CN108896098B - 相态探测仪及其安装方法、两相流界面参数测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相态探测仪及其安装方法、两相流界面参数测量系统及方法，相态探测仪包括基板，基板中心开设有贯通基板的上下表面的流道孔，流道孔内设置有至少2个电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；电极丝层所在的平面垂直于流道孔的中心轴线。至少一个电极丝层的电极丝作为激励电极丝，至少一个与激励电极丝相邻的电极丝层的电极丝作为接收电极丝；多根激励电极丝和接收电极丝在空间上形成了许多探测点，具有很高的空间分辨率，以实现对流道截面相态分布的瞬时测量，对较高流速的两相流动依然可以实现有效测量，支持瞬态工况下两相流动的界面参数测量。
Description
技术领域
本发明涉及两相流动实验测试领域，具体涉及一种相态探测仪及其安装方法、两相流界面参数测量系统。
背景技术
气液两相流动常见于反应堆系统，对两相流特性及机理的深入研究对反应堆热工安全分析，提高系统运行效率，以及提出事故缓解措施具有重要指导意义。获取流道截面上全场界面参数是开展两相流深入研究的前提，重要的界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度等。
迄今为止，使用最为广泛的测量手段为探针，探针同一时刻只能对流场中同一点进行测量，为了获得界面参数在截面上的分布形态，探针必须不断改变位置，完成截面全场测量需要较长时间，整个过程中流动参数(气液相流速等)必须保持恒定，对于变化的瞬态工况，探针还来不及对全场完成测量，流动形态就已经千变万化，所以传统的探针测量手段无法对瞬态工况进行有效测量。
然而，瞬态工况在反应堆系统中非常常见，比如核动力舰船以及浮动式核电站受海洋条件的影响，出现的倾斜、摇摆以及上下浮动等行为，以及反应堆的升降功率等动态操作过程都会导致冷却剂流道流动状态改变，出现瞬态工况，为了研究反应堆在瞬态工况下的两相流动规律以及影响因素，需要开展瞬态工况两相流动实验，此时传统的探针测量手段不再适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相态探测仪以实现对瞬态工况下流场迅速变化的两相流动的界面参数进行有效测量，解决传统的探针测量手段不再适用瞬态工况下两相流动的界面参数测量问题。本发明还提供了一种相态探测仪的安装方法和包含相态探测仪的两相流界面参数测量系统。
本发明通过下述技术方案实现：
相态探测仪包括基板，所述基板中心开设有贯通基板的上下表面的流道孔，所述流道孔内设置有至少2个电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；所述电极丝层所在的平面垂直于流道孔的中心轴线。本技术方案中，至少一个电极丝层的电极丝作为激励电极丝，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，至少一个与激励电极丝相邻的电极丝层的电极丝作为接收电极丝，用于采集电流信号；这两个电极丝层形成一个相态探测器，即每个相态探测器由互相垂直但不接触的一层激励电极丝和一层接收电极丝构成。这样，由于布置了多根激励电极丝和接收电极丝，在空间上形成了许多探测点，具有很高的空间分辨率，可以实现对流道截面相态分布的瞬时测量。同时，激励信号的扫描频率可以高达上万赫兹，具有很高的时间分辨率，对较高流速的两相流动依然可以实现有效测量，支持瞬态工况下两相流动的界面参数测量。
作为本发明的进一步改进，所述基板上在每个电极丝两端对应的位置上均设置有条形槽，每个条形槽内安装一根电极丝，所述条形槽的长度方向与安装在其中的电极丝的长度方向一致。本实施例中，在基板上开设条形槽固定电极丝，使得电极丝的固定更加稳定，并且能实现准确定位。
