[發(fā)明專(zhuān)利]非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置及使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710590553.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107401981A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊洛鵬;李紅有;楊?lèi)偹?/a>;孫相群
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/06
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司21212
• 代理人: 高永德,李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明所述的非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置及使用方法，利用光學(xué)全反射技術(shù)(TIR)進(jìn)行可視化測(cè)量。適用于在不擾動(dòng)液膜流動(dòng)的條件下，將微小的基底液膜厚度放大為光圈半徑信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)基底液膜厚度的微細(xì)定量觀測(cè)。

背景技術(shù)

在降膜蒸發(fā)器領(lǐng)域中，為了更有效的指導(dǎo)降膜蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，提高對(duì)能源的利用效率，迫切需要發(fā)展降膜蒸發(fā)器的傳熱機(jī)理。液膜基底膜厚不僅是降膜蒸發(fā)器基底研究領(lǐng)域里關(guān)注的焦點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)計(jì)算降膜蒸發(fā)器各種參數(shù)的重要依據(jù)。已有的測(cè)量方法如：

1、侵入探針接觸法：此方法不僅局限于導(dǎo)電液體，而且測(cè)量?jī)x器侵入液膜內(nèi)部，破壞液膜原來(lái)的流動(dòng)狀態(tài)；

2、電容法：此方法雖然可以用于測(cè)量非導(dǎo)電液體，但是能夠測(cè)量的液膜厚度范圍有限，而且電容法易受溫度影響進(jìn)而影響測(cè)量精度；

3、微波吸收法：此方法測(cè)量精度雖高，但由于特殊的測(cè)試段是半永久性的，所以其操作靈活性低；

4、激光誘導(dǎo)熒光法：此方法將熒光染料添加到液體中，會(huì)影響液體的物理特性。

以上這些現(xiàn)有的測(cè)量方法不能兼顧測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高、操作靈活方便、不擾動(dòng)液膜流動(dòng)等特點(diǎn)。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)一種新型的非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置及使用方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)波動(dòng)液膜基底厚度的精準(zhǔn)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置及使用方法，該裝置適用于在不擾動(dòng)液膜流動(dòng)的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)基底液膜厚度的微細(xì)定量觀測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置，其特征在于所述的非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置包括：外接電腦、透明管、LED燈、相機(jī)及支撐架；

本發(fā)明所述的支撐架為框架結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置有相機(jī)安裝位，中部設(shè)置有LED燈的安裝橫梁，頂部設(shè)置有透明管安裝位；

本發(fā)明所述的相機(jī)為CCD相機(jī)，放置于支撐架的相機(jī)安裝位上；

本發(fā)明所述的LED燈固定安裝于安裝橫梁上；

本發(fā)明所述的透明管放置于透明管安裝位上，透明管測(cè)試段的外壁上涂有一層薄薄的涂層；

本發(fā)明所述的相機(jī)和LED燈的中心保持在一條直線上且與透明管的軸線保持垂直狀態(tài)；

本發(fā)明所述的相機(jī)和外接電腦通過(guò)數(shù)據(jù)線相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；

本發(fā)明所述的LED燈發(fā)出的光線為紅光，波長(zhǎng)范圍為622-760nm。

本發(fā)明所述的非接觸測(cè)量管內(nèi)波動(dòng)液膜基底膜厚的裝置的使用方法；其特征在于所述的使用方法為：

1)、裝置組裝：將LED燈(5)與相機(jī)(6)裝于支撐架上，并將相機(jī)(6)和外接電腦通過(guò)數(shù)據(jù)線相連接；

2)、管壁涂裝：將涂料涂在透明管(2)測(cè)試段外壁上，使其形成一層薄薄的半透明涂層(7)；

3)、裝置安裝：將裝配有LED燈(5)和相機(jī)(6)的支撐架裝于涂裝好的透明管(2)上；

4)、裝置調(diào)整：調(diào)節(jié)支撐架上LED燈(5)與相機(jī)(6)的相對(duì)位置，使其中心保持在一條直線上并與透明管(2)軸線方向垂直；

5)、裝置調(diào)試：在管內(nèi)不通水的情況下通電記錄圖像并分析得出光圈半徑大小，進(jìn)而計(jì)算出該光圈半徑對(duì)應(yīng)的厚度是否與圓管壁厚相等，若相等則固定LED燈(5)與相機(jī)(6)的位置，若不相等則需調(diào)整LED燈(5)與相機(jī)(6)的相對(duì)位置直至相等；

6)、通水測(cè)試：在涂裝好的透明管(2)內(nèi)通水即可進(jìn)行透明管(2)內(nèi)液膜基底膜厚的測(cè)量；

7)、數(shù)據(jù)采集：相機(jī)拍照，記錄下一系列圖像；

8)、數(shù)據(jù)分析：將相機(jī)(2)拍攝到的圖像傳送給外接電腦(1)，通過(guò)安裝在外接電腦(1)上的專(zhuān)用軟件LabVIEW進(jìn)行分析，獲得光圈半徑，進(jìn)而計(jì)算出液膜基底膜厚。

本發(fā)明所述的涂層為半透明涂料，既能使反射回來(lái)的光線在涂層上形成明顯的圖像，又能觀測(cè)到管內(nèi)液體的流動(dòng)狀況；

本發(fā)明所述的涂層為白色涂料噴涂，厚度為30-60μm；

本發(fā)明所述的涂層可用半透明白色膠帶替換，厚度小于100μm。

測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算如下：

圓管、液體、以及氣體的折射率已知，可得角度α與β，

測(cè)量光圈半徑X；

用下式計(jì)算待測(cè)液膜的基底膜厚：

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，主要表現(xiàn)在：

1、本發(fā)明所需的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便；

2、本發(fā)明可以測(cè)量透明管內(nèi)周向任意位置處液膜的基底膜厚；