CN110702701A - 一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置包括：计算机，矢量网络分析仪，待测谐振腔，测试管段，透明刻度视口和电子秤。矢量网络分析仪：接收计算机的指令，并执行所述计算机的相关参数的设置，控制信号源发出激励信号，并接收经过待测谐振腔的信号，形成测试数据，矢量网络分析仪两端口采用测试同轴电缆分别与所述待测谐振腔的两个端口相连；测试管段：是谐振腔传感器测量含水多相流含水率的一部分，配有温度和电导率传感器，并开设有加液孔和加盐孔；待测谐振腔：用来测量含水多相流含水率的传感器，固定在测试管段外周；电子秤用来测量液体重量。本发明同时提供采用所述的装置实现的谐振腔传感器标定及温度、电导率测试方法。

Description

一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置和方法

技术领域

本发明涉及含水多相流检测类，测试技术领域，特别是涉及一种天然气含水率测量装置和方法。

背景技术

谐振腔传感器是精确测量含水率的一种新兴技术和有效手段，微波谐振腔法测量含水多相流含水率是近年来研究的热点，但对于谐振腔传感器测量含水多相流含水率来说，含水率的标定和流体的温度和电导是影响测量准确性重要的研究环节，然而目前在实验室对谐振腔传感器标定，温度和电导率影响因素的测试未见成型的测试装置和测试方法，研究人员在实验标定装置及研究谐振腔传感器受温度和矿化度影响时，不能够借助相关装置，没有相关的方法，造成实验研究不仅浪费大量时间而且实验效率低下，挫伤研究人员的积极性。因此发明谐振腔传感器标定装置和测试含水多相流含水率的温度和电导率影响因素实验装置和方法对于谐振腔传感器科学***的测试具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是开发一种针对现有实验室对于谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置和方法，以提升实验的科学性，准确性及可操作性，提高实验研究的效率。为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：

一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置包括：计算机，矢量网络分析仪，待测谐振腔，测试管段，透明刻度视口和电子秤，其特征在，

计算机：输出矢量网络分析仪控制指令，控制矢量网络分析仪的工作方式和信号的发射和接收，并获取矢量网络分析仪对所述待测谐振腔的测试数据；

矢量网络分析仪：接收计算机的指令，并执行所述计算机的相关参数的设置，控制信号源发出激励信号，并接收经过待测谐振腔的信号，形成测试数据，矢量网络分析仪两端口采用测试同轴电缆分别与所述待测谐振腔的两个端口相连；

测试管段：是谐振腔传感器测量含水多相流含水率的一部分，配有温度和电导率传感器，并开设有加液孔和加盐孔；

待测谐振腔：用来测量含水多相流含水率的传感器，固定在测试管段外周；

透明刻度视口：用来观测管段液位高度；

电子秤：待测谐振腔与所述测试管段置于所述电子秤上，电子秤用来测量液体重量。

优选地，所述温度传感器更靠近所述待测谐振腔的一端；所述温度传感器和电导率传感器测量端均位于所述测试管段的底部，选用插针式探头。

所述加液孔和所述加盐孔在所述测试管段远离温度传感器端的一端，且加液孔靠近透明刻度视口一段。

所述测试管段插在所述待测谐振腔中心轴线孔，所述待所述测谐振腔在测试管段中心位置。

本发明同时提供采用所述的装置实现的谐振腔传感器标定及温度、电导率测试方法，包括：

(1)天然气含水率测量标定步骤：

1)组装好实验装置，室温下，通过电子秤测量空管质量M₀；

2)采用计算机控制矢量网络分析仪采集空测试管段下的幅频曲线数据F₀，然后装满被测介质，测试管段下的质量M₁和幅频曲线数据F₁,计算测试管段总容积；

3)按实验设计和要求，采用移液器加入水量ΔV，幅频曲线数据f_r；

4)重复步骤3)直至实验完成；

5)多次测量取对应体积水量的幅频曲线数据f_r进行平均，进行含水率的计算与标定；

(2)测试某含水率下盐度对谐振腔性能的影响步骤：

1)按实验设计和要求，采用移液器加入水量V₁，测取幅频曲线数据f₁，测取温度t₁测量电导率σ₀

2)根据盐度梯度计算和设计，保持温度t₁不变，通过加盐孔，加入质量为Δm的氯化钠，测取幅频曲线数据f_s和电导率σ；

3)重复以上步骤直至实验完成；

4)多次测量取每次测量对应水量和氯化钠质量的幅频曲线数据f₁和f_s的平均值，电导率σ₀和σ的平均值，与标定步骤的幅频曲线数据f_r平均值对比，得到盐度对谐振腔测量含水率性能的影响；

