一种冷媒两相流量计装置及检测方法

技术领域

本发明涉及两相流量计技术领域，特别是涉及一种冷媒两相流量计装置及检测方法。

背景技术

两相流是指流体同时包括两种相态。一般水-空气流(比如洗澡莲蓬头的出水)就是一种两相流，这种两相流的液相和气相物质不同，分别为水和空气。冷媒在制冷系统中经历了一系列热力过程，其中在部分部件中会以两相流(汽液)的形式流动，若能测量两相流的流量，针对冷媒研究，制冷系统的设计以及运行都有很大的益处。

与传统两相流不同的是，冷媒两相流是同一种物质的两种相态，是气相冷媒和液相冷媒平衡后的流体。传统的两相流量计一般针对油气两相流或者泥沙两相流。

目前，市面上没有专门针对冷媒的汽液两相流流量计。一般汽液两相流量计采用：压差方案和分离方案。压差方案总体依靠测量不同位置之间的压差，然后拟合出流量关系式，此方案的缺点是压差传感器价格较高，且测量精度与压差传感器数量相关。分离方案。分离方案一般是将液相与气相分离后，再单独测量流量。设备压差较大，且精度受到分离效率的影响。

冷媒流量计相对于其他流量计具有以下特点：

1)压降不应太大，否则影响系统表现；

2)冷媒的汽液是同一种物质，而油气两相流，举例来说，是石油与天然气两种不同的物质；

3)冷媒流量计对密封要求更高；

4)冷媒流量计的管径更小。

因此，需要针对冷媒两相流发明了一种新型的汽液两相流量计。

发明内容

本发明的目的是提供了一种冷媒两相流量计装置及检测方法，可以单独作为流量计使用，亦可与基于压差的两相流量计配合使用，成本较低，压降小，精度高。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种冷媒两相流量计装置，包括与被侧系统管路内径相同相等圆管、设置在所述圆管的侧壁的至少一对电极以及设置在所所述电极与所述圆管的侧壁之间设置绝缘层，在所述圆管的轴线的两个不同点的轴径方向设置一对差压孔，两个所述差压孔与压力变送器连接，通过所述压力变送器输出所述差压孔的压力变化信息，所述电极与介电常数传感器连接，所述介电常数传感器检测并输出两个所述差压孔之间的所述电极对应的介电信息，所述介电常数传感器、所述压力变送器与时域分析器连接，所述时域分析器对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值。

其中，所述圆管为导体圆管或者非金属圆管。

其中，所述非金属圆管的壁厚小于等于3mm。

其中，所述电极包括设置在所述圆管的内侧壁的内电极和/或设置在所述圆管的外侧壁的外电极，所述绝缘层包括设置在所述圆管的内侧壁与所述内电极之间的内绝缘层和/或设置在所述圆管的外侧壁与所述外电极之间的内绝缘层。

其中，所述圆管的同一轴线位置对应的径向设置至少两对所述电极。

其中，多对设置在两个所述差压孔之间的内电极或外电极均匀分布。

其中，还包括与所述介电常数传感器、所述时域分析器、所述压力变送器连接的信号过滤器，用于滤掉所述介电常数信息的低频或高频无用数据后输出到所述时域分析器。

其中，还包括设置在所述圆管外壁用于接地的屏蔽网。

除此之外，本申请的实施例还提供了一种冷媒两相流量检测方法，采用如上所述冷媒两相流量计装置，包括：

S1，压力变送器检测并输出与被侧系统管路内径相同相等圆管的一对差压孔之间的压力变化信息；

S2，在两个所述差压孔之间的所述圆管的侧壁设置至少一对电极以及设置在所所述电极与所述圆管的侧壁之间设置绝缘层；

S3，采用介电常数传感器连接电极，并输出介电信息；

S4，时域分析器对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值。

其中，所述S4还包括：

获得一组所述压力变化信息与至少两组压力变化信息后，利用所述压力变化信息、所述压力变化信息的平均数、标准差，以及所述压力变化信息、所述压力变化信息的卷积核，利用人工神经网络计算并输出两相流量。