作为本发明的再一改进，所述流道孔内设置有3个电极丝层，分别为上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层，中部电极丝层与其他两个电极丝层的电极丝的安装方向互相垂直，上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层各自所在的平面相互平行，且上层电极丝层和下层电极丝层到中部电极丝层的距离相等。本技术方案中，中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝，用于采集电流信号。本方案中相态探测仪设置1层激励电极丝、2层接收电极丝，由于每个相态探测器由互相垂直但不接触的一层激励电极丝和一层接收电极丝构成，因此本技术方案中的相态探测仪具有2个相态探测器，2个相态探测器除了具有很高的空间分辨率和时间分辨率，可以实现对流道截面相态分布的瞬时测量外，两个相态探测器还共用一层激励电极丝，可以通过2套信号的时延实现对轴向气泡速度的测量，从而获得两相流界面参数中的重要参数-气泡速度，此外2套相态探测器只需要使用一套激励电极丝、接入一套激励信号，节省成本。
进一步，所述基板的上表面上在流道孔前后两侧均开设有多个相互平行且等距分布的第一条形槽，所述第一条形槽的长度方向为前后方向，流道孔前侧的第一条形槽与流道孔后侧的第一条形槽数量相等且一一对应；所述基板的下表面上在流道孔前后两侧开设有多个相互平行且等距分布的第二条形槽，所述第二条形槽的长度方向为前后方向，流道孔前侧的第二条形槽与流道孔后侧的第二条形槽数量相等且一一对应；所述基板的上表面或下表面上在流道孔左右两侧开设有多个相互平行且等距分布的第三条形槽，所述第三条形槽的长度方向为左右方向，流道孔左侧的第三条形槽与流道孔右侧的第三条形槽数量相等且一一对应；位于流道孔前后两侧且相互正对的2个第一条形槽构成上层电极丝层的一个电极丝的安装通道；位于流道孔前后两侧且相互正对的2个第二条形槽构成下层电极丝层的一个电极丝的安装通道；位于流道孔左右两侧且相互正对的2个第三条形槽构成中部电极丝层的一个电极丝的安装通道；所述上层电极丝层的电极丝和下层电极丝层的电极丝均沿前后方向安装在流道孔内，上层电极丝层的电极丝的两端分别安装在流道孔前后两侧的第一条形槽内；下层电极丝层的电极丝的两端分别安装在流道孔前后两侧的第二条形槽内；所述中部电极丝层的电极丝沿左右方向安装在流道孔内，其两端分别安装在流道孔左右两侧的第三条形槽内。所述第一条形槽、第三条形槽、第二条形槽的槽底所处的高度依次减小或依次增大；使得沿流道孔5中心轴线的方向，3个电极丝层按接收电极丝、激励电极丝、接收电极丝的顺序依次排布。
本技术方案结合了3个电极丝层需要安装的位置，在基板的上下表面的前后左右不同位置开设条形槽，可以精确定位每个电极丝，便于准确测量两相流界面参数。此外，本技术方案中，任意两个电极丝不接触，实现了电极丝之间的相互绝缘。
进一步，所述上层电极丝层的电极丝等间距分布，所述下层电极丝层的电极丝等间距分布，所述中部电极丝层的电极丝也等间距分布。
优选的，所述基板为十字形板体，包括4个板体，分别为前板、后板、左板和右板，流道孔位于4个板体之间，所述第一条形槽和第二条形槽设置在前板和后板上，所述第三条形槽设置在左板和右板上。
进一步，为便于电极丝的安装和固定，所述第一条形槽、第三条形槽、第二条形槽均贯穿各自所在板体的侧面和流道孔的壁面，这样每根电极丝都能跨过流道孔以及流道孔两端的条形槽，从所在板体的侧面进行拉紧，最后通过胶体进行固定，固定得更加精确和稳定，防止在两相流实验中被流体冲刷移位，保证测量结果的准确性。
相态探测仪安装方法，包括以下步骤：
步骤一、在中部电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔内、两端分别伸出左板和右板的第三条形槽，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第三条形槽内；
步骤二、在上层电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔内、两端分别伸出前板和后板的第一条形槽，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第二条形槽内；
步骤三、在下层电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔内、两端分别伸出前板和后板的第二条形槽，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第二条形槽内；
上述步骤二和步骤三不分先后顺序。
进一步，上述相态探测仪安装方法在步骤一之前还具有基板制备步骤，该基板制备步骤具体包括以下步骤：
