专利名称：气液两相流流型在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气液两相流参数检测装置，具体地说是一种非介入监测气液两相流管路流型的装置。
背景技术：
气液两相流广泛存在于自然界和许多工业过程中，当气液混合物在管道内流动时，随着气液相流量、介质物性、压力、热负荷、管道几何形状的不同，气液两相会在管线内呈现不同的分布形式，即流型。常见的流型有分层流、环状流、段塞流等。流型是描述两相流的一个重要特征参数，极大地影响着两相流动压力损失和传热特性。在线监测两相流型对于保障气液两相流的管道的安全和高效运行具有重要意义。常见的流型识别方法有直接法和间接法两种。间接法主要通过对反映两相流流动特性的波动信号进行分析处理，提取流型特征，进而识别流型。发明专利CN2476015公开了一种在线识别水平或倾斜管内多相流流型的仪器，由微处理器、总线、数据采集卡、液晶显示器等组成，测量的压力信号和差压信号由微处理器对采集信号进行分析和流型识别。测量压力或差压信号需要对现有管线进行开孔以便安装引压装置，增加了介质泄漏风险。同时，在实际测量中，管道内的气液两相流动在空间上的分布是随机波动的，间接法识别流型具有很大局限性。直接法根据两相流流动图像的形式直接确定流型。直接流型识别方法主要有观察法，探针法、层析成像方法等。观察法采用肉眼观察或采用高速摄像机等工具通过透明的可视化窗口直接观测透明管道内两相流型，具有简单、直观的优点，但是这种方法带有观测者主观因素，对流型的判别常因人而异。探针测量装置常见的有电导探针、电容探针、光纤探针等多种形式。发明专利CN2091458公开了一种流型在线显示装置，采用6个长度相同的探针作为传感器布置在管道内部，通过测量探针输出信号来实现流型测量。该方法是一种介入式方法，影响管道内流场，传感器件容易污损，测量时需要对现有管道系统进行调整改造。此外，该方法对被测介质有明确要求，对于气、油两相流，由于气相和液相介质均不导电，该装置将无法使用。层析成像流型测量装置通常有电容层析成像、电阻层析成像、射线层析成像等。发明专利CN1538168公开了一种通过电容层析成像测量气液两相流流型的方法。其原理是当具有不同介电常数的两相混合介质流经传感器时，相含率或其分布的变化将引起电极间电容值的变化。通过该电容变化量的检测并以此作为投影数据，采用一定的图象重建算法便可重建出管截面上的相分布图像。层析成像方法比传统的单点式传感器，如压力或差压传感器的信号包含有更丰富的信息。其缺点是成本太高价格昂贵、经济性差，数据采集速度慢，图像重建方法复杂，耗时长，实时性差。此外，通常要求被测管道为绝缘材料，且传感元件需要布置在管道内壁，并不是真正意义的非介入式测量。X射线层析成像方法，其测量原理与电容或电阻层析成像类似，由于其采用了放射线，对人体有害，安全性差。发明内容本实用新型的目的是为克服上述现有流型测量装置存在的缺陷，提出一种利用超声回波特性来进行流型在线识别的装置，不改变现有管路结构，在管道外壁即可实现对管内流型的准确识别，无需声速校正，不受管内介质温度、压力，物性等参数变化的影响，具有结构简单、操作方便，适用范围广、安全性能好等特点。为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是该气液两相流流型在线监测装置包括超声回波测量模块、信号采集模块、回波识别模块、流型输出模块，超声回波测量模块由三个超声探头组成，分别通过数据线与信号采集模块相连，信号采集模块通过数据线与回波识别模块相连，回波识别模块通过数据线与流型输出模块相连。三个超声探头结构性能参数完全相同，分别布置在被测气液两相流管道的外壁12点钟、3点钟以及6点钟位置。超声探头端面与被测管道外壁之间的间隙由超声耦合剂填充。信号采集模块2信号采集的时间长度为60-120S。