[發(fā)明專利]環(huán)狀流局部動態(tài)液膜平均厚度的直接測量系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107044820A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王超;趙寧;陳超;王青天
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種環(huán)狀流局部動態(tài)液膜平均厚度的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

多相流動過程廣泛存在于石油、化工、冶金、供水、醫(yī)學(xué)、及環(huán)境工程等諸多部門和工業(yè)過程中，是現(xiàn)今國際國內(nèi)廣泛關(guān)注的重要研究領(lǐng)域。多相流動體系，通常是由兩種連續(xù)介質(zhì)和若干種不連續(xù)介質(zhì)組成的。根掘流體中包括物質(zhì)相數(shù)目的不同多相流一般可以分為兩相和三相流。根據(jù)組分物理狀態(tài)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(zhì)和阻力特性有很大的影響，而且也是計算多相流體動力學(xué)的基礎(chǔ)，因此正確有效地對液膜厚度進(jìn)行測量就成為了解這些特性的關(guān)鍵。到目前為止，主要有以下5種液膜測量方法：(1)電導(dǎo)法；(2)電容法；(3)光學(xué)法；(4)聲波法(5)核輻射法。電導(dǎo)法的基本原理是液膜高度與其電導(dǎo)存在一定的對應(yīng)關(guān)系，通過測得電導(dǎo)從而得到液膜厚度，此方法只限于導(dǎo)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(shù)，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(xué)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(qiáng)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(zhì)量濃度的準(zhǔn)確性、激發(fā)光強(qiáng)度變化和時間空間變化直接關(guān)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(shí)驗(yàn)室測量，限制了其推廣應(yīng)用；光影法通過照相機(jī)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(shí)時性較差，無法快速響應(yīng)液膜的變化；激光焦點(diǎn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhì)，中紅外衰減法由于強(qiáng)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(shù)，其描繪流型特征功能強(qiáng)大，利用其穿過不連續(xù)介質(zhì)時會發(fā)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(diǎn)具有很強(qiáng)的放射性，使用時需要必要的沉重的安全防護(hù)，限制了其在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種環(huán)狀流局部動態(tài)液膜平均厚度的直接測量方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種環(huán)狀流局部動態(tài)液膜平均厚度的直接測量系統(tǒng)，用于測量在管道里流動的導(dǎo)電液體的液膜，所采用的測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)測量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，其中，數(shù)據(jù)測量模塊包括直流穩(wěn)壓電源、插入深度可調(diào)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(diào)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(huán)，金屬桿13與支撐環(huán)12內(nèi)側(cè)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(shè)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(wěn)壓電源提供的穩(wěn)壓源加載在相互串聯(lián)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(shù)據(jù)采集模塊采集后被送入數(shù)據(jù)處理模塊。

作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的支撐環(huán)包括相互連接的金屬環(huán)外圈11和位于金屬環(huán)外圈11內(nèi)的橡膠環(huán)12。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)由直流穩(wěn)壓電源模塊提供穩(wěn)壓源，與一個精密電阻、插入深度可調(diào)的接觸探針傳感器串聯(lián)，數(shù)據(jù)采集模塊用于采集精密電阻兩端的電壓，通過調(diào)節(jié)的螺旋測微器的插入深度得到對應(yīng)電壓信號實(shí)現(xiàn)了對液膜厚度的直接測量。

(2)根據(jù)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(shù)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(diào)的接觸探針結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了螺旋測微器旋轉(zhuǎn)但與其相連的接觸探針不旋轉(zhuǎn)的特殊功能，有效的解決了引出導(dǎo)線纏繞的問題。

附圖說明

圖1為插入深度可調(diào)的接觸探針傳感器

圖2為插入深度可調(diào)的接觸探針傳感器連接部件結(jié)構(gòu)圖

圖3為優(yōu)化的加權(quán)平均厚度算法原理圖