S01、一体成型制备一个十字形板体；
S02、在十字形板体中心开设一个流道孔，所述流道孔贯穿基板的两个表面；所述基板的形状与实验使用的流道相同；
S03、在前板和后板的上表面开设多个相互平行且等距分布的第一条形槽，前板上的每个第一条形槽均正对有一个后板的第一条形槽；位于流道孔前后两侧且相互正对的2个第一条形槽构成上层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
在前板和后板的下表面开设多个相互平行且等距分布的第二条形槽，前板上的每个第二条形槽均正对有一个后板上的第二条形槽；位于流道孔前后两侧且相互正对的2个第二条形槽构成下层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
在左板和右板的上表面或者下表面开设多个相互平行且等距分布的第三条形槽，左板上的每个第三条形槽均正对有一个右板上的第三条形槽；位于流道孔左右两侧且相互正对的2个第三条形槽构成中部电极丝层的一个电极丝的安装通道；所有第三条形槽同时位于左板和右板的上表面或者同时位于左板和右板的下表面；
所述第一条形槽、第三条形槽、第二条形槽均贯穿各自所在板体的侧面和流道孔的壁面，第一条形槽的深度等于第三条形槽的深度且小于第二条形槽的深度。
两相流界面参数测量系统，包括激励信号控制单元、相态探测装置和接收信号处理单元，所述相态探测装置为上述技术方案中的相态探测仪；相态探测仪的中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝，用于采集电流信号；所述激励信号控制单元产生激励信号并发送给相态探测装置的所有激励电极丝；所有接收电极丝均与接收信号处理单元相连，所有接收电极丝用于采集电流信号并将测得的电流信号发送给接收信号处理单元。该测量系统中，激励电极丝和接收电极丝在每个空间垂直点都构成一个电导探针，激励信号控制单元产生激励信号发送给激励电极丝，电流首先通过激励电极丝，再通过激励电极丝和接收电极丝之间的两相流体，最后通过接收电极丝接收，传回接收信号处理单元；由于不同空泡份额的两相混合物电导值不同，接收信号处理单元接收到的电流值可以反映出当地的空泡份额值。由于布置了多根激励电极丝和接收电极丝，空间上形成了许多探测点，具有很高的空间分辨率，可以实现对流道截面相态分布的瞬时测量。同时，激励信号控制单元产生的激励信号频率可以高达上万赫兹，具有很高的时间分辨率，对较高流速的两相流动依然可以实现有效测量。本技术方案中的两相流界面参数测量系统实现了对瞬态工况下两相流动截面全场界面参数快速准确的测量，能够用于瞬态工况下的两相流动实验；在测量过程中具有全场测量、快速响应和稳定可靠的特点，后期可以获得准确全面的界面参数。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种相态探测仪通过在流道孔中布置多根激励电极丝和接收电极丝，在空间上形成了许多探测点，具有很高的空间分辨率，可以实现对流道截面相态分布的瞬时测量，此外，在接收的激励信号的扫描频率高达上万赫兹时，具有很高的时间分辨率，对较高流速的两相流动依然可以实现有效测量，支持瞬态工况下两相流动的界面参数测量。
2、本发明一种相态探测仪进一步采用独特的三层电极丝结构，在轴向上形成了两个探测器，可以实现对气泡速度的测量，从而可以重构流场的三维结构，并推算出界面面积浓度等参数。
3、本发明一种相态探测仪的承载和固定电极丝的基板采用独特的三层开槽设计，可以实现对电极丝的有效定位，并且任意两个电极丝不接触，实现了电极丝之间的相互绝缘。
4、本发明一种相态探测仪的基板加工方便，成本较低，可以实现电极丝的精确定位，拉丝过程和电极丝固定过程操作简便。
5、本发明的两相流界面参数测量系统在瞬态工况下保证实时、准确和稳定地测量截面全场界面参数，为开展瞬态工况下的两相流动深入研究提供数据支撑。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的相态探测仪的基板的俯视图；
图2为本发明的相态探测仪的基板的立体图；
图3为图2的E处局部放大图；
图4为图1的AA方向的剖面图；
图5为图4中C处的局部放大图；
图6为图1的BB方向的剖面图；
图7为图6中D处的局部放大图；
图8为本发明的相态探测仪的电极丝的布置方式示意图；
图9为两相流界面参数测量系统的原理框图；