本发明实施例所提供的射频电缆组件，与现有技术相比，具有以下优点：

所述冷媒两相流量计装置及检测方法，通过压力变送器检测并输出与被侧系统管路内径相同相等圆管的一对差压孔之间的压力变化信息，在两个所述差压孔之间的所述圆管的侧壁设置至少一对电极以及设置在所所述电极与所述圆管的侧壁之间设置绝缘层，然后采用介电常数传感器连接电极，并输出介电信息，最后通过时域分析器对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值，成本较低，压降小，精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的冷媒两相流量计装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的冷媒两相流量计装置的一个实施例中的四对电极的介电常数图；

图3为本发明实施例提供的冷媒两相流量检测方法的一个实施例的步骤流程示意图；

其中，圆管-10,差压孔-11，电极-12屏蔽网-13，压力变送器-20，介电常数传感器-30，时域分析器-40，信号过滤器-50，显示器-60。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-3，图1为本发明实施例提供的冷媒两相流量计装置的一个实施例的结构示意图；图2为本发明实施例提供的冷媒两相流量计装置的一个实施例中的四对电极的介电常数图；图3为本发明实施例提供的冷媒两相流量检测方法的一个实施例的步骤流程示意图。

在一个实施例中，所述冷媒两相流量计装置，包括与被侧系统管路内径相同相等圆管10、设置在所述圆管10的侧壁的至少一对电极12以及设置在所所述电极12与所述圆管10的侧壁之间设置绝缘层，在所述圆管10的轴线的两个不同点的轴径方向设置一对差压孔11，两个所述差压孔11与压力变送器20连接，通过所述压力变送器20输出所述差压孔11的压力变化信息，所述电极12与介电常数传感器30连接，所述介电常数传感器30检测并输出两个所述差压孔11之间的所述电极12对应的介电信息，所述介电常数传感器30、所述压力变送器20与时域分析器40连接，所述时域分析器40对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值。

通过压力变送器20检测并输出与被侧系统管路内径相同相等圆管10的一对差压孔11之间的压力变化信息，在两个所述差压孔11之间的所述圆管10的侧壁设置至少一对电极12以及设置在所所述电极12与所述圆管10的侧壁之间设置绝缘层，然后采用介电常数传感器30连接电极12，并输出介电信息，最后通过时域分析器40对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值，成本较低，压降小，精度高。

本申请对于圆管10的材质以及长度等不做限定，所述圆管10可以为导体圆管，也可以为非金属圆管。

本申请中通过测量介电常数实现对于两相流量进行检测，对于其厚度不做限定，但是由于厚度越大所造成的检测误差越高，因此，一般需要尽可能的降低厚度，一般所述非金属圆管的壁厚小于等于3mm。

需要指出的是，非金属圆管的厚度小于等于3mm，可以采用外侧布置电极的方案，否则应该采用内侧布置电极的方案。这时候，内侧电极方案中的圆管的厚度可以大于3mm，工作人员可以根据需要进行选择。

本申请中通过设置电极12与介电常数传感器30进行检测，本申请对于电极12的设置位置以及数量不做限定，一个实施例中，所述电极12包括设置在所述圆管10的内侧壁的内电极和/或设置在所述圆管10的外侧壁的外电极，所述绝缘层包括设置在所述圆管10的内侧壁与所述内电极之间的内绝缘层和/或设置在所述圆管10的外侧壁与所述外电极之间的内绝缘层。

即电极12可以设置在圆管10内，也可以设置在电极12外，还可以同时设置，同时在电极12与圆管10之间设置绝缘层，本申请对于电极12的材质、尺寸以及所述绝缘层的厚度、材质不做限定。

为了进一步提高测量精度，在一个实施例中，所述圆管10的同一轴线位置对应的径向设置至少两对所述电极12。

通过在在径向设置至少两对所述电极12，即在圆管10的周向设置电极12，提高检测的精确度，避免局部检测造成的精度下降，本申请对于同一轴线位置的电极12数量不做限定。

