基于弧状电极传感器的气水两相流参数测量系统设计.pdf

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1、122传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第3l卷第3期基于弧状电极传感器的气／水两相流参数测量系统设计施艳艳，董峰(天津大学电气与自动化工程学院天津市过程检测与控制重点实验室，天津300072)摘要：气／水两相流流动参数的检测对工业过程的控制和优化有重要意义，相含率作为一个重要参数直接影响到两相流建模的精度。为测量两相流相含率参数设计了弧状电极电导传感器测量系统，通过对气／水两相流典型流型的物理模拟研究了相含率与测量电压之间的关系。实验

2、结果表明：弧状电极电导传感器的液相相含率与测量电压存在很好的线性关系，为两相流动态实验参数测量提供了依据。关键词：传感器；弧状电极；气／水两相流；相含率中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)03-0122-04Designofgas／liquidtwo-phaseflowparametersmeasurementsystembasedonconcave-shapedelectrodesensorSHIYan—yan，DONGFeng(TianjinKeyLabor

3、atoryofProcessMeasurementandControl，SchoolofElectricalEngineering&Automation，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Measurementofgas／liquidtwo—phaseflowparametersisofgreatimportancetothecontrolandoptimizationofindustrialprocess．Theprecisionoftwo

4、—phaseflowmodelingisdirectlyaffectedbythecomponentfraction．Ameasurementsystembasedonconcave—shapedelectrodeconductancesensorisdesignedtomeasurethefractionintwo—phaseflow．Staticcalibrationoftypicalflowpatternsimulationshowsthatrelationshipbetweenliquidfr

5、actionandmeasuringvoltageislinearlyrelatedingas／liquidtwo—phaseflow．Itprovidesbasisfordynamicexperimentalmeasurement．Keywords：sensor；concave—shapedelectrode；gas／liquidtwo—phaseflow；componentfraction0引言道中气／水两相流的相含率等参数，设计了弧状电极电导传管道中气／水两相流流动工况广泛存在于能源动力、石感器

6、测量系统，并对模拟水平管气／水两相流的测量电压与油化工以及冶金等工业过程中。由于两相流的各分相间存相含率的关系进行研究。在界面效应和相对速度，而且，相界面在时问和空间上随机1弧状电极传感器测量原理可变，因此，两相流具有复杂的流动特性和随机性，其流动气／水两相流参数测量中，弧状电极电导式传感器结构参数的检测难度相比单相流大。相含率作为两相流工与流体等效电路如图1所示，电极内嵌于管道内壁并与流业应用中重要的流动参数，对生产过程工艺优化、流量测量体接触，此时管道中的流体相当于电阻R与电容C的并以及控制具有重

7、要的实际意义。电导法是基于电学特性的联，这2个参数受流体性质与流体分布的影响。用于测量两相流相含率的一种方法，测量对象是导电介质为连续相的两相混合流体。气水两相流参数测量方法主要有平板电极法、探针法、电阻层析成像法、环形电极法以及弧状电极法。弧状电极电导传感器的物理基础是不同介质有不同的电导率，当对被测物场进行电流或者电压激励时管道内部建立敏感场，场域中介质的变化将导致测量电压的变化，可图1传感器结构与流体等效电路用于测量两相流中的液相为连续相的生产过程。为获得管Fig1Compositionofth

8、esensorandliquidequivalentcircuit收稿日期：2011ro8-0l基金项目：国家自然科学基金资助项目(50776063)；天滓市应用基础及前沿技术研究计划项目(11JCZDJC22500，llJCYBJC06700)124传感器与微系统第31卷恒流源的稳定度与精度直接影响到测量的稳定性和精状流等，因而，电导式传感器的静态标定主要针对这3种典度，由表1可求得恒流源幅值波动为型流型进行物理模拟实验。实验中为测试传感器对液相体积含