電導-電磁傳感器兩相流測量機理研究.pdf

1、兩相流是自然界和工業(yè)生產過程中十分常見的流動形態(tài)，其參數的準確檢測對國民經濟的發(fā)展具有重大而深遠的意義。然而兩相流動特性復雜多變，相間存在復雜的界面效應和相對速度，這使得兩相流流動參數的準確檢測一直是科學研究與工業(yè)過程應用中亟待解決的重要課題。為滿足多參數測量的需求，本文從兩相流動機理和流動過程參數檢測的基本方法出發(fā)，通過對傳感器的結構以及相關的基本理論進行分析，將電導式傳感器與電磁式傳感器相結合對兩相流的相含率和速度參數進行測量，主要

2、內容如下：
　　 ⑴基于電場對管道流體分布的敏感特性，采用有限元數值分析方法對電導式傳感器的電場進行了研究，根據電場分布均勻性概念考察了弧狀電極弧度對電場分布的影響，在此基礎上對不同弧狀電極軸向長度下電場靈敏度和各種信息量進行了深入研究，最終確定出電導式傳感器的最優(yōu)結構尺寸。
　　 ⑵在電磁式傳感器設計中，采用鞍形線圈激勵，電導弧狀電極作為測量電極的工作模式，對弧狀電極傳感器的權重函數分布進行了計算，并與有限元數值仿真進

3、行對比，得出弧狀電極結構形式傳感器的權重函數分布比點狀電極的分布更均勻的結論；分析了弧狀電極傳感器在管道不同流速分布情況下的響應特性，得到管道截面電位分布和測量電壓受流速分布影響較小的特點，證實了弧狀電極結構形式傳感器用于兩相流測量的可行性；研究了激磁線圈的磁場特性，并確定了可以在測量區(qū)域產生均勻磁場的激磁系統(tǒng)參數。
　　 ⑶設計了用于氣液兩相流流動參數測量的電導/電磁式傳感器測量系統(tǒng)。采用分時測量的工作模式：電導式傳感器在測量

4、兩相流的相含率參數時，關閉勵磁激勵，弧狀電極作為激勵和采集電極；電磁式傳感器在對流體速度進行測量時，施加勵磁激勵，弧狀電極作為電磁感應信號的測量電極。
　　 ⑷通過實驗研究，對電導/電磁式傳感器測量機理進行了驗證。電導式傳感器的實驗結果表明：被測介質電導率變化時，電導測量值呈線性變化，與理論相符；在垂直管氣液兩相環(huán)狀流、泡狀流和段塞流的測量中，液相含率可以用測量電極之間的無量綱電壓值進行預測。電磁式傳感器在軸對稱和非軸對稱流速分