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    重庆时时彩龙虎路珠图: 四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用.pdf

    关 键 词:
    探头 电导 探针 制作方法 及其 两相 参数 测量 中的 应用
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410177777.5

    申请日:

    2014.04.29

    公开号:

    CN103954653A

    公开日:

    2014.07.30

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01N 27/00申请公布日:20140730|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 27/00申请日:20140429|||公开
    IPC分类号: G01N27/00 主分类号: G01N27/00
    申请人: 上海交通大学
    发明人: 匡波; 范云良; 王凡; 唐琪; 刘鹏飞; 唐超力; 朱晨; 党春辉
    地址: 200240 上海市闵行区东川路800号
    优先权:
    专利代理机构: 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 代理人: 郭国中;樊昕
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410177777.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.05.31|||2014.08.27|||2014.07.30

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用,制作方法包括:单探头探针处理与导电性检验;铜线处理与缠绕;单探头探针绝缘处理;四个单探头探针装入定位孔板;四个单探头探针装入套筒里;套筒内部注射绝缘漆;环氧树脂固封;研磨探针尖部;后端电路连接;将电导探针插入管道中心处作为一个电极,金属管道内壁作为另一个电极,直流电源通过电阻与两个电极相连,通过数据采集对电导探针上的相变信号进行提取与分析,测量并计算出两相流局部界面面积浓度、空泡份额和界面速度。本发明对两相流动中的空泡分额及界面面积浓度进行测量,不仅解决向前界面,而且也可测量后退界面,为深入了解两相流动局部特性、完善两流体模型提供参考。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种四探头电导探针制作方法,其特征在于,包括步骤如下:
    1)、单探头探针处理与导电性检验;
    2)、铜线处理与缠绕;
    3)、单探头探针绝缘处理;
    4)、四个单探头探针装入定位孔板;
    5)、四个单探头探针装入套筒里;
    6)、套筒内部注射绝缘漆;
    7)、环氧树脂固封;
    8)、研磨探针尖部;
    9)、后端电路连接。

    2.  根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法,其特征在于,所述步骤1)中单探头探针处理方法是:取一根直径为0.1mm的不锈钢丝做探针电极,将不锈钢丝一端研磨成楔状尖部,然后将该端浸入腐蚀液中,在显微镜下测量尖部的直径尺寸,直至达到10~30μm。

    3.  根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法,其特征在于,所述步骤3)中绝缘处理方法是:在单探头探针的尖部涂覆采用Telfon制作的绝缘漆。

    4.  根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法,其特征在于,所述步骤4)中定位孔板的尺寸和孔位排布根据四探头探针的尺寸和几何排布不同而不同。

    5.  根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法,其特征在于,所述步骤5)中的套筒为不锈钢套筒。

    6.  根据权利要求5所述的四探头电导探针制作方法,其特征在于,所述不锈钢套筒呈90°弯角,其外径为2.5mm。

    7.  一种四探头电导探针在两相流参数测量中的应用,其特征在于,所述四探头电导探针采用如权利要求1至6中任一所述的制作方法制作而成,具体如下:
    1)、在电导探针的测量电路中,将套筒接正极,采用直流电路进行测量;
    2)、为防止电导探头上易产生的电化学反应,将电导探头插入管道中心处作为一个电极,金属管道内壁作为另一个电极,直流电源通过电阻Rs与两个电极相连,其中电源正极与管道的内壁相连,以减少探头处的电化学腐蚀;
    3)、采集电阻Rs上的电压信号,当探针接触液相时探针与管壁接通,电阻Rs上出现高 电平;当探针接触气相时,探针与管壁断开,电阻Rs上出现低电平,根据探头处液相和气相的不断交替产生与各种流型对应的不同的响应信号,经过滤波和信号处理,通过数据采集对电导探针上的相变信号进行提取与分析;
    4)、当主探头处于信号上升沿时,即处于液相,若辅助探头处于液相,辅助探头中相关上升信号向前移动,若辅助探头处于气相,辅助探头中相关下降信号向后移动;当主探头处于信号下降沿时,即处于气相,若辅助探头处于液相,辅助探头中相关上升信号向后移动,若辅助探头处于气相,辅助探头中相关下降信号向前移动;所有的探针掺入气泡总是在一个固定的时间范围的,三个辅助探头的输出信号上升或者下降总是非常接近主探头信号的,则两相流局部界面面积浓度a、空泡份额α和界面速度分别由式(1)、式(2)和式(3)得出:



