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两相流流量测试技术摘要：两相流流量检测在工业上有着十分重要的意义，本文综述了两相流流量测试的一些常见方法和最新进展，主要包括孔板流量计，弯头流量计，哥里奥利力式流量计，热式质量流量计 ，超声波流量计，电磁流量计 ，相关法测流量，分流分相技术等。关键字：两相流，流量，流量计1.简介1.1两相流的流量单位时间内流过任一流道截面的流体的总质量称为质量流量，用W，kg/s表示。对于气液两相流动，有流道单位截面通过的质量流量称为质量流速，用G，表示：单位时间内流过任一流道截面的流体的总体积称为体积流量，用Q，表示，对于气液两相流动，有：1.2两相流测量的重要性 多相流在自然界、工程设备及日常生活中都是广泛存在的，随着科学技术的迅速发展多相流动体系在国民经济和人类生活中的地位日益重要。多相流动体系中又以两相流动体另最为普遍，尤其是气液两相流现象在化工、石油、电力、制药和生化等工业部门都是普遍石在的。 在原油开采过程中，从井口喷出的常常是原油、天然气和水三种组分的混合物(有时混合物中还夹杂砂子)。为了确定各油井的原油和天然气的产量，或观测另底地层中储油构造的油气含量情况的变化，需要在线测量管线中原油、天然气和水三者的体积流量或质量流量。 因此，在许多生产过程中，两相(气液、气固和液固)流体或多相(多组分)流体的测量和控制是一个亟须解决，而又长期未能很好解决的难题。 由于两相流动或多相流动比单相流动不仅流动特性复杂得多，而且相间存在着界面效应和相对速度，致使参数检测的难度较大。为此，世界各工业发达国家均做了大量研究工作如，辐射线技术、激光多普勒技术、核磁共振技术、超声波技术、微波技术、光纤技术、期冲中子活性示踪技术、相关技术及流动成像技术等。也有很多研究工作是应用传统的单相流仪表和两相流模型进行多参数组合辨识而检测的。这些两相流参数的检测技术和方法大都处于实验室应用研究阶段，已商品化的工业型仪表为数还很少，两相流参数检测是一个亟待发展的研究领域。两相流动或多相流动是一种复杂的、多变量随机过程，随着随机过程理论的逐步发展和信号处理技术的不断完善，应用统计的方法和过程辨识理论与技术，进行两相流参数的估计将成为重要的发展趋势之一。当今计算机应用技术的发展，获取多个信息量对两相流流体局部空间区域，应用流动在像技术进行微观测量也将是重要的发展方向之一。研制高灵敏度和稳定度的阵列式传感器，以边到较准确地测量离散相的浓度及其分布是重要的基础工作。空间滤波器法、相关法和激光多普勒法在测量两相流流速方面将获得广泛的应用。如何将成熟的单相流检测技术用于两相流参数检测仍将是受到普遍重视的研究方向。2.两相流流量测试方法2.1孔板流量计孔板流量计是最常用的一种利用压差原理测量流量的节流式流量计。用于测量单相流体已非常成熟，且已标准化。其基本原理如下：图1 孔板流量计结构原理图2.1.1 孔板流量计原理孔板流量计是通过改变流体在管道中的流通截面积从而引起动能与静压能的改变来检测流量的装置。其主要元件是在管道中插入的一块中心开圆孔的板，流体流经孔板时因流道缩小、流速增加，即动能增加，且由于惯性作用从孔口流出后继续收缩形成一最小截面(称为缩脉)22。缩脉处流速最大因而静压相应最低，在孔板前上游截面l与缩脉截面2之间列伯努利方程：式中缩脉截面2的准确轴向位置以及截面积均难于确定，因此、也难于确定。兼之实际流体通过孔板的阻力损失等尚未计及的因素，般工程上采用规定孔板两侧测压口位置，用孔口流速代替并相应乘上一个校正系数C的办法进行修正，即式中为孔板两侧测压口处的压力。又根据连续性方程带入可得其中，称之为孔板流量系数。故管道内流体质量流量可以写成，2.1.2孔板流量计测量气液两相流动由于流经孔板时的两相流体流动工况较为复杂，流动压差和流量、含气率之间的关系与流型有关，不同的流动模型将得到不同的计算关系式。