多相流现象广泛存在于自然界和人们的生活中,油水两相流是多相流的一个重要分支,在石油工业中尤为常见。油水两相流过程参数的精确测量是相关工业设备正确设计与安全运行的重要保证。由于油水两相流待测参数多、流动过程复杂,因此油水两相流的测量问题一直是工业界和学术界的一项重要挑战。油水两相流的主要待测过程参数为相含率和流量,但通常一种传感器只能测量其中一个参数,所以可将两种传感器相结合,分别测量两个参数。长腰内锥传感器能在测量流体流量的同时,将两相流在环形通道内整流为较稳定的环形流动,为相含率测量传感器提供理想的测量环境。本文以长腰内锥传感器为原型,加入电学敏感元件进行相含率测量,设计用于水平管环形通道油水两相测量的传感器。主要完成的工作包括:(1)在长腰内锥传感器的环形空间内加入环形电导电极实现电导环长腰内锥传感器的设计。环形空间内的电导传感器安装包括双外环和内外环两种结构,通过FEM仿真获得两种结构的测量场敏感度分布,在仿真分析基础上,选择双外环结构作为传感器的理想结构。在此基础上,结合长腰内锥节流装置的结构参数优化结果,对双外环电导式传感器进行整体结构参数优化。(2)根据结构参数优化结果制作传感器样品进行实验测试,首先进行静态标定,验证传感器对两相流的测量效果。然后对传感器进行两相流动测量实验,并采用卡尔曼滤波器和EM算法实现两相流过程参数动态估计,其结果中油相质量流量测量的平均相对误差为2.3%,水相质量流量测量的平均相对误差为4.8%。(3)由于电导传感器不能对油为连续相的两相流进行测量,因此在传感器中加入电容模块,实现电容电导长腰内锥流量计的设计。首先对电容传感器进行设计及实验测试,在油连续情况下的油水两相流动态实验中取得了较好的测量结果。然后将电容模块加入电导环长腰内锥传感器,改进传感器的设计方案,提出传感器的理想结构。对传感器进行动态实验测试,结果显示传感器在流量测量和水连续情况下的含水率测量中都有较好的表现,但是在油连续条件下测量结果存在一定的偏差。本课题通过以上工作初步完成了用于水平管道油水两相流测量的环形通道传感器设计,并对传感器进行了实验测试和分析,为多相流传感器的进一步改进提供了基础和参考依据。