气液两相流在工业过程中涉及范围十分广泛,其参数的有效测量是一个具有重大意义但仍未得到较好解决的课题。基于等效电导检测的气液两相流参数检测方法具有结构简单和实时响应快等优点而得到广泛关注,但该方法仍然存在两方面不足:在测量机理方面,现有的电导检测方法主要是接触式的,其检测电极直接与被测流体接触,会引起电极极化和电化学腐蚀等问题;在测量信息方面,现有的电导检测方法以获取流体等效电导信号为目的,但对复杂的气液两相流体而言,包含更多流动特征的完整电阻抗信息(实部、虚部和幅值)的获取将更有利于气液两相流参数检测。本学位论文针对以上两个问题,对现有的电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)技术存在的问题进行改进,研发了新型非接触式电阻抗传感器,利用完整电阻抗信息实现气液两相流参数测量。本学位论文中的主要创新点和贡献如下:1、为克服本课题组已有工业型C4D传感器存在的输入输出特性呈现非单调性的不足,提出了一种基于双电感串联谐振的非接触式电导检测新方法,研发了一种工业型双电感结构C4D传感器。该方法在激励电极和检测电极端各串联一个电感器件,不仅克服了耦合电容对测量的不利影响,还解决了已有工业型C4D传感器输入输出特性的非单调性的问题。实验结果表明,所提出的基于双电感串联谐振的非接触式电导检测新方法是有效的,所研发的工业型双电感结构C4D传感器是成功的。在四种管道(内径分别为1.8 mm、3.3 mm、5.0 mm和7.6mm)中,电导测量最大相对误差均小于4%。2、针对实际电感存在电感可调范围窄、大电感制造困难和体积较大等问题,引入模拟电感技术,提出了基于模拟电感串联谐振的非接触式电导检测新方法。研发了对称浮置模拟电感以及基于对称浮置模拟电感的C4D传感器。研究结果表明,对称浮置模拟电感和该新型C4D传感器的设计是成功的,称浮置模拟电感等效电感值调节大并可实现较大电感值,采用对称浮置模拟电感的C4D传感器的性能和电导测量精度令人满意。在三种管道(内径分别为3.0 mm、4.6 mm和6.4 mm)中,电导测量最大相对误差均小于5%。3、针对对称浮置模拟电感存在的结构复杂、运行稳定性需重点考虑等问题,研发了两种基于接地模拟电感的C4D传感器:A(利用电流转电压的原理)和B(测量分压电阻两端电压差的原理)。在三种管道(内径分别为3.0mm、4.6mm和6.4 mm)中利用C4D传感器A和C4D传感器B进行电导测量实验。实验结果表明,接地模拟电感和新型C4D传感器的设计是成功的。与对称浮置模拟电感相比,接地模拟电感具有结构简单和运行稳定性较好等优点。基于接地模拟电感的C4D传感器的电导测量精度也令人满意(三种管径下,新型C4D传感器A和B的电导测量最大相对误差分别为4.5%和5.0%),且C4D传感器A的整体测量性能较C4D传感器B更好。4、结合接地模拟电感阻抗相消技术和数字相敏解调(DPSD)技术提出了一种非接触式电阻抗测量新方法,研发了一种新型非接触式电阻抗传感器。该非接触式电阻抗测量方法根据阻抗相消原理克服耦合电容对电阻抗测量的不利影响,利用DPSD技术获取气液两相流的完整电阻抗(实部、虚部和幅值)信息。模拟和实际流体测量实验表明:所提出的非接触式电阻抗测量方法是有效的,所研发的新型非接触式电阻抗传感器是成功的。模拟测量实验中,电阻测量和电容测量的最大相对误差分别为3.7%和2.4%,电阻-电容组合测量实验中,电阻和电容测量的最大相对误差分别为2.1%和5.1%;实际流体测量实验中,KC1溶液电导率测量和有机溶剂介电常数测量的最大相对误差分别为3.7%和5.8%。5、将所研发的新型非接触式电阻抗传感器与小波分析和k均值聚类方法相结合提出了一种基于非接触电阻抗测量的气液两相流流型辨识新方法。该方法采用小波分析提取所获电阻抗信号各部分的频域特征,结合电阻抗信号的统计特征构成特征向量,利用以马氏距离作为距离度量指标的k均值聚类方法进行流型分类。三种管径(3.0mm、4.0mm和7.0mm)下的流型辨识实验结果表明,所提出的流型辨识新方法是有效的。利用实部、虚部、幅值和完整电阻抗信号对泡状流和段塞流进行辨识的最低准确率分别为91.1%和90.9%、90.2%和87.9%、92.7%和87.0%及91.1%和93.5%。采用完整电阻抗信号的整体流型辨识效果略优于单独采用实部、虚部或幅值信号的流型辨识效果。6、提出了一种基于非接触电阻抗测量的气液两相流相含率测量新方法。该方法充分利用电阻抗各部分信息,结合最小二乘法,建立不同流型相含率测量模型,实际测量时根据流型判别结果选择相应的相含率测量模型并最终实现相含率测量。三种不同管径(3.0mm、4.0mm和7.0mm)泡状流和段塞流下的实验研究结果表明所提出的相含率测量新方法是可行的和有效的,充分利用气液两相流完整电阻抗信息(实部,虚部和幅值)有助于相含率测量精度的提高。