    其中:


    这里,a表示界面面积浓度,T、Ω表示测量时间,表示界面速度,表示界面法向量,辅助探头k的单位向量表示为(cosηx0k,cosηy0k,cosηz0k),其中是向量与x,y,z轴之间的夹角;Δtkl=tkl-t0l表示第l个界面穿过主探针0与第k个辅助探头的时间间隔;Δsk=s0-k表示主探头0与辅助探头k的距离;N表示在选取采集时间段内 穿过主探针0的气泡数;δt0b表示单个气泡穿过主探针0的时间,k=1,2,3。

    说明书

    说明书四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用
    技术领域
    本发明涉及气液两相流局部参数的测量,更具体的说,涉及一种测量气液两相流局部参数的四探头电导探针的制作方法及其在两相流参数测量装置中的应用。
    背景技术
    气液两相流现象广泛存在于核电、化工、石油运输等领域。对于两相流系统,空泡份额和界面面积浓度(IAC)是最关键的2个参数。IAC表示单位体积内两相流中分界面的面积,表征了相间发生质量、动量和能量传输的有效面积,也是构建两流体模型的重要参数。
    基于四头探针探测IAC的原理,通过假定气泡表面速度与主流方向的夹角不是常量,而是满足二次形式的概率密度函数,可对双头探针的测量进行了改进,改进型的双头探针模型可以有效地测量出一维两相流动中的IAC。但是,采用双头探针的测量是基于以下假设:(1)气泡表面速度可以通过两探头的距离和界面穿过两个探头的时间差来近似获得;(2)气泡形状是椭球的。双探头应用于多维两相流测量时,由于这些假设则使得测量的不确定性增加。
    在不假定气泡是椭球形和一维流动的情况下,早期的四头探针方法可有效测量出一维两相流的IAC,但未给出多维两相测量中处理后退界面(即界面先触到辅助探头)的方法。因此,要实现多维两相流中IAC的测量必须寻求解决前进界面和后退界面的方法。
    发明内容
    针对上述现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用,对竖直上升管中两相流动中的空泡分额及界面面积浓度进行了测量,不仅可解决向前界面(即界面先触前探头),而且也可测量后退界面,为深入了解两相流动局部特性、完善两流体模型提供参考。
    为达到上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
    一种四探头电导探针制作方法,包括步骤如下:
    1)、单探头探针处理与导电性检验;
    2)、铜线处理与缠绕;
    3)、单探头探针绝缘处理;
    4)、四个单探头探针装入定位孔板;
    5)、四个单探头探针装入套筒里;
    6)、套筒内部注射绝缘漆;
    7)、环氧树脂固封;
    8)、研磨探针尖部;
    9)、后端电路连接。
    所述步骤1)中单探头探针处理方法是:取一根直径为0.1mm的不锈钢丝做探针电极,将不锈钢丝一端研磨成楔状尖部,然后将该端浸入腐蚀液中,在显微镜下测量尖部的直径尺寸,直至达到10~30μm。
    所述步骤3)中绝缘处理方法是:在单探头探针的尖部涂覆采用Telfon制作的绝缘漆。
    所述步骤4)中定位孔板的尺寸和孔位排布根据四探头探针的尺寸和几何排布不同而不同。
    所述步骤5)中的套筒为不锈钢套筒。
    所述不锈钢套筒呈90°弯角,其外径为2.5mm。
    一种四探头电导探针在两相流参数测量中的应用,所述四探头电导探针采用上述的制作方法制作而成,具体如下:
    1)、在电导探针的测量电路中,将套筒接地,采用直流电路进行测量;
    2)、为防止电导探头上易产生的电化学反应,将电导探头插入管道中心处作为一个电极,金属管道内壁作为另一个电极,直流电源通过电阻Rs与两个电极相连,其中电源正极与管道的内壁相连,以减少探头处的电化学腐蚀;
    3)、采集电阻Rs上的电压信号,当探针接触液相时探针与管壁接通,电阻Rs上出现高电平;当探针接触气相时,探针与管壁断开,电阻Rs上出现低电平,根据探头处液相和气相的不断交替产生与各种流型对应的不同的响应信号,经过滤波和信号处理,通过数据采集对电导探针上的相变信号进行提取与分析;