(3)测试某含水率下温度对谐振腔性能的影响步骤：

1)首先加入质量m₀的沸水，测取幅频曲线数据f₂；

2)根据温度梯度计算和设计，温度传感器示数每下降一定间隔温度ΔT，控制计算机通过矢量网络分析仪测取幅频曲线数据f_t数据；

3)重复以上步骤直至实验完成。

多次测量取每次测量对应水的质量和温度的幅频曲线数据f₂和f_t的平均值，与标定步骤的幅频曲线数据f_r平均值对比，研究温度对谐振腔测量含水率性能的影响。

本发明与现有技术比较所具有的有益效果：一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置和方法能够进行谐振腔传感器的实验标定，对于温度和电导率影响因素的测试；能够科学有效快速和准确的标定，使得在温度的计量，电导率的计量，测试管道含水率的计量上更加精准；使得温度梯度变化和电导率梯度的变化测量更加有效；使得对谐振腔测试的整个实验研究进程更加快速的完成。

附图说明

图1为本发明的实验装置结构示意图

图2为本发明组成框图

101-待测谐振腔、102-测试管段、103-透明刻度视口、104-电导率传感器、105-温度传感器、106-电子秤、107-加盐孔、108-加液孔。201-计算机，202矢量网络分析仪

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明做进一步说明。如图2和所示，本发明的一种谐振腔传感器的温度、电导率影响因素分析的实验装置，包括：101-待测谐振腔、102-测试管段、103-透明刻度视口、104-电导率传感器、105-温度传感器、106-电子秤、107-加盐孔、108-加液孔。201-计算机、202-矢量网络分析仪。

计算机201通过输出指令来控制矢量网络分析仪202，矢量网络分析仪202接收并执行计算机相关参数设置的指令和控制命令，控制发射激励信号，信号经过待测谐振腔101变成测试信号，矢量网络分析仪接收测量信号，保存数据并传回给计算机。待测谐振腔101的温度和电导率特性是通过测试管段102产生温度和电导率变化完成的。

测试管段102配有电导率传感器104和温度传感器105，并配有加盐孔107和加液孔108。测试管段两端采用透明刻度视口封堵103，实验加液时可以通过透明刻度视口103封堵，观察液体高度和矫正实验装置水平。电子秤106用来测取液体重量及计算装置的容积。

进一步地，所述计算机201采用网线与所述矢量网络分析仪202相连，所述矢量网络分析仪202两端口采用测试同轴电缆分别与所述待测谐振腔101两个端口相连。

进一步地，所述测试管段102两端采用所述透明刻度视口103胶粘封堵。且所述测试管段102的一端的一段管段内在同一条直线上适当距离分别嵌入电导率传感器104和温度传感器105，所述电导率传感器104更靠近所述待测谐振腔101的一端，这样温度传感器105可以更准确的测定温度变化。所述电导率传感器104和温度传感器105测量端均位于所述测试管段的底部，选用插针式探头，探头***测试管段102。所述加盐孔107和所述加液孔108在所述测试管段远离温度传感器105端的一端，且加液孔靠近透明刻度视口一段，这是为了加液更均匀分布在测试管段102，且加液时液面波动更小。

进一步地，所述电导率传感器104采用0～5S/m测量范围的传感器，这样基本可以满足测试需要，温度传感器105采用测量范围为-5～100℃范围的传感器，且响应时间低于5s。响应时间太高，在有时间要求的温度变化过程中测量不准确。

进一步地，所述测试管段102插在所述待测谐振腔101中心轴线孔，所述待所述测传感器203在测试管段102轴向中心位置。

进一步地，测试管段102配有电导率传感器104和温度传感器105，及待测谐振腔101均放置在电子秤106上。

进一步地，所述一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置需要氯化钠药品，移液器辅助完成。氯化钠药品可以改变水的电导率，移液器可以精确加入室温下的液体体积。采用移液器和电子秤双重计量器具对所述测试管段加液计量，使操作更加精准。

进一步地，实验开始前设计实验点，包括实验时的含水率梯度变化如0.1％，温度梯度变化如2mS/cm及电导率梯度变化如5℃。当有温度变化时，水的体积会有变化。采用称质量的方法计量。

进一步地，对于谐振腔测量标定方法：

组装好实验装置，通过电子秤测量所述测试管段102空管质量M₀。采用计算机控制矢量网络分析仪采集此时幅频曲线数据F₀，然后装满水，测试所述测试管段102满管水质量M₁和幅频曲线数据F₁。通过所述测试管段102空管和满管时质量的差(M₁-M₀)，通过密度计算所述测试管段102的总容积；采用移液器加入水量ΔV，并测取质量数据m₀，采用计算机201控制矢量网络分析仪202测取幅频曲线数据f₀。采用移液器依次加入水量ΔV测试，直至实验完成。多次测量取对应体积水量的幅频曲线数据进行平均，进行含水率的计算与标定。