超声回波识别模块将6点钟处的超声探头测量的回波衰减特性曲线为参考基准曲线，12点钟、3点钟处超声探头所测回波衰减特性曲线与其比较来识别流型。本实用新型在测量过程中，通过超声探头测量管周三个不同位置处的回波衰减信号，根据气相和液相超声回波特性的差别判断探头所在位置处与管道内壁接触的是液体还是气体，通过管壁特征点超声回波监测来识别流型。本实用新型为完全非介入监测装置，在管外壁即可实现管内气液流型的准确测量，不需对现有管线进行改动，不存在介质泄漏风险，不受管内温度、压力等参数的变化的影响，且无需声速校正。

图1为本实用新型结构示意图；图2为气、液相分别和管壁接触时超声回波衰减特性示意图；图3为本实用新型分层流测量原理示意图；图4为本实用新型环状流测量原理示意图；图5为本实用新型段塞流测量原理示意图。
具体实施方式
由图1所示，本实用新型由超声回波测量模块1，信号采集模块2，回波识别模块3，流型输出模块4组成，超声回波测量模块I由三个超声探头组成，超声探头分别通过数据线5与信号采集模块2相连，信号采集模块2通过数据线6与回波识别模块3相连，回波识别模块3通过数据线7与流型输出模块4相连。超声探头8，超声探头9，超声探头10结构完全相同，分别布置在被测气液两相流管道11的外壁上12点钟、3点钟以及6点钟位置，各个探头端面与被测管道外壁贴合，探头端面与被测管道11外壁之间的间隙由超声耦合剂12填充。超声探头8，超声探头9、超声探头10测量的壁面超声回波信号经数据采集模块2采集后传输到回波识别模块3上进行显示和识别。流型输出模块4用于输出测量的流型。本实用新型测量原理详细说明如下[0023]超声波通过两种不同的物质时，会在其接触界面上发生反射和透射，其声压反射率和透射率分别用(I)和(2)式计算。反射率:
权利要求1.一种气液两相流流型在线监测装置，其特征在于:包括超声回波测量模块、信号采集模块、回波识别模块、流型输出模块，超声回波测量模块由三个超声探头组成，分别通过数据线与信号采集模块相连，信号采集模块通过数据线与回波识别模块相连，回波识别模块通过数据线与流型输出模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种气液两相流流型在线监测装置，其特征在于:所述的超声回波测量模块的三个超声探头结构性能参数完全相同，分别布置在被测气液两相流管道的外壁上12点钟、3点钟以及6点钟位置，各个超声探头端面与被测管道外壁之间的间隙由超声耦合剂填充。
3.根据权利要求1所述的一种气液两相流流型在线监测装置，其特征在于:所述的信号采集模块的信号采集的时间长度为60s 120s。
4.根据权利要求1所述的一种气液两相流流型在线监测装置，其特征在于:所述的超声回波识别模块将6点钟处的超声探头测量的回波衰减特性曲线为参考基准曲线，12点钟、3点钟处超声探头所测回波衰减特性曲线分别与其比较来识别气液两相流管路中分层流、环状流、段塞流三种常见流型。
专利摘要本实用新型公开一种气液两相流流型在线监测装置，该装置由超声回波测量模块，信号采集模块，回波识别模块、流型输出模块组成，通过超声探头测量管周3点钟、6点钟以及12点钟三个特征点的回波衰减信号，根据气相、液相分别和金属管壁接触时期超声回波衰减特征差别判断探头所在位置处与管道内壁接触的是液体还是气体进而来识别流型。本实用新型为完全非介入测量装置，在管外壁即可实现管内气液流型的准确测量，不需对现有管线进行改动，不存在介质泄漏风险，不受管内温度、压力、气液物性等参数的变化的影响，无需声速校正，可广泛应用于气液两相流管路内流型的实时在线监测。
文档编号G01N29/032GK202916242SQ201220459440
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者梁法春, 曹学文, 陈婧, 杨桂云 申请人:梁法春