    4)、当主探头处于信号上升沿时,即处于液相,若辅助探头处于液相,辅助探头中相关上升信号向前移动,若辅助探头处于气相,辅助探头中相关下降信号向后移动;当主探头处于信号下降沿时,即处于气相,若辅助探头处于液相,辅助探头中相关上升信号向后移动,若辅助探头处于气相,辅助探头中相关下降信号向前移动;所有的探针掺入气泡总是在一个固定的时间范围的,三个辅助探头的输出信号上升或者下降总是非常接近主探头信号的,则两相流局部界面面积浓度a、空泡份额α和界面速度分别由式(1)、式(2)和式(3)得出:
    a=1ΩΣ|A01/|2+|A02/|2+|A03/|2|A0|2---(1)]]>
    a=1TΣN=1N(δt0b)n---(2)]]>
    v→i=ΔskΔtkl---(3)]]>
    其中:
    A0=cosηx01cosηy01cosηz01cosηx02cosηy02cosηz02cosηx03cosηy03cosηz03,A01t=t1/-t0l|S0-1|cosηy01cosηz01t2l-t0l|S0-2|cosηy02cosηz02t3l-t0l|S0-3|cosηy03cosηz03]]>
    A02l=cosηx01t1l-t0l|S0-1|cosηz01cosηx02t2l-t0l|S0-2|cosηz02cosηx03t3l-t0l|S0-3|cosηz03,A03l=cosηx01cosηy01t1l-t0l|S0-1|cosηx02cosηy02t2l-t0l|S0-2|cosηx03cosηy03t3l-t0l|S0-3|]]>
    这里,a表示界面面积浓度,T、Ω表示测量时间,表示界面速度,表示界面法向量,辅助探头k的单位向量k表示为(cosηx0k,cosηy0k,cosηz0k),其中ηx0k,是向量与x,y,z轴之间的夹角;t0l,tkl分别表示界面l接触主探头0和辅助探头k的时刻;Δtkl=tkl-t0l表示第l个界面穿过主探针0与第k个辅助探头的时间间隔;Δsk=s0-k表示主探头0与辅助探头k的距离;N表示在选取采集时间段内穿过主探针0的气泡数;δt0b表示单个气泡穿过主探针0的时间。
    采用本发明所提供的制作方法制作而成的四探头电导探针对竖直上升管中两相流局部参数进行测量,确定界面面积浓度,实现空泡份额,气泡频率及气泡速度的测量,不仅可解决向前界面(即界面先触主探头),而且也可测量后退界面(即界面先触到辅助探头)。在测量过程中,可根据实际情况选择四头电导探针的布置数量和位置。
    附图说明
    通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目 的和优点将会变得更明显:
    图1是本发明所提供的四探头电导探针制作方法流程图;
    图2是四探头电导探针中单探头探针的安装示意图;
    图3是定位孔板安装位置及尺寸;
    图4是四探头探针几何分布图;
    图5是四探头探针第l层前进界面和后退界面;
    图6是界面对信号处理机制示意图;
    图7是利用四探头电导探针测量两相流局部参数的实现方案示意图。
    具体实施方式
    下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的?;し段?。
    图1~图4所示,四探头电导探针的制作流程为:单探头探针处理与导电性检验→铜线6处理与缠绕→单头探针组装与绝缘处理→四个合格探针装入定位孔板8→探针装入套筒9→环氧固封→后端电路7连接。套筒9采用不锈钢材料,探针采用针灸针,绝缘采用teflon绝缘漆5。
    探针前端的制作是电导探针制作的关键,取一根直径为0.1mm的不锈钢丝做探针电极4,将不锈钢丝一端研磨成楔状尖部,然后将该端浸入腐蚀液中,在高倍显微镜下测量尖部的直径尺寸,直至达到10~30μm;将整个电极均匀涂绝缘漆5并烘干,然后将探针小心插入一个弯度为90°的不锈钢外套筒9中,不锈钢套筒的外径为2.5mm。这样做的目的是保证管道内探头和套筒对两相流动与流型的影响尽可能小。将绝缘漆5注射到套筒9内部,保证电极与外壳之间彼此绝缘。然后用高强度环氧树脂固定好电极以及与外壳的连接并干燥。最后,用水砂纸小心研磨探针尖部,在探针尖部产生一个非常短的导通距离,这样有利于测量结果的精确。
