专利名称：基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置及其探测方法
技术领域：
本发明涉及一种水气相含率探測装置及探測方法，特别涉及一种基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置及其探測方法。
背景技术：
现代化工业生产和日常生活中，在越来越多的领域中出现了气液两相流，如油气田的输送、碳酸饮料生产、热电核电的气化単元、低沸点液体的运输等。而两相流首先要解决的就是气液两相的流量检测问题，但由于两相流流体的复杂性、随机性，其流量检测仍在进ー步研究之中。
在现有的测试方法中，有分离法和直接法两种分离法需要将气液两相进行分离，然后再分别用单相流量仪表进行计量，因此需要分别设置气相和液相流量仪表，既增加了成本，又降低了效率；直接法大多采用文丘里管法或探针法。其中，直接法费时费力，耗能巨大，更不可能实现直接的实时检测；并且，直接法会改变管道结构，甚至侵入管道内部，改变流型；此外文丘里管和探针的安装都较为复杂，不便实施。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置及其探測方法，能够做到探测仪器和管道内部真正无接触，不侵入管道内部，不仅不会损坏管道，而且不会改变水气相的流型；能够方便、快速、准确地測定管道内气液两相流的相含率。为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的
一种基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置，包含
电感传感器，所述的电感传感器包含激励线圈和检测线圈，所述的激励线圈和检测线圈螺旋缠绕在外部的管道外壁上；
激励电路，所述的激励电路通过电路与激励线圈相连，该激励电路对激励线圈进行激
励；
检测电路，所述的检测电路通过电路与检测线圈相连，该检测电路对检测线圈进行检
測；
电感测量仪，所述的电感测量仪与检测电路相连，測量检测线圈与激励线圈之间的互感值；
数据处理装置，所述的数据处理装置通过数据线与电感测量仪相连。所述的激励线圈和检测线圈互不交叉。所述的激励线圈和检测线圈的绕制方式和绕制密度均相同。所述的激励线圈的绕线匝数的范围为3 200匝。所述的激励线圈的绕线的直径范围为O. lmnTlOmm。所述的检测线圈的绕线的直径范围以及绕线匝数的范围与激励线圈的绕线的直径范围以及绕线匝数的范围相同。
所述的数据处理装置为上位计算机。一种基于螺旋电感传感器的水气相含率的探测方法，包含如下步骤
步骤I:当外部的管道内水相为零时，通过激励电路向电感传感器的激励线圈施加激励信号，再通过检测电路和电感测量仪测量电感传感器的检测线圈上的气相互感值；当管道全为水即气相为零时，用与测量气相互感值相同的方法测得检测线圈上的水相互感值；步骤2 :将步骤I中所测得的气相互感值和水相互感值通过数据线输入数据处理装置，该数据处理装置存储气相互感值和水相互感值作为互感标定值；
步骤3 :当外部的管道内通过被测流体时，通过激励电路施加激励信号，通过检测电路和电感测量仪测量检测线圈的实时互感值 ；
步骤4 :将步骤3中所测得的实时互感值通过数据线输入数据处理装置；
步骤5 :数据处理装置通过计算比较实时互感值以及作为互感标定值的气相互感值和水相互感值，推算出管道内的气液两相流的相含率。本发明与现有技术相比，具有以下优点
1、能够做到探测仪器和管道内部真正无接触，不侵入管道内部，不仅不会损坏管道，而且不会改变水气相的流型，探测数据准确可靠；
2、能够方便、快速、准确地測定管道内气液两相流的相含率。


图I为本发明基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置的结构示意 图2为本发明基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置的电感传感器的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图，通过详细说明ー个较佳的具体实施例，对本发明做进ー步阐述。如图I所示，一种基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置，包含电感传感器
2、激励电路I、检测电路3、电感测量仪4、数据处理装置5。其中，如图2所示，电感传感器2包含激励线圈21和检测线圈22，激励线圈21和检测线圈22螺旋缠绕在外部的管道6外壁上，激励线圈21和检测线圈22互不交叉，它们的绕制方式和绕制密度均相同。在本实施例中，激励线圈21和检测线圈22的绕线匝数的范围分别为3 200匝，激励线圈21和检测线圈22的绕线的直径范围为O. ImnTlOmm,激励线圈21和检测线圈22的绕线的直径范围以及绕线匝数的范围与激励线圈21的绕线的直径范围以及绕线匝数的范围相同。如图I所示，激励电路I通过电路与激励线圈21相连，该激励电路I对激励线圈21进行激励，使激励线圈21产生可以穿透外部的管道6内部的高频正弦激励信号；检测电路3通过电路与检测线圈22相连，该检测电路3对检测线圈22进行检测，可以得到检测线圈22上的感应电压；电感测量仪4与检测电路3相连，从而测量检测线圈22与激励线圈21之间的互感值；数据处理装置5通过数据线与电感测量仪4相连。在本实施例中，电感测量仪4选用阻抗分析仪，如型号为安捷伦4284的阻抗分析仪，数据处理装置5为上位计算机，通过数据线，该上位计算机通过数据线将电感测量仪4测得的互感值导入上位计算机进行分析，从而推算出外部管道6内的气液两相流的相含率。因此，探測装置和管道6内部没有任何接触，由于不需侵入管道内部，因而不仅不会损坏管道，而且不会改变水气相的流型，使得探測数据准确可靠。通过上述的基于螺旋电感传感器的水气相含率的探測装置，其探测通过以下步骤实现
