一種用于兩相流流動參數測量的環形空間雙傳感電導探針的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及一種用于兩相流流動參數測量的傳感器。
【背景技術】
[0002] 兩相流現象廣泛存在于石油工程、化學工程、冶金工程、核工程、航空與航天工程 等傳統工業和新興工業領域中。氣液兩相流是指氣相與液相不相容物質的混合流動體系。 由于氣液兩相流中各成份之間存在著密度、粘度等物理性質上的差異，在流量、壓力、重力 及管路形狀等諸多因素的影響下，導致氣液兩相流流動參數測量十分困難。總流量和分相 流量是氣液兩相流工業應用系統中的重要流動參數，它的精確測量對于生產過程計量、控 制和運行可靠性都具有重要意義。
[0003] 兩相流流動參數測量技術主要包括超聲法，光學法，射線法，電容法，電導法等。由 于電導傳感器具有原理清晰、結構簡單、響應穩定等諸多優點，已廣泛地應用于多相流參數 測量中。目前油井動態監測普遍使用的環形電導式傳感器(ZL98250643.2)主要響應于測量 電極之間分散相平均濃度特性，該類電導傳感器結構相對簡單，傳感器響應穩定，可完成對 油水兩相流含水率測量。但是，上述環形電導式傳感器靈敏場分布均勻程度不高，流動參數 測量結果受兩相流流體流動結構影響較大，導致測量結果精度較低。
【發明內容】
[0004] 針對目前兩相流電導傳感器輸出響應受流體運動結構影響明顯且空間分辨率低 的缺點，本發明的目的是提供一種用于兩相流流動參數測量的環形空間雙傳感電導探針。 采用本發明的探針，由于被測流體在環形空間內與探針靈敏場充分接觸，可有效提高兩相 流流動參數測量空間分辨率，同時測量響應能夠較好的克服氣液兩相流流體運動結構的影 響，對流體流動結構的依賴性較低。本發明的技術方案如下：
[0005] -種用于兩相流流動參數測量的環形空間雙傳感電導探針，包括環形空間雙傳感 電導探針由管道中屯、變直徑絕緣插入體1，環形空間分相持率傳感器2、環形空間相關測速 傳感器3Ξ部分。其中，
[0006] 管道中屯、變直徑絕緣插入體1固定在豎直測量管道的中屯、，迫使兩相流流體在其 外表面與豎直測量管道內壁之間的環形空間內流動，變直徑絕緣插入體由Ξ段構成，自下 而上依次為細徑段5，過渡段6及粗徑段7;
[0007] 分相持率傳感器位于與變直徑絕緣插入體1的粗徑段7相對應的豎直測量管道內 壁上，由四對或四對W上弧形電極構成，各對弧形電極均勻分布在沿豎直測量管道內壁的 圓周上，每對弧形電極均由激勵電極和測量電極構成，分別用于各自所處位置附近流體的 局部分相持率測量；
[0008] 在變直徑絕緣插入體1細徑段5表面固定兩對環形的電極，構成環形空間相關測速 傳感器。
[0009] 本發明由于采取W上技術方案，其具有W下優點：
[0010] (1)通過在管道中屯、放置可變直徑的絕緣插入體，迫使流體在環形空間內流動，使 流體直接與傳感器的高靈敏度檢測區域接觸，可有效發揮環形空間分相持率傳感器對兩相 流分相持率信息的高分辨特性。
[0011] (2)在絕緣插入體細徑段安裝的相關測速電極對與流體直接接觸，對環形空間內 流體運動獲取信息強，可用于實現流體相關速度測量。
[0012] (3)管道中屯、絕緣插入體采用可變直徑結構設計，中間含過渡段，對流體運動的擾 動很小。該絕緣插入體的設計是構成環形空間中的分相持率及相關速度同時測量的重要部 件。
[0013] (4)兩相流分相持率及相關速度結果受兩相流流體運動結構影響較小。
【附圖說明】
[0014] 圖1是用于兩相流流動參數測量的環形空間雙傳感電導探針