    四头电导探针中各单根探头的制作,仍采用直径为0.1mm的不锈钢丝做探针电极,尖端处理采用Telfon做绝缘漆。
    四头探针的几何排布受气泡尺寸和制作工艺的限制,为此可制作不同尺寸的定位孔板用于探针的固定,从而产生不同几何尺寸电导探针,采用??榛樽暗陌旆?,通过不同的??樽樽?,找到合适的、最优的几何排布,既方便探针的调整和改进,又增强了探针的可操纵性。图2所示实施例的定位孔板直径1为2.6mm,安装探针的孔位直径2为0.3mm??孜痪?离d为0.5mm。主探头0的安装孔位位于定位孔板中心,三个辅助探头1、2、3的安装孔位均匀排布在周围。
    图5~图7所示,在电导探针的测量电路中,将不锈钢套筒接地,采用直流电源11进行测量。采用直流电源进行测量的电路设计需考虑设备的?;?。为防止电导探头上易产生的电化学反应,将电导探头插入管道中心处作为一个电极,金属管道内壁作为另一个电极,直流电源通过电阻Rs与两个电极相连,其中电源正极与管道的内壁相连,这样做是为了减少探头处的电化学腐蚀。
    用数据采集系统10采集电阻Rs上的电压信号,当探针接触液相时探针与管壁接通,电阻Rs上出现高电平;当探针接触气相时,探针与管壁断开,电阻Rs上出现低电平。这样探头处液相和气相的不断交替就可以产生与各种流型对应的不同的响应信号,经过滤波和信号处理电路,通过数据采集就可对电导探针上的相变信号进行提取与分析。
    测量误差由探针位置,套筒和流道的宽度决定,还应综合考虑由套筒引起的流场扰动等问题,根据实际所需的测量要求设定探针的位置,套筒和流道的宽度。
    在测量过程中,可根据实际情况选择四探头电导探针的布置数量和位置。如图5中利用一个四头探针确定界面面积浓度,实现空泡份额,气泡频率及气泡速度的测量。当主探头处于信号上升沿时(掺入液相),若辅助探头处于液相,辅助探头中相关上升信号过滤器向前移动,若辅助探头处于液相,辅助探头中相关上升信号过滤器向后移动。当主探头处于信号下降沿时(处于气相),正好相反,如图5中(a)所示为前进界面,(b)所示为后退界面。所有的探针掺入气泡总是在一个固定的时间范围的,三个辅助探头的输出信号上升或者下降,总是非常接近(落后或者超前)主探头信号的。则两相流局部界面面积浓度a、空泡份额α和界面速度可分别由式(1)、式(2)和式(3)得出:
    a=1ΩΣ|A01/|2+|A02/|2+|A03/|2|A0|2---(1)]]>
    a=1TΣN=1N(δt0b)n---(2)]]>
    v→i=ΔskΔtkl---(3)]]>
    其中:
    A0=cosηx01cosηy01cosηz01cosηx02cosηy02cosηz02cosηx03cosηy03cosηz03,A01t=t1/-t0l|S0-1|cosηy01cosηz01t2l-t0l|S0-2|cosηy02cosηz02t3l-t0l|S0-3|cosηy03cosηz03]]>
    A02l=cosηx01t1l-t0l|S0-1|cosηz01cosηx02t2l-t0l|S0-2|cosηz02cosηx03t3l-t0l|S0-3|cosηz03,A03l=cosηx01cosηy01t1l-t0l|S0-1|cosηx02cosηy02t2l-t0l|S0-2|cosηx03cosηy03t3l-t0l|S0-3|]]>
    这里,a表示界面面积浓度,T、Ω表示测量时间,表示界面速度,表示界面法向量,辅助探头k的单位向量表示为(cosηx0k,cosηy0k,cosηz0k),其中ηx0k,是向量与x,y,z轴之间的夹角;t0l,tkl分别表示界面l接触主探头0和辅助探头k的时刻;Δtkl=tkl-t0l表示第l个界面穿过第k个辅助探头的时间间隔;Δsk=s0-k表示主探头与辅助探头k的距离;N表示在选取采集时间段内穿过主探头的气泡数;δt0b表示单个气泡穿过主探头的时间。
    以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

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