专利名称：一种流体流速流量测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及流体流速流量测量技术，尤其涉及一种流体流速流量测量装置及方法。
背景技术：
管道中的流体广泛存在于石油化工、食品制药、冶金、公用工程和环保等行业部门，其流速与流量的在线测量对于工业生产过程中生产操作、可靠运行和质量控制等具有重要的意义。随着电子技术、材料和加工技术的飞速发展，以流程工业为先导的各工业部门发展迅速，工业装置小型化、精细化趋势日益明显，工业生产对小流量检测的要求也日益提高。现有的流速流量测量仪表对工业生产过程中10毫米以上管径中的导电流体的流速、流量的测量已经较为成熟，但对于毫米级及以下管径中的导电流体流速流量测量问题，仍然缺乏相关的检测手段。电容耦合式非接触电导测量技术是一种新型电导测量技术。由于电极不与被测液体直接接触，因此不存在传统接触式电导测量中的电化学腐蚀和电极极化效应等问题，具有广阔的工业实际应用需求。然而，目前该技术的研究与应用主要局限于分析化学等领域中毛细管尺度及以下管径的离子浓度检测，在工业过程中毫米级管径中的导电流体流速流量测量领域基本上属于空白。本发明将电容耦合式非接触测电导测量技术应用于工业过程中导电流体流速流量测量领域，设计了一种流体流速流量测量装置及方法。相应装置具有结构简单、非接触、无压力损耗、成本低和应用范围广等优点，为测量毫米级管道内流体流速流量提供了一条有效的新途径。
发明内容
本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种稳定、可靠的流体流速流量测量装置及方法。流体流速流量测量装置包括交流激励源、三电极非接触式电导传感器、信号处理模块、数据采集模块、微型计算机，三电极非接触式电导传感器由第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、绝缘测量管道、第一电极、第一电感模块、第三电感模块、第二电极、第三电极、第二电感模块构成；在绝缘测量管道的外壁等间距安装有第一电极、第二电极和第三电极，第一电极与第一电感模块一端相连，第二电极与第三电感模块一端相连，第三电极与第二电感模块一端相连，第一电感模块另一端与第一电子开关一端相连，第三电感模块另一端与第二电子开关一端、第三电子开关一端相连，第二电感模块另一端与第四电子开关一端相连，第一电子开关另一端、第二电子开关另一端与交流激励源相连，第三电子开关另一端与信号处理模块、数据采集模块、微型计算机顺次相连，第四电子开关另一端与信号处理模块、数据采集模块、微型计算机顺次相连。流体流速流量测量方法的步骤如下
I)三电极非接触式电导传感器中的第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关呈成对工作状态，第一电子开关和第三电子开关作为一个工作组，第二电子开关和第四电子开关作为一个工作组，用设定频率的脉冲信号作为开关工作组的激励信号，使得两个工作组交互闭合，当第一电子开关和第三电子开关均闭合时，第二电子开关和第四电子开关断开，此时，由绝缘测量管道、第一电极、第一电感模块、第三电感模块、第二电极构成的上游传感器导通，由绝缘测量管道、第三电感模块、第二电极、第三电极、第二电感模块构成下游的电导传感器不导通，当第二电子开关和第四电子开关均闭合时，第一电子开关和第三电子开关断开，此时，下游的电导传感器导通，上游的电导传感器不导通；2)当第一电子开关和第三电子开关均闭合时，第二电子开关和第四电子
开关断开，此时，等效电路的阻抗
权利要求
