[發明專利]環狀流局部動態液膜平均厚度的直接測量系統

在審

• 申請號: 201710227521.4
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107044820A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 王超;趙寧;陳超;王青天
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及一種環狀流局部動態液膜平均厚度的測量系統。

背景技術

多相流動過程廣泛存在于石油、化工、冶金、供水、醫學、及環境工程等諸多部門和工業過程中，是現今國際國內廣泛關注的重要研究領域。多相流動體系，通常是由兩種連續介質和若干種不連續介質組成的。根掘流體中包括物質相數目的不同多相流一般可以分為兩相和三相流。根據組分物理狀態的不同，兩相流一般又分為氣/液、氣/固、液/固、液/液(如油/水)兩相流；三相流一般分為氣/液/液、氣/液/固三相流等。存在于多相流氣液界面中的液膜厚度不僅對氣液兩相流的傳熱、傳質和阻力特性有很大的影響，而且也是計算多相流體動力學的基礎，因此正確有效地對液膜厚度進行測量就成為了解這些特性的關鍵。到目前為止，主要有以下5種液膜測量方法：(1)電導法；(2)電容法；(3)光學法；(4)聲波法(5)核輻射法。電導法的基本原理是液膜高度與其電導存在一定的對應關系，通過測得電導從而得到液膜厚度，此方法只限于導電液體。電容法的主要原理是，氣液兩相具有不同的介電常數，通過兩個電極間的電容變化來反映電極間液相的厚度變化，但是電容法受氣液兩相流流型和溫度變化影響較大，適用于方形管道。光學法是測量精度較高的方法之一，其中界面檢測法、激光散射法和熒光強度法，一般都需要在液相中加入染色劑、乳膠粒子或熒光劑，其加入質量濃度的準確性、激發光強度變化和時間空間變化直接關系到液膜厚度測量不確定度，其在液相中的均勻性無法保證，且其屬于易耗品，僅適用于實驗室測量，限制了其推廣應用；光影法通過照相機記錄由于液膜反射折射形成的陰影來測量液膜厚度，該方法實時性較差，無法快速響應液膜的變化；激光焦點位移法和干涉法對薄液膜厚度的測量十分有效，分辨率高，但是兩種測量系統結構復雜，對傳感器性能要求很高，由于透明管道的使用限制了其在中高壓液膜厚度測量中的使用；光衰減法中，可見光衰減法僅僅適用于對可見光有吸收作用的半透明介質，中紅外衰減法由于強大的吸收作用，僅適用于2-30μm極薄液膜的測量。聲波法基于超聲波技術，其描繪流型特征功能強大，利用其穿過不連續介質時會發生衰減和反射原理來測量液膜厚度，但其不能夠測量波狀液膜，會造成反射后的超聲波探測困難。核輻射法缺點具有很強的放射性，使用時需要必要的沉重的安全防護，限制了其在工業現場中的應用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提供一種環狀流局部動態液膜平均厚度的直接測量方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種環狀流局部動態液膜平均厚度的直接測量系統，用于測量在管道里流動的導電液體的液膜，所采用的測量系統包括數據測量模塊、數據采集模塊以及數據處理模塊，其中，數據測量模塊包括直流穩壓電源、插入深度可調的接觸探針傳感器以及一個精密電阻；

所述的插入深度可調的接觸探針傳感器，包括螺旋測微器6、雙平行接觸探針2、連接部件9、固定支架3、可伸縮支架7和彈簧8，其中，螺旋測微器6的主體固定于固定支架3上；連接部件9包括外殼10，固定連接在外殼10上支撐環，金屬桿13與支撐環12內側緊貼；螺旋測微器6的測量端與連接部件9的金屬桿13相連；雙平行接觸探針2固定在連接部件9外殼的下部；連接部件9通過可伸縮支架7與固定支架3相連，在可伸縮支架7的豎桿外設置有彈簧，彈簧置于固定支架與連接部件9之間；雙平行接觸探針2除探針下端外均涂上疏水材料；直流穩壓電源提供的穩壓源加載在相互串聯的精密電阻和雙平行接觸探針2上，精密電阻兩端的電壓由數據采集模塊采集后被送入數據處理模塊。

作為優選實施方式，所述的支撐環包括相互連接的金屬環外圈11和位于金屬環外圈11內的橡膠環12。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

(1)由直流穩壓電源模塊提供穩壓源，與一個精密電阻、插入深度可調的接觸探針傳感器串聯，數據采集模塊用于采集精密電阻兩端的電壓，通過調節的螺旋測微器的插入深度得到對應電壓信號實現了對液膜厚度的直接測量。

(2)根據精度要求的不同，選定探針傳感器的插入深度增量值，即得到不同個數的液膜厚度，可以滿足不同精度要求下的測量。

(3)由于插入深度可調的接觸探針結構的特殊設計，實現了螺旋測微器旋轉但與其相連的接觸探針不旋轉的特殊功能，有效的解決了引出導線纏繞的問題。

附圖說明

圖1為插入深度可調的接觸探針傳感器

圖2為插入深度可調的接觸探針傳感器連接部件結構圖

圖3為優化的加權平均厚度算法原理圖