基本的流动模型有均相模型和基于分相流动的动量模型。虽已有不少应用孔板进行的测量和研究，也取得一定进展，但仍在不断地开发之中。1.均相模型均相流动模型把两相流体作为充分混合的单相流体，均相混合物的比体积计算式为： 可以得到流量公式为：此式适用于折算液速或折算气速高的流动工况，另外，一些试验表明，用均相模型求得的流量值高于实际值，在低压情况下，尤为显著。2. 动量流动模型 动量流动模型是以分相流动模型的动量守恒方程式为基础，忽略重位压降和摩擦压降项，导出两相流体流过孔板的压降。Chisholm以此模型为基础，运用分液相、分气相求得压降，即求液相流量单独流过孔板时动量变化引起的压降和气相流量单独流过孔板时动量变化引起的压降，得出，其中，S为滑速比；Murdock按此模型根据实验数据得到：我国林宗虎也利用标准锐边圆孔板测量了气液两相流的含气率和流量。 试验是在氟里昂流体回路上进行的，并归纳了其他学者的试验数据，得出了适用范围较广的计算式：其中，是的函数，可由下图查取。 上述一些计算式均同经验式或半经验式，因而各计算式的应用范围不应超出得出此计算式的试验参数范围，否则计算误差便会急剧上升。2.2弯头流量计弯头流量计可用于测量单相流体，气固两相流体，气液两相流体和液固两相流体，其工作原理为利用流体流过弯头时由于离心力造成弯头内外壁的压力差和流体流量之问的相互关系来测量流量。通过测量弯头内外壁面之间的压力差就可以计算出流体的流量。图2是弯头的结构参数，速度分布及测压管路的示意图。弯头内侧半径为r1，流体速度为U1，弯头外侧半径为r2，速度为U2.弯头内速度分布可以看成是按双曲线分布，即，其中C为常数。图2 弯头测流量示意图流过弯头的质量流量经积分运算后可按下式计算：，其中R为弯头中心线处的半径； 为两相混合物的平均密度；应用伯努利定律计算弯头内则及外侧的压力差，有：联立以上二式，可得：实际应用时，通常要乘上一个流量修正系数，这样实际流量公式为：有学者研究表明，在弯头的弯转角为60180度时，弯头流量修正系数近似为常数，其值约为1.07.当弯管结构参数都确定时，只要通过已知流体平均密度和测压管测定的压差就可以计算出流量，流量公式可以写成：弯头式流量计用于测量两相流流量的优点在于不产生因测量流量而带来的附加压力损失，在测量气液两相流流量时，对于气液两相流的脉动工况不敏感。但在测量气固两相流流量时，应注意寻压管的堵塞问题。应用弯头式流量计测量气固两相流时，固相浓度值不宜过高。且这种流量计较难标准化，应在现场进行调整试验后方可应用。2.3 毕托管毕托管的构造如图3所示。它由两根弯成直角的同心套管组成，内管壁无孔，外管靠近端点处沿着管壁的周围开有若干个测压小孔，两管之间的环隙端面是封闭的。为了减小涡流引起的测量误差，测速前端通常做成半球形。测量时，毕托管的管口要正对着管道中流体的流动方向。U型管压差计的两端分别与毕托管的内管与套管环隙连接。 设在毕托管前一小段距离的点处的流速为，压力为; 如内管已充满被测流体，则后续流体到达点处即被截住，速度降为零，动能转化为静压能，使点处的压力增至。此时内管代表的是静压能和动能之和，称为全压，即: 。因外管壁面四周的测压小孔与流体流动方向平行，所以外管代表的是流体的静压能。由以上分析可知，U形管压差计读数反映出的是全压与静压能之差，即：，故图3. 毕托管原理图实际应用时需要对上式进行修正，主要原因有两个：一是由于两个小孔并不是在同一个断面上，因此测得的并不是同一点的能量；二是毕托管的放入对流体造成了扰动影响。修正后为：，c为修正系数，一般为0.981，通常去c=1. 以上分析是针对单相流体而言的，当应用毕托管测量两相流体流速时要求两相间没有速度漂移，即只适用于气液/气固两相混合均匀的场合，如细泡状流，雾状流等。