[0015] 圖2是迫使流體在環形空間內流動的變直徑絕緣插入體:粗徑和細徑段直徑分別 為山和cb; Ξ段的高度分別為h，12和13
[0016] 圖3是鑲嵌在管段內壁的環形空間分相持率傳感器:Ei，E2,&和E4為弧形激勵電 極，Ml，M2，M3和M4為弧形測量電極，弧形電極張角為α，電極高度為h，電極厚度為t，電極對間 距為g
[0017] 圖4是安裝在插入體細徑段的環形空間相關測速傳感器:Es和E6為激勵電極，Ms和 Ms為測量電極瓜和Ms構成上游相關測速電極，E廓Ms構成下游相關測速電極；電極間距為1， 相關間距為L
[0018] 圖5是環形空間分相持率傳感器的測量響應波形圖
[0019] 圖6是環形空間分相持率傳感器的歸一化電導值
[0020] 圖7是氣液兩相流持氣率測量結果
[0021 ]圖8是環形空間相關測速傳感器的測量響應波形圖
[0022] 圖9是環形空間相關測速傳感器上下游信號的互相關函數
[0023] 圖10是環形空間相關速度與混合速度的關系
[0024] 圖11是氣液兩相流總流速測量結果
[0025] 圖12是漂移模型中相分布系數及泡徑指數的確定
[0026] 圖13是氣液兩相流分相流速測量結果
[0027] 圖中標號說明：
[0028] 1絕緣插入體；2環形空間分相持率傳感器；3環形空間相關測速傳感器;4測量管 道;5插入體細徑段，6插入體過渡段，7插入體粗徑段
【具體實施方式】
[0029] 本發明的環形空間雙傳感電導探針基于電學敏感原理設計，針對垂直管內兩相流 非均勻分布及隨機運動特征，通過在管道中屯、放置可變直徑的絕緣插入體，迫使流體在環 形空間內流動。旨在利用環形空間分相持率傳感器對環形空間內流體的分布式高分辨特 性，實現兩相流的分相持率(分相體積與流體總體積之比）測量；同時，利用環形空間相關測 速傳感器實現兩相流相關速度測量;最后，基于分相持率及相關速度測量結果，建立總流量 測量模型和漂移速度模型，實現兩相流總流量及分相流量測量。
[0030] 下面結合附圖和實施例對本發明的進行詳細的描述。
[0031] 本發明提供一種新型的用于兩相流流動參數測量的環形空間雙傳感電導探針結 構，如圖1所示，用于測量豎直管道自下而上流過的兩相流。該環形空間雙傳感電導探針由 管道中屯、變直徑絕緣插入體1，環形空間分相持率傳感器2、環形空間相關測速傳感器3Ξ部 分組成。
[0032] 變直徑絕緣插入體由Ξ段構成，結構如2所示，自下而上依次為細徑段5,過渡段6 及粗徑段7。
[0033] 環形空間分相持率傳感器由兩個或兩個W上弧形電極對構成，其結構如圖3所示， 各個電極對均勻排布在所述豎直管道的同一截面上，均固定在所述豎直管道的管壁內側， 每個弧形電極對均由激勵電極和測量電極構成，其中El，E2，E3和E4為弧形激勵電極，Ml，M2， M3和M4為弧形測量電極;每個弧形電極對分別用于各自所處位置附近流體的局部分相持率 測量。
[0034] 在絕緣插入體細徑段5表面安裝有四個環形的電極，構成環形空間相關測速傳感 器，結構如圖4所示，其中Es和E6為激勵電極，]?5和]?6為測量電極，Es和Ms構成上游相關測速電 極，E6和Ms構成下游相關測速電極。
[0035] 下面結合【附圖說明】該兩相流環形空間局部電導傳感陣列的實施過程：
[0036] (1)該發明設及的一種用于兩相流流動參數測量的環形空間雙傳感電導探針中， 各電極均采用不誘鋼材料加工制成，管道中屯、的絕緣插入體選用有機玻璃材料。環形空間 分相持率傳感器的弧形電極張角α = 50度，電極高度為h = 2mm，電極厚度為t = lmm，電極對 間距為g = 9mm;環形空間相關測速傳感器電極間距為l = 10mm，相關間距為L = 30mm