更进一步，为了进一步提高检测数量，一般多对设置在两个所述差压孔11之间的内电极或外电极均匀分布。

即在两个所述差压孔11之间设置多个电极12，其流量基本不会发生变化，而通过多个电极12的设置，测量其介电常数，提高检测精度。

在每个电极12位置安装多于1对电极12(2对、3对、……n对)。虽然此时流量计精度提高，但是由于计算量增大，对芯片要求提高，成本将有所上升。工作人员可以根据测量精度的需要以及使用成本，选择设置合适的电极对。

本申请对于两个所述差压孔11之间的电极12数量不做限定，对于电极12之间的间距不做限定。

由于在检测过程中，必然会存在干扰数据，为了减少或避免干扰数据造成的影响，在一个实施例中，所述冷媒两相流量计装置还包括与所述介电常数传感器30、所述时域分析器40、所述压力变送器20连接的信号过滤器50，用于滤掉所述介电常数信息的低频或高频无用数据后输出到所述时域分析器40。

沿圆管10轴径方向，首先将在设备最外侧布置一对差压孔111和2，这一对孔将连接压力变送器20测量管内压力变化。其次通过电极121，2，3，……n测量管内的流体介电常数，测量数据将通过信号过滤器50以过滤掉低频或高频无用数据。最后差压数据与介电常数数据将传输至时域分析器40进行分析，然后结果进入芯片进行两相流量计算。

为了避免外界对该检测过程造成干扰，在一个实施例中，所述冷媒两相流量计装置，还包括设置在所述圆管10外壁用于接地的屏蔽网13。

通过在管外包裹屏蔽网13并接地以降低外界干扰，提高数据的精确度，本申请对于屏蔽网13的材质、厚度等不做限定。

本设备的设计方案有以下两种：

差压方案：在管道中连接一对差压孔11，测量流体差压，同时连接至少一对电极12，测量流体介电常数。可以增加电极12以提高设备精度。

介电常数方案：去除了差压孔11，改由两对电极12，针对两组介电常数测量值进行时域分析并计算流量。可以增加电极12以提高精度。

混合方案：同时利用了差压方案与介电常数方案。

差压方案，混合方案将通过至少一对电极12或者至少一组介电常数，同时获得一组压差数据。

一般来说，介电常数的平均数与压差的平均数即可用于分析，分析结果将进入芯片中进行计算。在芯片中采用人工神经网络方法，仅通过介电常数以及差压的平均数进行计算一般可以得到较好的计算效果，但是为了进一步提高精度，还可以将多组数据的移动平均数、标准差等作为输入进行计算。

介电常数方案不同于混合方案，仅仅依靠测量介电常数来获得亮相流量，不测量差压，不需要开孔，且设备成本降低，重量大幅度减轻。

介电常数方案通过至少两对电极12，将获得至少两组介电常数数据。

如图2，通过实验发现，获得的四组数据具有一定规律，基本上介电常数2是介电常数1向后平移一段距离，介电常数3是介电常数2向后平移一段距离，虽然每组数据由于精度等问题略有不同，但是规律有迹可循。针对此特征，可以通过时域卷积神经网络获得每组介电常数的时域特征，同时获得差值的时域特征，即可用于分析并计算数据。

该图同样展示了卷积过程，首先计算每组介电常数的卷积核，然后计算两两相减之后的卷积核。上图只计算到了卷积核7，还可以继续利用介电常数1-介电常数3得到新的卷积核，卷积核越多计算量越大，对芯片要求越高，但是设备精度越高。然后再利用人工神经网络获得两相流量。

混合方案同时应用了介电常数方案与差压方案，需要一对差压接口与至少两对电极12，获得一组差压数据与至少两组介电常数数据，然后利用差压、介电常数的平均数、标准差，以及差压、介电常数的卷积核，利用人工神经网络计算两相流量。