具体公式为：，其中应用皮托管测量x或G主要存在的问题是：两相流体在管道截面上速度分布很复杂。影响因素又多，因此皮托管安装位置对测量结果有用膜式分离器，分离效率不高，测量精度低；加之流动模型可能未能充分反映实际过程而造成偏差。2.4 力学法测流量2.4.1 哥里奥利力式流量计哥里奥利力式流量计是根据牛顿第二定律建立起力、加速度和质量三者关系的质量流量计。它的原理如图4 所示。用一个U形管和一个T形簧片作流量计的主体，U形管的开口端和T形簧片的横端均被固定住，另端用电磁激励，使其产生垂直于图面方向的振动，并利用光电检测器将此振动检测出来。图 4 哥里奥利力式流量计结构图U形管的扳动迫使管内的流体和它一起运动。设流体从图中下面的管口流入，从上面的管口流出，U形管内流体质点受一个哥里奥利力的作用，流体质点也对管子产生一个大小相等方向相反的作用力。由于流体在两臂内流动的方向相反，所以U形管两臂承受的这个力的方向也相反，故U形管是受到一个力矩。在这个力矩的作用下U形管产生扭转变形，测得这个变形即测得了管内流体的质量流量。U形管的振动可以看成是绕固定端助瞬时转动，其角速度为，管子里流体的流速为V，如果流体的质量是m，则流体质点上作用的哥里奥利力式流量计为由于V1和V2的方向相反，所以两个哥氏力的方向也相反，这样造成了一个绕O-O轴的力矩M，若结构对称，则该力矩可以写成力矩M使得U形管扭转一个角度，有，其中，K为U形管扭转弹性系数这样，管中流体质量流量G即可得到，再利用光电检测器，把U形管扭转角度转换成两个脉冲信号之间的关系，其中，是管子安装在光电检测器处的速度另外， ，L为管子长度；最后有哥里奥利力式流量计测量流量时受两相流体速度场分布情况助影响较小，因而在测量时不需要有一前置稳定直管段2.4.2 角动量式流量计图5 是一种角动量式质量流量计的结构示意图。这种流量计主要由一被电动机带动作恒速转动的多叶道涡轮和一静子组成。两相流体流入涡轮后随涡轮一起旋转，旋转的两相流体从涡轮流入静子后给静子施加一个力矩。由于此力矩是和两相流体的质量流量成正比的，因而测出此力矩即可算得流过管道的两相流体质量。质量为的两相流体对涡轮轴线的动量矩为其中，当此两相流体进入静子后，旋转运动受阻，动量矩发生变化根据动量矩定律，动量矩变化等于冲量矩，两相流体进入静子后所受到的冲量矩为：联立以上各式有，2.5 热式质量流量计热式质量流量计是在加热流体时利用测量热的传递、热的转移或是利用热量消散效应来测得流体质量流量的流量计。基于热量传递转移效应的产品有热分布式流量计、托马斯流量计和边界流量计；基于热量消散效应的产品有侵入型热消散式流量计和热线(热膜)风速计。与其他形式的质量流量计相比较，热式质量流量计能够测量极低流速的微小流量。它的结构中不存在可动部件，可靠性高。如无分流管的热分布流量计没有阻流元件，测量不会引起压力损失；带分流管的热分布式或侵入式流量计虽有阻流件，但压力损失很小。热式质量流量计也有其不足之处：热式质量流量响应慢；被测流体组分变化较大的场所，因值和传热系数变化，测量值会有较大变化而产生误差；对小流量而言，仪表会给被测流体带来相当热量；对于细管型仪表若流体在管壁沉积垢层会影响测量值，而且易堵塞，必须定期清洗。2.5.1 托马斯流量计托马斯流量计是一种接触式流量计，它由外热源对被测流体加热，测量因流体流动而造成的温度变化来反映质量流量，或利用加热流体时流体温度上升所需能量与流体质量流量之间的关系来测量流体质量流量。通过托马斯流量计的流体质量流量W为：其中， E单位时间内输给流量计的电功率；流体的定压比热容；对于气液两相；对于油水两相，为含油率；T热源前后两测温点的温度差。 2.5.2 热分布式流量计热分布式质量流量计的工作原理如图6所示，在测量管外绕有两个阻值相同、位置对称的线圈，并与另外两个电阻组成一个直流电桥。