1.一种流体流速流量测量装置，其特征在于包括交流激励源(I)、三电极非接触式电导传感器、信号处理模块(6)、数据采集模块(7)、微型计算机(8)，三电极非接触式电导传感器包括第一电子开关(2)、第二电子开关(3)、第三电子开关(4)、第四电子开关(5)、绝缘测量管道(9)、第一电极(10)、第一电感模块(11)、第三电感模块(12)、第二电极(13)、第三电极(14)、第二电感模块(15);在绝缘测量管道(9)的外壁等间距安装有第一电极(10)、第二电极(13 )和第三电极(14),第一电极(10)与第一电感模块(11) 一端相连,第二电极(13)与第三电感模块(12) 一端相连,第三电极(14)与第二电感模块(15) 一端相连,第一电感模块(11)另一端与第一电子开关(2) —端相连,第三电感模块(12)另一端与第二电子开关(3)—端、第三电子开关(4) 一端相连,第二电感模块(15)另一端与第四电子开关(5) —端相连，第一电子开关(2)另一端、第二电子开关(3)另一端与交流激励源(I)相连，第三电子开关(4)另一端与信号处理模块(6)、数据采集模块(7)、微型计算机(8)顺次相连，第四电子开关(5)另一端与信号处理模块(6)、数据采集模块(7)、微型计算机(8)顺次相连。
2.一种使用如权利要求I所述装置的流体流速流量测量方法，其特征在于它的步骤如下 1)三电极非接触式电导传感器中的第一电子开关(2)、第二电子开关(3)、第三电子开关(4)、第四电子开关(5)呈成对工作状态，第一电子开关(2)和第三电子开关(4)作为一个工作组，第二电子开关(3)和第四电子开关(5)作为一个工作组，用设定频率的脉冲信号作为开关工作组的激励信号，使得两个工作组交互闭合，当第一电子开关(2)和第三电子开关(4)均闭合时，第二电子开关(3)和第四电子开关(5)断开，此时，由绝缘测量管道(9)、第一电极(10)、第一电感模块(11)、第三电感模块(12)、第二电极(13)构成的上游传感器导通，由绝缘测量管道(9)、第三电感模块(12)、第二电极(13)、第三电极(14)、第二电感模块(15)构成下游的电导传感器不导通，当第二电子开关(3)和第四电子开关(5)均闭合时，第一电子开关(2)和第三电子开关(4)断开，此时，下游的电导传感器导通，上游的电导传感器不导通； 2)当第一电子开关(2)和第三电子开关(4)均闭合时，第二电子开关(3)和第四电子 (I )开关(5)断开，此时，等效电路的阻抗ZsAttJL—，当第二电子开关(3)和第四I ^fcJ电子开关(5)均闭合时，第一电子开关(2)和第三电子开关(4)断开，此时，等效电路的阻抗Zs = Rx2 + j\ AnfL ^-]，其中，f为交流激励源(I)的激励频率，C为电导传感器等效电路 I 7^fcJ中的第一电容Ctl、第二电容C1、第三电容C2的值并且Cci=C1=C2=CA为电感模块第一电感L。、第二电感L1和第三电感L2的电感值并且Ltl = L1 = L2 = L，第一电容Ctl为第一电极(10)、绝缘测量管道(9)和管道内流体形成的耦合电容，第二电容C1为第二电极(13)、绝缘测量管道(9)与管道内流体形成的耦合电容，第三电容C2为第二电极(13)、绝缘测量管道(9)与管道内流体形成的耦合电容，第一电感Ltl为第三电感模块(12)，第二电感L1为第一电感模块(11)，第三电感L2为第二电感模块(15),第一阻抗Rxl为第一电容Ctl与第二电容C1两者之间流体等效阻抗，第二阻抗Rx2为第二电容C1与第三电容C2两者之间流体等效阻抗，设置交流激励源(I)的激励频率f为三电极非接触式电导传感器的谐振频率
全文摘要
本发明公开了一种流体流速流量测量装置及方法。包括交流激励源、三电极非接触式电导传感器、电子开关、信号处理模块、数据采集模块以及微型计算机。本发明基于非接触式电导测量技术实现流体流速流量测量。发明中利用相关流速流量测量原理可以对测量到的流体电导信号进行处理从而获得流体的流速及流量的在线测量值，同时，由于使用了三电极非接触式电导传感器和电子开关，保证了两组电导信号的独立性。而串联谐振方法的采用有效消除了耦合电容对测量范围和灵敏度的不利影响。相应装置具有结构简单、成本低、非接触、无压力损耗和应用范围广等优点，为测量毫米级管道内导电流体流速、流量提供了一条有效的途径。
文档编号G01F1/712GK102645553SQ20121015627
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者冀海峰, 吕颖超, 李忠柱, 李海青, 王保良, 黄志尧 申请人:浙江大学