计算完成后，将通过显示器60显示两相流量以供抄数，亦可通过信号输出接口，利用数字信号或者模拟信号将结果输出。

本申请中的装置在出厂前将进行标定。

针对使用工况，首先管径将选择与被侧样件同样的管径(内径相同)。根据防爆、安全需求，选择管壁厚度以及材质。依据使用情况，选择非金属管或金属管。一般针对密封度要求较高的高压设备采取金属管，一般针对普通低压设备最好选择非金属管。然后针对设备内流动的两相流流体进行测试，通过大量工况下的测试以训练神经网络。标定时需要获得两相流流量，一般可以通过热平衡法、分离法、加热法等多种方法获得当前两相流量，此技术较简单。

本申请中的装置还考虑了在线标定的情况。若可以得知进入设备的两相流量，则可以利用信号输入设备，在测试过程中同时输入两相流量，经过多组工况下的多次标定后，芯片将基于原有神经网络的基础上进行迁移学习，建立新的拟合模型(人工神经网络)，进一步提升今后的测量精度。

一个实施例中，本申请中的冷媒两相流量计装置如下

设备整体由管道、传感器、变送器、以及过程连接件组成。传感器包括了压差传感器，电极12，介电常数传感器30等。变送器包括了芯片、显示器60、信号输入接口、信号输出接口、时域分析器40、等等。过程连接件可以采用螺纹接口、紧固件、法兰、快接工装等机械密封件，亦可直接焊接。

本申请中的装置可以水平安装，也可以垂直安装，在特殊场合可以任意角度安装，只需要针对安装位置进行标定即可。

电磁屏蔽：采用了一张静电屏蔽网13安装在设备外侧进行电磁屏蔽，保证测量精确度。在电磁干扰较高的场合，则需考虑将电极121、3、5、……、2n+1接地用于屏蔽，而电极122、4、6、……2n用于介电常数测量。也就是说，每个介电常数测量电极12的左右两边都需要有屏蔽。

除此之外，本申请的实施例还提供了一种冷媒两相流量检测方法，采用如上所述冷媒两相流量计装置，包括：

S1，压力变送器检测并输出与被侧系统管路内径相同相等圆管的一对差压孔之间的压力变化信息；

S2，在两个所述差压孔之间的所述圆管的侧壁设置至少一对电极以及设置在所所述电极与所述圆管的侧壁之间设置绝缘层；

S3，采用介电常数传感器连接电极，并输出介电信息；

S4，时域分析器对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值。

由于所述冷媒两相流量检测方法，为上所述冷媒两相流量计装置对应的方法，具有相同的有益效果，本申请对此不做赘述。

为了减少对于误差干扰，在一个实施例中，所述S4还包括：

获得一组所述压力变化信息与至少两组压力变化信息后，利用所述压力变化信息、所述压力变化信息的平均数、标准差，以及所述压力变化信息、所述压力变化信息的卷积核，利用人工神经网络计算并输出两相流量。

测量数据将通过信号过滤器以过滤掉低频或高频无用数据，提高检测精度。

本申请对于信号过滤器以及其类型不做限定。

本申请中的时域分析器对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值，该过程可以是上述的差压方案、介电常数方案，还可以是上述的混合方案，本申请对此不作限定。

工作人员可以根据需要选择合适的计算方法，可以同时通过三种方法进行计算，选择其中精确度最高的方法。

综上所述，本申请实施例所提供的所述冷媒两相流量计装置及检测方法，通过压力变送器检测并输出与被侧系统管路内径相同相等圆管的一对差压孔之间的压力变化信息，在两个所述差压孔之间的所述圆管的侧壁设置至少一对电极以及设置在所所述电极与所述圆管的侧壁之间设置绝缘层，然后采用介电常数传感器连接电极，并输出介电信息，最后通过时域分析器对所述压力变化信息、所述介电信息进行时域分析后输出流量值，成本较低，压降小，精度高。

以上对本发明所提供的所述冷媒两相流量计装置及检测方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。