电阻线圈既是加热元件，又是测温元件。电桥通有恒定的电流，对测量管道内的流体进行加热。当流体静止时，两线圈平均温度相同，线圈中心线上下游温度分布是对称的，如图中虚线所示；当流体流动时，上游线圈温度下降，下游线圈温度上升，测量管中的温度分布曲线发生改变，如图中实线所示。测出两线圈电阻值变化，即可求出两绕组温度差T，T与质量流量W的关系为式中 A线圈与周围环境的总热传导系数； K一比例系数。图6 热分布式流量结构图3.浸入型热式质量流量计浸入型热式质量流量计又称插入式热式质量流量计，它是在原来热线接触式流量计的基础上发展起来的一种坚固型热式质量流量计，近年来得到很快的发展。浸入型热式质量流量计结构原理如图 7示，它有两个探头浸入被测流体中，一个含有加热器的速度探头Sl和一个不含加热器的温度探头S2，其中Sl用来测量被流体带走热量后探头壁面的温度，S2用来测量来流温度。根据能量守恒定律，给速度探头加热的功率Q应等于流体流过探头带走的热量。式中 h表面传热系数；A圆柱形探头表面积；、速度探头和温度探头所测得的温度。图7 浸入型热式质量流量计结构原理图量热式流量计用于测量气液两相流的流量在接近大气压下测量气液混合物的质量流量时，由于气液两相的密度差很大，所以测量的质量流量实际上为液相的质量流量随着压力增大，气液密度差减小，测出的混合物质量流量才包括了气液两相的质尺流量。此时，要分别测定气相及液相的质量流量，除应用量热式流量计外，还要应用一种流量计或密度计。 量热式流量计用于测定气固两相流的质量流量还存在一定困难。例如固体颗粒的温度变化滞后于气体，此外要测准气固两相流的温度也不易实现这些都影响到测量精确性，因而不宜将量热式流量计用于测气固两相流的质量流量。2.6 超声波流量计超声波流量计常用的信号检测方法有时差法、相位差法、频差法、多普勒法、相关法、波束偏移法和噪声法等。由于时差法、相位差法和频差法的基本原理都是通过测量超声波脉、肆顺流和逆流对速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法，其中时差法和频差法克服了声速随流体变化带来的误差，准确度较高，被广泛应用。多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮粒、气泡等流体流量的测量。相关法是利用检点关技术测量流量，因此在原理上此法的测量准确度与流体孛的声速无关，也与温度、浓度等无关，准确度高，适用范围广，特别在微处理器普及且相关器产品繁多，价格较低廉的今天，相关流量计有着十分广阔的发展前途。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反应流体流速的，低速时，灵敏度很低，适用性不大。噪声法是利用管道中流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值，其结构及原理最为简单，但只适用于流量测量准确度要求不高的场合。超声波流量计由超声波换能器、电子线路和流量显示三部分组成。目前，传播速度差法(时差法、相位差法、频差法)和多普勒法是工业超声波流量计中采用的最多的方法。应用传播速度差法测量两相流体时只能测得两相流体的流速，要测得其质量流量还需配用一密度计以测得两相流体的密度，然后经运算后才能得出两相流体的质量流量。2.6.1 传播速度差法1. 时差法时差法测量液体的原理如图8 所示，利用声波在液体中传播时，声波与流体流动方向不同传播速度不同的特点，测定其顺流传播时间和逆流传播时间的差值，计算流体流动的速度和流量。图 8 时差法原理图设静止流体声速为C，流体流动速度为V，把一组传感器P1、P2与管道轴线安装成角，L为传感器的距离，D为管道内径)。