[发明专利]一种抗干扰高灵敏气液两相流相含率检测方法

摘要

本发明公开了一种抗干扰高灵敏气液两相流相含率检测方法，属于多相流检测领域。本发明的技术方案要点为：由于两相流电导率、磁导率较低，导致传统电磁检测时灵敏度不高、抗干扰能力差，本发明基于电磁谐振原理，当发射系统，接收系统都处于谐振状态时，两相流相含率的测量将比传统电磁检测更加灵敏，并且由于发射接收回路谐振于同一频率，受到外界电磁波干扰小。另外在此基础上对两相流进行了数学模型的建立，把复杂的两相流问题转化为较为简单的数学计算。

主权项

1.一种抗干扰高灵敏气液两相流相含率检测方法，其特征在于装置包括发射系统和接收系统，发射系统由信号发生器、功率放大器、电容C1和发射线圈构成，其中信号发生器输出端与功率放大器信号输入端相连，功率放大器正向输出端、发射线圈、电容C1与功率放大器负向输出端组成串联回路，接收系统由接收线圈、电容C2和负载串联组成，在发射系统中信号发生器所产生的频率固定的信号，经由功率放大器输出，驱动发射线圈发射一定频率的电磁波，电磁波在受到被测体涡流损耗的影响后，被接收线圈检测到，然后传递给负载；以下为具体步骤：(1)、设定发射和接收线圈参数，包括设定发射线圈匝数N1与接收线圈匝数N2，N1＝N2，发射线圈自感L1与接收线圈自感L2，L1＝L2，分别在发射线圈和接收线圈串接电容C1和C2，C1＝C2，发射与接收线圈半径均为r1，两线圈同轴放置；(2)、设定R1，R2分别为发射回路、接收回路等效电阻，发射电路中RS为电源内阻、VS为电源电压，接收回路的负载为RL；(3)、设定发射回路和接收回路中电感、电容谐振满足公式ω为激励电源的角频率，此时整个检测系统处于谐振状态，负载电压值U_L最大时，对应的收发线圈间距D设置为工作间距，收发线圈的互感为M₁₂、被测体与发射线圈的互感为M₁₃、被测体与接收线圈的互感M₂₃；(4)、设定密闭的气液两相流管道为电感和电阻的串联，假定气液两相流的液相含率为100％，在Maxwell中建立测量系统的模型，在管道长度为L时，计算得到两相流的平均涡流损耗和涡电流值I，采用公式可以获得两相流的等效电阻R₃，L为等效电阻不再随管道长度的增加而变化的管道长度；(5)、针对层状流的检测，在Maxwell中建立测量系统，计算得出不同液面高度时，被测层状流与发射线圈的互感M′13、被测层状流与接收线圈的互感M′23、自感L′3和等效电阻R′3，每组(M′13、M′23、L′3和R′3)数据对应唯一液面高度；(6)、根据函数获得从液面高度到层状流相含率的映射关系，式中α₁为层状流的相含率，r₂为气液两相流管道半径，液面高度为H；(7)、针对环状流的检测，在Maxwell中建立测量系统，计算得出不同气柱半径时，被测环状流与发射线圈的互感M"13、被测环状流与接收线圈的互感M"23、自感L"3和等效电阻R"3，每组(M"13、M"23、L"3和R"3)数据对应唯一气柱半径；(8)、根据函数获得从气柱半径到环状流相含率的映射关系，式中α₂为环状流的相含率，位于环状流中心位置的气柱半径为R；(9)、将步骤(5)计算得到的层状流参数M′₁₃、M′₂₃、L′₃和R′₃代入函数式中，I₁、I₂、I₃分别为发射回路电流、接收回路电流、被测体回路电流，计算得到层状流不同相含率下的接收回路电流I₂，根据U′_L＝I₂R_L计算得到层状流不同相含率所对应的负载电压值U′_L；(10)、将步骤(7)计算得到的环状流参数M"₁₃、M"₂₃、L"₃和R"₃代入函数I₁₁、I₁₂、I₁₃分别为发射回路电流、接收回路电流、环状流回路电流，计算得到环状流不同相含率下的接收回路电流I₂，根据U″_L＝I₁₂R_L计算得到环状流不同相含率所对应的负载电压值U"_L；(11)、将得到的两种流型下相含率与负载电压的映射关系通过公式拟合，层状流相含率到负载电压的对应关系可由U′L＝‑0.0016*α+1.299表征，环状流相含率到负载电压的对应关系可由U″L＝‑0.1178*α2‑0.0271*α+1.286表征。