步骤I :当外部的管道6内水相为零时，通过激励电路I向电感传感器2的激励线圈21施加激励信号，再通过检测电路3和电感测量仪4测量电感传感器2的检测线圈22上的气相互感值；当管道6全为水即气相为零时，用与测量气相互感值相同的方法测得检测线圈22上的水相互感值；在本实施例中，气相互感值设定为L0，水相互感值设定为LI ；
步骤2 :将步骤I中所测得的气相互感值和水相互感值通过数据线输入数据处理装置5，该数据处理装置5存储气相互感值和水相互感值作为互感标定值；
步骤3 :当外部的管道6内通过被测流体时，通过激励电路I施加激励信号，通过检测电路3和电感测量仪4测量检测线圈22的实时互感值，在本实施例中，实时互感值设定为L ；
步骤4 :将步骤3中所测得的实时互感值通过数据线输入数据处理装置5 ；
步骤5 :数据处理装置5通过比较实测互感值L相对作为标定互感值的气相互感值LO和水相互感值LI的变化大小，可以确定外部的圆形的管道6内气液两相流的相含率，即通过计算公式气液两相流的相含率=(L-LO)/ (L1-L0)，即可推算出管道6内的气液两相流的相含率。综上所述，本发明ー种基于螺旋电感传感器的水气相含率探測装置及其探測方法，能够做到探测仪器和管道内部真正无接触，不侵入管道内部，不仅不会损坏管道，而且不会改变水气相的流型，探測数据准确可靠；能够方便、快速、准确地測定管道内气液两相流的相含率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，包含 电感传感器(2)，所述的电感传感器(2)包含激励线圈(21)和检测线圈(22)，所述的激励线圈(21)和检测线圈(22)螺旋缠绕在外部的管道(6)外壁上； 激励电路(I)，所述的激励电路(I)通过电路与激励线圈(21)相连，该激励电路(I)对激励线圈(21)进行激励； 检测电路(3)，所述的检测电路(3)通过电路与检测线圈(22)相连，该检测电路(3)对检测线圈(22)进行检测； 电感测量仪(4)，所述的电感测量仪(4)与检测电路(3)相连，测量检测线圈(22)与激励线圈(21)之间的互感值； 数据处理装置(5)，所述的数据处理装置(5)通过数据线与电感测量仪(4)相连。
2.根据权利要求I所述的基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，所述的激励线圈(21)和检测线圈(22)互不交叉。
3.根据权利要求2所述的基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，所述的激励线圈(21)和检测线圈(22)的绕制方式和绕制密度均相同。
4.根据权利要求3所述的基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，所述的激励线圈(21)的绕线匝数的范围为3 200匝。
5.根据权利要求4所述的基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，所述的激励线圈(21)的绕线的直径范围为0. lmnTlOmm。
6.根据权利要求5所述的基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，所述的检测线圈(22)的绕线的直径范围以及绕线匝数的范围与激励线圈(21)的绕线的直径范围以及绕线匝数的范围相同。
7.根据权利要求I所述的基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置，其特征在于，所述的数据处理装置(5)为上位计算机。
8.一种基于螺旋电感传感器的水气相含率的探测方法，其特征在于，包含如下步骤 步骤I :当外部的管道(6)内水相为零时，通过激励电路(I)向电感传感器(2)的激励线圈(21)施加激励信号，再通过检测电路(3)和电感测量仪(4)测量电感传感器(2)的检测线圈(22)上的气相互感值；当管道(6)全为水即气相为零时，用与测量气相互感值相同的方法测得检测线圈(22)上的水相互感值； 步骤2 :将步骤I中所测得的气相互感值和水相互感值通过数据线输入数据处理装置(5)，该数据处理装置(5)存储气相互感值和水相互感值作为互感标定值； 步骤3:当外部的管道(6)内通过被测流体时，通过激励电路(I)施加激励信号，通过检测电路(3)和电感测量仪(4)测量检测线圈(22)的实时互感值； 步骤4 :将步骤3中所测得的实时互感值通过数据线输入数据处理装置(5)； 步骤5 :数据处理装置(5)通过计算比较实时互感值以及作为互感标定值的气相互感值和水相互感值，推算出管道(6)内的气液两相流的相含率。
全文摘要
本发明公开了一种基于螺旋电感传感器的水气相含率探测装置及其探测方法，其中，该探测装置包含电感传感器，其包含激励线圈和检测线圈，激励线圈和检测线圈螺旋缠绕在外部的管道外壁上；激励电路，其通过电路与激励线圈相连，其对激励线圈进行激励；检测电路，其通过电路与检测线圈相连，其对检测线圈进行检测；电感测量仪，其与检测电路相连，测量检测线圈与激励线圈之间的互感值；数据处理装置，其通过数据线与电感测量仪相连。通过本发明的探测装置及其探测方法，本发明能够做到探测仪器和管道内部真正无接触，不侵入管道内部，不仅不会损坏管道，而且不会改变水气相的流型；能够方便、快速、准确地测定管道内气液两相流的相含率。
文档编号G01N27/74GK102661994SQ20121017286
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者何敏, 尹武良, 徐凯, 李安阳 申请人:上海海事大学