图10为实施例2中原始电压信号向相态值转换结果；
图11为气泡经过三层电极丝探测器的流动示意图；
图12为上下游归一化截面平均相态值随时间变化曲线；
图13为互相关函数计算结果；
图14为气泡标记结果示意图，左边为相态值矩阵，右边为标记矩阵；
图15为气泡断层扫描示意图；
图16为每层气泡侧面积计算示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-基板，11-左板，12-右板，13-前板，14-后板，2-第一条形槽，3-第二条形槽，4-第三条形槽，5-流道孔，6-激励电极丝，7-接收电极丝。
具体实施方式
现有技术中，研究气液两相流动时，获取流道截面上全场界面参数主要的测量手段为探针，探针同一时刻只能对流场中同一点进行测量，为了获得界面参数在截面上的分布形态，探针必须不断改变位置，完成截面全场测量需要较长时间，整个过程中流动参数(气液相流速等)必须保持恒定，对于变化的瞬态工况，探针还来不及对全场完成测量，流动形态就已经千变万化，所以传统的探针测量手段无法对瞬态工况进行有效测量。针对这个问题，本发明提出一套管内气液两相流动的界面参数测量系统，尤其是用于瞬态工况下界面参数测量系统，用于反应堆基本热工水力学问题的实验研究，能够满足瞬态工况下管内气液两相流动的界面参数测量要求，实现对瞬态工况下两相流动截面全场界面参数的准确测量。该系统中一个重要部件就是相态探测仪。所述相态探测仪包括基板1，所述基板1中心开设有贯通基板1的上下表面的流道孔5，所述流道孔5内设置有至少2个电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；所述电极丝层所在的平面垂直于流道孔5的中心轴线。所述基板1上在每个电极丝两端对应的位置上均设置有条形槽，每个条形槽内安装一根电极丝，所述条形槽的长度方向与安装在其中的电极丝的长度方向一致。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
【实施例1】
本实施例中，提供一种瞬态工况下用于测量流道截面的相态分布信号的相态探测仪。
如图1-图8所示，相态探测仪所述相态探测仪包括基板1，基板1中心开设有贯通基板1的上下表面的流道孔5，流道孔5的轴线方向为竖直方向，所述流道孔5内设置有3个电极丝层，分别为上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层，各电极丝层所在的平面垂直于流道孔5的中心轴线。每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，且每个电极丝层中的电极丝均匀排布即每个电极丝层中的所有电极丝等间距分布，任意相邻两根电极丝的距离均相等。中部电极丝层与其他两个电极丝层的电极丝的安装方向互相垂直，上层电极丝层所在的平面、中部电极丝层所在的平面和下层电极丝层所在的平面相互平行，上层电极丝层所在的平面到中部电极丝层所在的平面的距离等于下层电极丝层所在的平面到中部电极丝层所在的平面的距离，且上下层距离中间层的距离相等，根据实际工程使用经验，该距离设置为2mm(即上层电极丝层到中部电极丝层的距离、下层电极丝层到中部电极丝层的距离均为2mm)，距离过小，电极丝形变可能产生接触；距离过大，不利于电信号传递；其中，中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝6，用于在两相流界面参数测量中从外部接收激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝7，用于采集电流信号发送给后端的接收信号处理单元。
上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层在流道孔5中的安装方式具体如下：
所述基板1为十字形板体，包括4个板体，分别为前板13、后板14、左板11和右板12。基板1的中心即为开设的流道孔5，相当于4个板体以流道孔5位中心向前后左右4个方向延伸，流道孔5的壁面也是由4个板体的端面构成。本实施例中，所述基板1虽然被描述为包括前板13、后板14、左板11和右板12，但需要说明的是基板1为一体加工成型的整板；因为前板13、后板14、左板11和右板12分开加工后拼接形成基板1的方式不宜加工，且强度不够，本实施例中不采用这种方式。
