基于容抗法的瞬时液膜厚度测量系统设计
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采用双针电容式传感器可以解决圆柱形电容式传感器存在的边缘效应，并且双针电容式传感器的灵敏度高、线性特性好。图2所示双针结构的电容式传感器的电容值为
式中，ε为被测气液两相混合物的介电常数；l为管道直径(探针的有效长度，己知)，h为液膜高度(没入水中的探针长度，待求)，r为探针的半径，单位mm；d为两探针间的距离，单位mm。
在室温条件下，水的介电常数为80，空气的介电常数约为I，ε0、I、d、r为常数，忽略气液两相流中含有的杂质的影响，气液两相流可近似看成空气和纯水两种介质的混合。其有效介电常数为：
式中a表示液膜厚度百分比(浸入水中的探针高度和管道直径的比值，即a=h／l)，ε表示被测气液两相混合物的介电常数， ε空气表示空气的介电常数，ε水表示水的介电常数。所以，很小的持液率变化就会引起气液两相流混合物的介电常数较大的变化，所以可以将介电常数的变化反映为电容值的变化，通过测量电容值就得到液膜厚度。由于油田现场一般温度变化比较大，ε空气和ε水会随温度的变化而变化，这样就会引起温度漂移，同一持液率不同温度下测得的电压值就会不一样。目前的仪器对于这些误差和温度漂移处理的精度不是很高。在此，采用容抗法，从传感器结构和测量电路以及数据处理方法上来解决上述问题。
2．2 检测电路设计
检测电路原理框图如图3所示，激励信号直接采用信号发生器输出的正弦波信号，检测电路主要由C／U转换电路、有源整流电路和有源滤波电路三部分组成。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/193671.htm
2．2．1 C／U转换电路
图4为C／U转换电路。其中，SW-DIP4为四输入拨位开关，用来切换量程，采用LM358通用双运放作为电压放大器。Uin为正弦波，VD1-VD4为过压保护二极管，防止损坏电容探针传感器，其特点是负反馈电阻R1、R2、R3、R4的阻值依电容量程而定，并且以被测电容CX的容抗XC作为运放的输入电阻。
选择合适的量程档位，使U2B的电压增益与XC成反比，输出电压Uout与XC成正比，从而实现了C／U转换。
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