[發明專利]一種氣液兩相流氣泡體積檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201310370361.0
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103471502A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 何峰;謝貴久;顏志紅;金忠;陳偉;陳云鋒;張川;楊毓彬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及一種測量氣液兩相流氣泡體積的裝置及方法，特別適用于密閉環境下電解制氧裝置中循環水中氣泡體積檢測。

背景技術

對于載人空間站、潛艇等裝備，一般都是采用電解水制氧方法來實現對乘員的供氧需求。SPE（solid?pilymer?electrode）電解制氧技術是以固體聚合物為電解質的電解水制氧技術。它目前廣泛應用在航天器、核潛艇等裝備上，取代傳統的堿性電解制氧裝置。

在SPE電解制氧裝置中，作為反應物的水經過凈化，在電解槽、換熱器、水箱之間循環。水氣分離裝置將反應產生的氣/水混和物進行分離，分離出的水將重新投入循環。在此過程中，未電解的水需要循環利用，而返回的水通常帶有一定量的氫氣和氧氣，如果氣泡大小及體積含量超過一定比例，容易引起“氣蝕”現象，導致電解制氧裝置循環泵的損壞，這對電解制氧裝置乃至整個裝備都將造成極大的安全隱患，因此需要實時檢測水中的氣泡大小及體積含量，判定電解制氧裝置是否正常工作，防止安全事故的發生。

目前，國內外檢測液態水中氣泡大小及體積含量比較常見的方法為醫療器械領域中采用超聲波測量法。如專利《一種氣泡檢測裝置》（申請號：CN102335476A）基本只能監測血液中有無氣泡，而無法實現氣泡大小的準確測量。專利《光氣泡檢測系統》（申請號：01823139.X）基于光的折射實現氣泡大小的測量，其效果只能實現管道內有無氣泡，而無法實現不同流型條件下氣泡累計體積的計量。專利《在線氣泡檢測儀器》（授權號：CN2935140Y），基于激光技術實現涂布流體在制備、處理和輸送過程中微氣泡的監測，該技術只能實現單一流型條件下的氣泡測量，基于單傳感器基本無法實現復雜流型條件下的氣泡體積準確測量。

因此，需要一種能夠在不同流型條件下實現氣泡體積的測量裝置及方法，以便對電解制氧裝置的安全運行提供保障。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種氣液兩相流氣泡體積檢測裝置及檢測方法，在不同流型條件下準確測量氣泡體積，為電解制氧裝置及其他需要檢測氣泡大小的裝置的安全運行提供保障。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種氣液兩相流氣泡體積檢測裝置，包括測量氣液兩相流氣泡體積的測量通道，所述測量通道的兩個出口上各安裝有紅外檢測對管，所述紅外檢測對管包括分別安裝于所述測量通道出口兩側且位置相對的紅外發光二極管與紅外探測器；所述紅外發光二極管和紅外探測器均與信號調理模塊電連接，所述信號調理模塊通過數據采集卡接入計算機。

所述信號調理模塊包括與所述紅外探測器電連接的光信號檢測電路、與所述紅外發光二極管電連接的恒溫控制電路、以及與所述光信號檢測電路、恒溫控制電路連接的脈沖恒流源驅動電路。

所述測量通道兩個出口上的兩個紅外發光二極管的波長范圍分別為1.4μm±0.1μm、1.9μm±0.1μm。

所述測量通道兩個出口上的紅外檢測對管平行，且所述兩個出口上的紅外檢測對管中心軸之間的距離L的范圍為6mm～50mm。

所述測量通道為藍寶石玻璃管，所述藍寶石玻璃管的內徑D的范圍為1mm～20mm。

本發明利用所述檢測裝置檢測氣液兩相流氣泡體積的方法為：

1）數據采集卡采集信號調理模塊的輸出電壓信號以采樣頻率f，并對采集的電壓信號進行平滑、去噪處理；

2）設定分析周期T，將分析周期T內信號調理模塊的輸出電壓信號存入數組a[M]，其中M=T·f；其中T的取值范圍為0.5s～60s；

3）比較數據a[M]中輸出電壓信號與彈狀流電壓信號閾值V_slug-max的大小，若a[M]≥V_slug-max，則判定為彈狀流氣泡；比較數組a[M]中電壓信號與泡狀流電壓信號最大閾值V_bubble-max、泡狀流電壓信號最小閾值V_bubble-mix的大小，若V_bubble-mix≤a[M]≤V_bubble-max，則判定為泡狀流氣泡；比較數組a[M]中電壓信號與泡狀流電壓信號最大閾值V_bubble-max、彈狀流電壓信號最大閾值V_slug-max的大小，若V_bubble-max＜a[M]＜V_slug-max，則判定為環狀流氣泡；

4）彈狀流氣泡體積V_slug的計算公式為：