使得不需要的导电电流能够流动。
[0032] 上面所讨论的图3示出了与包括两个阻抗测量电极1的阻抗传感器的流垂直的截 面，两个阻抗测量电极1与穿过计量器本体的内表面所包围的导管的流相接触。该流处于油 连续态并且因此没有显著的导电电流流过该流。采用箭头所示出的泄漏电流通过沉积在计 量器本体的内表面上的导电层在电极之间流动。在图中也示出了电位移场（electric displacement field)等值线。
[0033] Tore Tjomsland等人的论文（见下面的完整参考文献)讨论了与各种原油的介电 常数的虚部和频率的关系有关的问题。
[0034] 此处，需要重点注意的是，沉积物层的早期检测可在不测量混合物电容的情况下 使用在本发明中所描述的想法来实现。正如在本发明中提出的，预先获知流的类型(该情况 下为油连续流)W及获知为纯油电导率的60倍的导电率足W推断出存在导电沉积物层。
[0035] 另外，考虑到典型的油电导率在纳西口子/米(nanoS/nO到皮西口子/米(picoS/m) 的范围之内而水连续流中的电导率处于西口子/米（S/m)区域，在混合电导率落在微西口 子/米(microS/m)到nanoS/m区域中（远低于水连续流时通过流量计所读出的测量值的区 域，例如S/m至毫西口子/米(milliS/m)电导率范围）时，本发明将获知沉积物层/化学品注 入的存在。
[0036] -个示例是处于油连续流状态的情况，其中，静态电导率被用来通过测量传导检 测针与金属本体之间的电导来监测沉积物的存在，传导检测针的半径为2mm高度为5mm并且 在该传导检测针与金属本体之间具有1cm的绝缘材料。由具有IS/m的电导率的材料制成的 导电层在层厚度落在纳米的范围中时将使混合电导率增加到油电导率的60倍，该层厚度可 能是有经验技术人员所看不得见的。另外，大多数情况下，运种沉积物负担不影响流测量装 置的性能。在运种意义上，未利用本发明的流测量装置不能用于监测沉积物层的发生。由于 沉积物抑制剂化学品的注入对测量的影响通常与沉积物层的情况下所产生的影响相似，现 有技术与本发明不同将不能检测痕量或低浓度的抑制剂注入。
[0037] 在图4中所示出的电气网络给出了简化等效电路，该简化等效电路针对连接在出 口电极/检测针7与另一电极/检测针或者计量器本体8之间的、处于油连续流体系中的导电 沉积物层的情况。分量Cm和R"表示流测量所关注的参数并且与在图2中引入的参数相同。
[0038] 在图4的运个网络中，U和Rm用于描述流的复数阻抗而Rd是沉积物层的电阻，沉积 物层的电阻与沉积物层的电导率成反比。如果Rd比最小Rm少得多，则可呈现为W/0混合物进 而
泮且因此，传感器所测量的混合物电导率将受层的电导率支配并且传感器能 够提供用于导电沉积物层的存在的信号。
[0039] 也值得评论的是，因为网络的所测量的电容U的重要性没有变化，并且它仍然是 关注的测量参数，该传感器因此应该被仔细地设计W便a)能够测量流的复数阻抗，b)覆盖 由Rd测量所指定的复数阻抗的实部的扩展动态范围，C)能够在存在导电泄漏电流时W足够 的精度测量流电容U，并且因此，d)使得能够在沉积物体积分数与传感器的体积相比足够 小时在没有性能劣化的情况下进行准确的流分数(flow fraction)计算。
[0040] 在W流电容和层电导两者为目标的测量中，本发明所描述的技术的实施例可W通 过对传感器被低通滤波的矩形脉冲502激励时的系统响应进行瞬态分析来实现。如图5a和 化所示，在运种实施方式中，矩形脉冲501由脉冲发生器51生成而低通滤波器52限定用于待 实施的测量的所关注频率。信号502通过电极53激励流54并且第二电极55用于监测流过电 荷放大器56的电流，电荷放大器56例如被实现为具有有限DC反馈的低阻抗输入密勒积分 器。图5a给出信号处理系统的示例，完整的信号处理系统将包括电荷放大器56的、连接到合 适的信号转换装置(例如ADC)的输出端，后面是储存和分析测量结果和其趋势的数字信号 处理器。所述信号处理器也可W包括例如数字存储器的存储装置，该存储装置用于存储例 如为提高测量精度而用于比较和分析的数学模型，该模型根据环境因素进行调整。