从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为从P2到P1逆流发射时，声波传播时间t2为：一般，所以两种传播方式的时间差为：根据上式可求出速度V，再求出流量Q。2. 相位差法从上式看出V受C的影响大，C又受温度、物性、干度等因素的影响。此外的量级很小，约为秒，测量t则需要复杂的电子仪器。所以常采用测量连续超声波在顺流和逆流传播时接收信号之间的相位差，简称相差法。设连续波的角频率，则3. 频差法频差法超声波流量计是在直接时差法和相差法的基础上发展起来的，在被测流体内由两对超声波发射器组成两个通道，一个通道接顺流方向发射超声波，另一个通道接逆流方向发射超声波。设顺流发射时，发射声波的频率为f1，即：逆流发射时，发射声波的频率为f2，即：频差为：由此可见，测量出频率差值，就可以得到流速V，而且式中不含C，故测量结果与温度无关。2.6.2 多普勒法多普勒频移法的原理是声波的多普勒效应。声波的多普勒应是声源与接收器发生相对运动时，接收器接收到的声波频率会有变化，称之为多普勒频移。可推导出接收器接收的声波频率f为：接收器固定时：声源向接收器靠近，声源远离接收器时声源固定时：接收器向声源靠近时，接收器远离声源时，当颗粒将接收到的f1频率的声波传入接收器时，接收器接收到的声波频率为f2，即：因此声波接收器和发送器问的多普勒频移为：考虑到，所以上式可以写成：即，速度与多普勒频移成正比。测定就可以得到两相流体流速；2.7 电磁流量计电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律的工作原理来测量导电流体体积流量的仪表。自1932年第一台圆形管道的电磁流量计问世以来，随着材料科学、电子学及微型计算机的飞速发展，电磁流量计得到了快速的发展，其可靠性高、耐腐蚀性强、容易变更测量范围的特点，使其成为目前广泛应用的体积流量测量仪表。电磁感应定律是法拉第最早通过实验发现的。实验表明，通过导体回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势及感应电流。感应电动势的大小与同回路相交的磁通随时间的变化率成正比，其方向由楞次定律决定。根据楞次定律，感应电动势及其所产生的感应电流总是力图阻止回路中的磁通的变化。因此，回路中感应电动势E的大小和方向可表示成具有一定导电性能的流体在置于磁场中的管道内流动，由于导电流体流动时切割磁力线，也会在流体中产生感应电势感应电势的方向仍可按右手定则确定；感应电势的大小出下式确定：流过管道一定断面的体积流量等于该断面的面积与流速的乘积，对于圆形管道，以平均流速V流过测量管的体积流量为有， 由式可以看出，当磁感应强度B和测量管内径D一定时，感应电动势E与瞬时体积流量是线性关系，而与其它物理参数无关，这也是电磁流量计的最大优点之一。 图 9 电磁流量计原理图电磁流量计从法拉第提出概念到实际的商品化应用经过了一百二十多年的发展，与其它类型的流量计相比，电磁流量计是一种测量精度高、应用范围广的流量仪表，具有以下显著优点：(1)测量通道是光滑直管段，不因流量检测的方法原因产生压力损失，压力损失极小，无可动部件；(2)流量测量不受流体温度、压力、密度、粘度等条件影响；(3)可对多相流进行测量，精度高，量程宽；(4)输出电动势正比与流体的截面平均流速，且动态范围不受限制；(5)输出电动势与流速变化同步，响应速度快；(6)可测流体的正反向流量。尽管电磁流量计具有上面所述的许多优异的性能，但在使用上也存在着一定的局限性，其不足之处有：(1)要求被测量流体必须是导电的，因而有可测量最低电导率的限制，如不能测量电导率很低的液体，如石油制品；(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；(3)流速分布影响测量精度，对直管段有要求；(4)因传感器材料原因不能用于较高温度的测量场合。