相含率是多相流测量过程中一个尤为重要的参数,它对生产过程的计量、控制和可靠运行均具有重大意义。然而由于水平油水两相流的流动状态比较复杂,使得相含率的测量成为难题。本课题研究工作以小管径水平油水两相流为测量对象,以电容式相含率传感器为研究对象,主要对电容传感器的几何结构进行优化与设计。首先,在归纳总结国内外对于电容传感器研究现状的基础上,选择了两种最具代表性的极板结构形式,即对壁与螺旋式两种电容结构进行优化设计。然后,利用有限元法在静电场分析中的优势,通过计算机辅助设计,编制一套计算电容传感器检测场灵敏度分布的有限元软件。在此基础之上,引入相对灵敏度、均匀性、线性度等优化指标,对于对壁和螺旋式两种结构的传感器进行二维、三维的优化仿真,得出了各几何结构参数对于各指标的影响方式;并通过其对于水平状态下各种流型的响应得出了流型对于其结构参数的影响;最终得到了两种结构下的最优几何结构参数。具体考虑到两种结构对于水平油水两相流流型的响应差别,最终选择了线性度更好的螺旋式电容传感器为相含率测量的最优结构。最后,在对电容检测电路设计时,采用了交流激励的测量方式,有效的消除了电容极板之间和导线之间的杂散电容,并通过制作的螺旋式电容传感器和测量电路进行了静态实验。结果表明,螺旋式电容传感器对于难以形成线性响应的层状流也具有较好的线性度。