[0041] 通过对激励子电路和接收子电路进行仔细的部件选择和电气分析择，如图加所 示，能够分别限定采样时间tcm和tRd，采样时间tCm和tRd使得能够对流电容和层电阻进行同时 精确测量。时间tCm在运里被定义为从脉冲的激发to直至相等电压点的时间，即输出电压保 持未受并联电阻的改变干扰的时间。在运里，无论在时间tRd处所测量的层电阻的大小，流的 电容(该情况下为0.化F)在时间tCm处被正确地测量。时间tRd是输出电压已经达到稳定值的 时刻，并且当然比激励脉冲的半周期更短。作为仪器电子设备开发流程或相似流程的一部 分，运两个时间步长的选择可W由人进行。脉冲宽度应该足W确保通过低通滤波器所选择 的频率能够激励电极。输出电压至流电容(在采样时间tc"处的输出电压)和层电阻(在采样 时间tRd处的输出电压)的映射通常在电子设备的生产期间通过校准来实现。
[0042] 在相同图5b中示出了该测量非常快并且流电容和层电阻两者的单次测量能够在 激励脉冲的半周期内完成。在特定示例中，激励脉冲的频率是22kHz并且低通滤波器3地频 率在100曲Z处，使得能够W优于25微秒的时间分辨率对有效流复数阻抗进行连续监测。
[0043] 当实现该技术时，必须按照计量器和电极/检测针的尺寸、目标值W及要处理的电 容和阻抗的动态范围来设计对脉冲和3地低通滤波器频率W及激励和接收子电路部件的选 择。
[0044] 水连续流(水中的油0/W)的情况
[0045] 根据化anai，1963)，W/0中的混合物有效介电常数的实部（Em)与油介电常数(ε。)和 水介电常数(Ew)的关系由下式给出：
[0046]
[0047] 其中，巫是油分数比（oil fraction ratio)并且巫=1-β，β为水分数比。
[004引假设水的介电常数的实部为81W及油的介电常数的实部为22,运些是在文献中找 到并且在本申请仅仅用于理解该技术的值，则0/W混合物的介电常数的相对实部按照如图6 所示的因 ?
改变。
[0049] 因此，有效介质介电常数的实部随着油量增加而降低并且流保持在水连续相。
[0050] 0/W中的混合物有效介电常数的虚部与水分数比的关系由下式给出：
[0化1 ]
[0052] 如图7所示，其中Φ是油分数比。因此，与混合物电导率有关的有效介质介电常数 的虚部随着油量增加而降低并且流保持在水连续相。
[0053] 再次参考如图2所示的传感器所测量的混合物的等效电路，现在随着油分数增加 并且混合物保持在水连续态，有效介质的电容U减小并且有效介质的电阻Rm增加，其中
L为电阻器Rm的长度，A为电阻器Rm的横截面积W及为电阻器Rm的电导率。
[0054] 在水连续流中，存在于水中的盐使得水导电并且因此当传感器激励流时，流过U 的电流将被Rm旁路。能够看出，对于100%水分数，如果测量在频率fc处做出，则流过Cm的电 流等于流过Rm的电流，fc由下式给出：
[0化5]
[0056] 其中，川是自由空间的介电常数（ε〇 = 8.854 · l〇-i2F/m)。
[0057] 对于〇w=lS/mW及Ew=81，在220MHz的范围内计算使得电流振幅相等的频率。
[0058] 考虑到在水连续流中的测量是在比fc明显更低频率处做出的，复介电常数由虚部 支配，借此流电容(有效介质介电常数的实部）的变化对于流测量而言是可忽略的。由于传 感器的电子器件中的寄生效应W及电极与流之间的表面上的双层极化效应，对流电容在水 连续流状态中的微小变化进行监测是复杂的。做出阻抗测量的最佳频率位于lOkHz至20MHz 的区域，在该区域中，双层极化效应被避免。
[0059] 图8示出了包括介于电极与流15之间的电容层12的电极配置11。在该层的侧面(一 侧附接到激励电极并且另一侧附接到流体)之间具有电压差。激励电极的所有部分处于等 电位值，因为它是良导体。图中的等值线示出了电势(V)W及箭头示出了电流密度(A/m2)。
[0060] 在基于图8中的配置的W下示例中，我们看到包括两个电极/检测针11的阻抗传感 器的垂直截面通过不导电的绝缘材料16与计量器本体14隔离。流15被认为是导电的并且两 个电极11由面积为A并且厚度为d的电容层12部分地覆盖。左侧电极被认为是激励电极而右 侧电极是接收电极。在左侧电容层上能够看到在接触电极(电极电压是IV)的层表面和与流 (流电压是大约0.9V)接触的表面之间具有电压差。为了简便假设两侧的电压是恒定的并且 忽略靠近电容层的顶侧和底侧的电磁效应，平板电