2.8 相关法测流量应用相关法可以测定管内两相流体的流速和容积流量。如要测定两相流体的质量流量，则还需和一密度计配合使用首先考虑流体在封闭管道内的流动。如图 10 所示：图 10理想流体在管道中的流动a-a和b-b分别是与流体流动方向垂直的两个流通截面，它们彼此沿管道轴线方向相隔一已知距离L。当流体流动时，如果暂不考虑流体内部存在的黏性阻力及管道内壁对流体的摩擦作用，则可以简单地认为截面上各处的流体是以同一速度，即以液体的体积平均流速从截面aa流动到截面bb，那么:由于截面aa和bb之间的距离L是已知的，因此，只要能确定时间间隔T，就可以按下式计算出流体的体积平均流速这样流速测量问题就转化为时间间隔的测量问题了。相关流量计的工作原理可以用图 来说明。可以看出，在沿管道轴线相距为已知距离L的两个截面aa和bb处，分别安装有结构完全相同的某种物理效应（例如光学，电学，声学等）的传感器。按照流体的流动方向，一般将这两个传感器分别称为上游传感器和下游传感器，在工作时，这些传感器会会向被测流体发射一定幅度的能量束，或者在一定的空间范围内形成一定程度的能量场。当被测流体在管道内流动时，流体内部自然发生的随机噪声现象，例如，单相流体内部湍流“旋涡”的不断产生和衰减，两相流体中离散相颗粒的尺寸分布的随机变化，以及多组分流体中各组分的局部浓度的随机变化等，都会对传感器发出的能量束或它们所形成的能量场产生随机调制作用（幅值调制，相位调制或者两者的混合调制作用等）。随之，传感器中的敏感元件会检测到这些调制作用引起的随机噪声信号，并产生相应的物理量的变化。当然，这些物理量随时间的变化也将呈现随机的性质。最后，通过适当的信号转换电路，就可以分别从上，下游传感器提取出与被测流体流动状况有关的流动噪声信号x(t)和y(t)。图 11 相关法测流量原理图如果两传感器间的距离足够小，流体在上下游传感器之间的流动时流动特性的变化较小，则随机信号x(t)和y(t) 将基本相同，只是y(t)比x(t)有一个时间上的滞后。将信号x(t)和y(t)作互相关运算，则互相关函数为：互相关函数图形的峰值（最大值）位置所对应的时间就是两信号间的滞后时间，一般称为渡越时间。图 12 互相关函数图形因此，流体的传播速度可以按下式计算: ，通常称 为相关速度。在理想流动状态下，即流体在上下游传感器流动符合Taylor 的“凝固”流动图形假设，即当流体从上游截面流动到下游截面时，流体中的涡旋或离散相颗粒都以同样的速度移动，则被测流体的体积平均流速 可以用相关速度表示，即因而，被测流体的体积流量Q 可表示为以上的叙述，只是在极为简化的前提条件下，对相关流量测量技术的基础原理所作的一种说明。实际上，运用相关流量测量系统来实现单相或两相流体的流速或体积流量的测量时，还有许多影响因素，需要在设计和使用该系统时予以考虑。主要应考虑的有以下几点：1检测流动噪声的传感器通常都具有一定的几何形状与尺寸，它对被测流体内部的随机噪声实际上起了一个空间滤波作用（低通或带通）。又由于被测流体在管道横截面上的各点的速度并不相同（取决于流速分布廓形），这样一来，所检测到的随机流动噪声在上，下游传感器之间的传递时间并不一定反映了被测流体的平均游动速度的大小。2在测量两相流体时，上，下游传感器所检测到的信号是两相流体中离散相的随机流动噪声，因而只能反映出离散相的流动快慢等。因此，一般将相关流速和被测流体的体积流量之间的关系表示为式中，k 可称为相关流量计的仪表常数，它与上述诸多因素有关，通常需由实验标定予以确定。2.9 分流分相技术分流分相技术测量多相流体，简称分流分相法，是近年来出现的一种新型多相流体流量测量方法。分流分相法的原理图见图 13 。被测两相流体流经分配器时被分成两部分：一部分沿原通道继续向下游流动，称这部份流体为主流体，这一回路为主流回路；另一部分两相流体则进入了分离器，称这部份流体为分流体，这一支路为分流体回路。