进一步地，测试某含水率下盐度对谐振腔测试的影响：

测试某含水率下盐度对谐振腔测试的影响，首先要加入实验设计的相应体积的水V₁，测取幅频曲线数据f₁，测取温度t₁测量电导率σ₀；保持温度t₁不变，根据盐度计算，通过加盐孔107加入少许氯化钠，同时观察电子秤106示数直到达到预设质量Δm，晃动测试管段102，待氯化钠充分溶解后，采用计算机201控制矢量网络分析仪202测取幅频曲线数据f_s。并记录此时电导率传感器104的测得的电导率σ。重复以上步骤直至实验完成。多次测量取每次测量对应水量和氯化钠质量的幅频曲线数据f₁和f_s的平均值，电导率σ₀和σ的平均值，与标定步骤的幅频曲线数据f_r平均值对比，研究盐度对谐振腔测量含水率性能的影响。

进一步地，测试某含水率下温度对谐振腔测试的影响：

测试某含水率下温度对谐振腔测试的影响，首先用移液器加入质量为m₀沸水，，测取幅频曲线数据f₂，按照实验设计的温度间隔，每隔一定温度间隔ΔT，采用计算机201控制矢量网络分析仪202测取幅频曲线数据f_t数据，并记录此时温度传感器温105示数。重复以上步骤直至实验完成。多次测量取每次测量对应水的质量和温度的幅频曲线数据f₂和f_t的平均值，与标定步骤的幅频曲线数据f_r平均值对比，研究温度对谐振腔测量含水率性能的影响。

实验结束，处理所述计算机中获取的数据，***评估谐振腔的测量性能。

Claims (5)

1.一种谐振腔传感器标定及温度、电导率测试装置包括：计算机，矢量网络分析仪，待测谐振腔，测试管段，透明刻度视口和电子秤，其特征在于，

计算机：输出矢量网络分析仪控制指令，控制矢量网络分析仪的工作方式和信号的发射和接收，并获取矢量网络分析仪对所述待测谐振腔的测试数据；

矢量网络分析仪：接收计算机的指令，并执行所述计算机的相关参数的设置，控制信号源发出激励信号，并接收经过待测谐振腔的信号，形成测试数据，矢量网络分析仪两端口采用测试同轴电缆分别与所述待测谐振腔的两个端口相连；

测试管段：是谐振腔传感器测量含水多相流含水率的一部分，配有温度和电导率传感器，并开设有加液孔和加盐孔；

待测谐振腔：用来测量含水多相流含水率的传感器，固定在测试管段外周；

透明刻度视口：用来观测管段液位高度；

电子秤：待测谐振腔与所述测试管段置于所述电子秤上，电子秤用来测量液体重量。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述温度传感器更靠近所述待测谐振腔的一端；所述温度传感器和电导率传感器测量端均位于所述测试管段的底部，选用插针式探头。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述加液孔和所述加盐孔在所述测试管段远离温度传感器端的一端，且加液孔靠近透明刻度视口一段。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试管段插在所述待测谐振腔中心轴线孔，所述待所述测谐振腔在测试管段中心位置。

5.采用权利要求1所述的装置实现的谐振腔传感器标定及温度、电导率测试方法，包括：

(1)天然气含水率测量标定步骤：

1)组装好实验装置，室温下，通过电子秤测量空管质量M₀；

2)采用计算机控制矢量网络分析仪采集空测试管段下的幅频曲线数据F₀，然后装满被测介质，测试管段下的质量M₁和幅频曲线数据F₁,计算测试管段总容积；

3)按实验设计和要求，采用移液器加入水量ΔV，幅频曲线数据f_r；

4)重复步骤3)直至实验完成；

5)多次测量取对应体积水量的幅频曲线数据f_r进行平均，进行含水率的计算与标定；

(2)测试某含水率下盐度对谐振腔性能的影响步骤：

1)按实验设计和要求，采用移液器加入水量V₁，测取幅频曲线数据f₁，测取温度t₁测量电导率σ₀

2)根据盐度梯度计算和设计，保持温度t₁不变，通过加盐孔，加入质量为Δm的氯化钠，测取幅频曲线数据f_s和电导率σ；

3)重复以上步骤直至实验完成；

4)多次测量取每次测量对应水量和氯化钠质量的幅频曲线数据f₁和f_s的平均值，电导率σ₀和σ的平均值，与标定步骤的幅频曲线数据f_r平均值对比，得到盐度对谐振腔测量含水率性能的影响；

(3)测试某含水率下温度对谐振腔性能的影响步骤：

1)首先加入质量m₀的沸水，测取幅频曲线数据f₂；

2)根据温度梯度计算和设计，温度传感器示数每下降一定间隔温度ΔT，控制计算机通过矢量网络分析仪测取幅频曲线数据f_t数据；

3)重复以上步骤直至实验完成。

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