔽罩支架(26)固定并接地，金属屏蔽罩(22)有一对相对的通孔，复电导率测量传感器(2)的第一金属管段(9)、第二金属管段(17)分别穿过两个通孔，两个通孔孔径均大于金属管段外径，通过调整定位支架(25)及屏蔽罩支架(26)使得激励检测系统完全不接触待测管道；其特征在于它的步骤如下：1)设置正弦交流激励源(1)的激励信号为其中，U₀为正弦交流激励信号有效值，f为正弦交流激励信号频率，t为时间变量，环形变压器(12)的线圈作为环形变压器(12)的原边，设匝数为N₁，绝缘管段(14)内流体、第一金属管段(9)、短路线(18)、第二金属管段(17)构成的回路等效为环形变压器(12)匝数为1的副边，则在正弦交流激励信号u₀的激励下，绝缘管段(14)内流体感生电动势其中，k₀为环形变压器(12)感应电压的复修正系数；2)将绝缘管段(14)内流体复电导率表示为|σ|为流体复电导率的模，为流体复电导率的辐角，设绝缘管段(14)横截面积为s，长度为l，流经绝缘管段(14)内横截面的电流为i₁，则绝缘管段(14)内流体轴向等效阻抗为其中，k₁为流体等效复电导率的管道尺寸修正复系数；3)绝缘管段(14)内流体、第一金属管段(9)、短路线(18)、第二金属管段(17)构成的回路等效为环形电流互感器(13)匝数为1的原边，环形电流互感器(13)的线圈作为环形电流互感器(13)的副边，设匝数为N₂，绝缘管段(14)内电流i₁在环形电流互感器(13)的线圈中感应的电流为i₂，I₂为感应电流i₂的有效值，∠θ为感应电流i₂的相位，则有，其中k₂为环形电流互感器(13)感应电流的复修正系数；4)根据前面公式可推导出，绝缘管段内流体复电导率为其中，k为复电导率测量传感器(2)总体复修正系数，设K为仪表复系数，令则有通过数据拟合方法可求得K值；5)环形电流互感器(13)的线圈中感应的电流为i₂通过信号处理模块(3)、数据采集模块(4)转化为包含流体复电导率信息的数字信号序列并发送给计算机(5)，计算机(5)利用数字相敏解调技术可求得i₂的有效值及相位，利用复电导率求解模型即可求得流体复电导率的模|σ|和辐角结果由计算机(5)显示。