分流体经分离器分离后，气体和液体分别采用气体流量计和液体流量计测量，最后又重新与主流体汇合。被测两相流体的气相流量和液相流量根据它们与分流体气液相流量的比例关系进行计算：式中为被测主管气相流量；为被测主管液相流量；为气相分流系数；为液相分流系数；表示分流体的气相流量，由气体流量计测量；为分流体的液相流量，由液体流量计测量。王栋构造了四种不同结构的分配器，即三通管型、取样管型、转鼓型以及旋流型分配器。利用上述几种分流分相式两相流量计测量两相流体流量，在实验范围内，流量的平均测量误差小于5%，最好的结果可以达到3%。1. 三通管型三通管型取样分配器利用T型三通的相分离特性，从被测气、液二相流体中分离出一部分单相气体，通过测量这部分单相气体的流量确定被测气、液二相流体的流量或干度。这种方法把二相流体的流量测量转化成了单相流量的测量，测量仪表的稳定性和可靠性都能得到显著改善，测量精度得以大幅度提高。但三通管型取样分配器是一种单参数流量计，流量和干度2个参数中必须已知其中的一个参数才能测量出另一个。图14是其结构原理图。总分流系数：气相分离系数：根据并联管压力特性，并应用两相流理论中的分离流模型仿照林宗虎公式的推导过程，王栋等得到了K与的关系式：在结构参数和两相流体的液相、气相密度比确定的情况下，系数C、D均为常数。总分流系数K与被测两相流体的干度成线性关系，而气相分流系数与的倒数成线性关系。2. 取样管型上文谈到的三通管只能分流出气体，难以分流出液体，导致该流量计只能测量流量或干度中的一个参数，另一个参数必须通过其它方式来测量。为此，王栋等提出应用取样管来做分配器，一并分流出气体和液体，从而能同时测量各相流体的总流量(或流量和干度值)。其结构原理图如15所示：气液两相流体首先在混合器2内进行加速、混合，然后在混合器出口处分成两部分，一部分(分流体)直接进入取样管3，另一部分(主流体)则继续沿管道1流向下游。取样管的出口通向分离器5，分流体在分离器内进行气液分离后，气体和液体分别进入气体流量计6和液体流量计7进行测量，最后重新返回管道1中。通过类似于三通管型流量分流系数的推导，作者得出了一下公式：液相分流系数： 气相分流系数：其中为干度等于1时的分流系数值，表示和其它因素对的影响。3. 转鼓型转鼓型取样分配器结构如图16 ，其核心部件是一个转鼓，转鼓通过转轴支撑在轴承座上，可以绕轴自由旋转，转鼓外形为圆柱体，内部用轴流叶片均匀分割成，n个互不相通的通道，各通道的横剖面为扇形，几何尺寸和阻力特性完全相同。当二相流流过转鼓时会冲击转鼓高速旋转，在转鼓旋转过程中，各通道的入口截面不断掠过上游流通截面上的每一个点，使每一个点上的二相流体都能有机会均等地流人各通道。这样，流人分离器的流量仅仅取决于转鼓中通向分离器的通道数(分流通道数)，而与二相流体的流型等因素基本无关，分流系数保持为常数。 4.旋流型旋流型管壁取样分配器结构如图17 。主要通过多孔取样和流型整改来保证取样的代表性。水平管气、液二相流由于重力的影响，造成管截面上气、液相分布不均匀，即使在环状流型下，液膜沿周向分布也是不一致的，顶部液膜较薄，底部液膜较厚。采用单孔取样方法很难保证取样效果，在主管壁四周布置多个取样孔，采用多孔取样，能大大改善取样的代表性。为了消除气、液界面波动对取样稳定性的影响，还需对管路上游流型进行调整。通过在取样孔上游布置旋流叶片，将分层流、弹状流以及不对称的环状流等流型转变为对称的环状流，那么管壁各个取样孔所取流体“样品”将趋于一致。实验证明分流比主要取决于管壁取样孔的数目和大小。传统的多相流量测量方法普遍存在体积庞大、测量范围窄、测量精度低等诸多缺点。分流分相两相流体测量方法由于进行了分流，因此所需分离器的体积要远小于传统完全分离时的分离器体积，同时由于又进