所述基板1的上表面上在流道孔5的前板13和后板14均开设有多个相互平行的第一条形槽2，所述第一条形槽2的长度方向为前后方向，且所有第一条形槽2等间距分布，即任意相邻两个第一条形槽2之间的间距相等；前板13上的每个第一条形槽2都正对有一个后板14上的第一条形槽2；前板13和后板14上的相互正对的2个第一条形槽2构成上层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
所述基板1的下表面上在流道孔5的前板13和后板14开设有多个相互平行的第二条形槽3，所述第二条形槽3的长度方向为前后方向，且所有第二条形槽3等间距分布，即任意相邻两个第二条形槽3之间的间距相等；前板13上的每个第二条形槽3都正对有一个后板14上的第二条形槽3；前板13和后板14上的相互正对的2个第二条形槽3构成下层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
所述基板1的上表面上在流道孔5的左板11和右板12开设有多个相互平行的第三条形槽4，所述第三条形槽4的长度方向为左右方向，且所有第三条形槽4等间距分布，即任意相邻两个第三条形槽4之间的间距相等；左板11上的每个第三条形槽4都正对有一个右板12上的第三条形槽4；左板11和右板12上的相互正对的2个第三条形槽4构成中部电极丝层的一个电极丝的安装通道；
所述第一条形槽2、第三条形槽4、第二条形槽3的槽底所处的高度依次减小，使得沿流道孔5中心轴线的方向，3个电极丝层按接收电极丝、激励电极丝、接收电极丝的顺序依次排布；
实际上第三条形槽4也可以开设在基板1的下表面，只要保证所述第一条形槽2、第三条形槽4、第二条形槽3的槽底所处的高度依次减小即可。
第一条形槽2用于固定上层电极丝层的电极丝，第二条形槽用于固定下层电极丝层的电极丝，因此上层电极丝层的电极丝和下层电极丝层的电极丝均沿前后方向安装在流道孔5内，上层电极丝层的电极丝的两端分别安装在流道孔5前后两侧的第一条形槽2内；下层电极丝层的电极丝的两端分别安装在流道孔5前后两侧的第二条形槽3内；本实施例中，所述第一条形槽2与第二条形槽3关于中部电极丝层所在的平面对称，所述上层电极丝层的电极丝与下层电极丝层的电极丝也关于中部电极丝层所在的平面对称；在其他实施例中，第一条形槽2与第二条形槽3可以不关于中部电极丝层所在的平面对称，上层电极丝层的电极丝与下层电极丝层的电极丝也可以不关于中部电极丝层所在的平面对称。
所述第三条形槽4用于固定中部电极丝层的电极丝，因此，中部电极丝层的电极丝沿左右方向安装在流道孔5内，其两端分别安装在流道孔5左右两侧的第三条形槽4内，使得沿流道孔5中心轴线的方向3个电极丝层按接收电极丝7、激励电极丝6、接收电极丝7的顺序依次排布。
前板13上的第一条形槽2和第二条形槽3均贯穿前板13的前侧面和后侧面，后板14上的第一条形槽2和第二条形槽3均贯穿后板14的前板13的前侧面和后侧面，左板11上的第三条形槽4贯穿左板11的左侧面和右侧面，右板12上的第三条形槽4贯穿右板12的左侧面和右侧面。这样每根电极丝都能跨过流道孔5以及流道孔5两端的条形槽，从所在板体的侧面进行拉紧，最后通过胶体进行固定，固定得更加精确和稳定，防止在两相流实验中被流体冲刷移位，保证测量结果的准确性。
本实施例中，流道孔5的截面呈正方形，流道孔5的壁面由前板13的部分后侧面、后板14的部分钱侧面、左板11的部分右侧面和右板12的部分左侧面构成。测量过程中，基板1的流道孔5与实际流道对齐，气液两相混合物从流道孔5中经过，基板1的流道孔形状可以随流道截面形状改变而改变，本实施例中采用了正方形通道，实际上也可以采用圆形或长方形或其他形状的通道，与实验使用的流道截面相同。
本实施例中，相态探测仪的基本部件为基板1，用于承载和固定电极丝。为了对电极丝进行有效定位，采用了上述独特的开槽结构，第一条形槽2、第二条形槽3为刻于上下表面同一方向上的浅槽，用于对接收电极丝7进行定位和固定，第三条形槽4为与第一条形槽2和第二条形槽3开槽相垂直方向上的深槽，用于对激励电极丝6进行定位和固定，基板1的三维结构图如图2所示。在安装电极丝时，对电极丝进行布置和拉紧，采用AB胶对电极丝进行固定，在基板1上拉紧和固定电极丝后的效果图如图3所示，激励电极丝6与上下两层接收电极丝7分别形成一个相态探测器，即每个相态探测器由互相垂直但不接触的一层激励电极丝6和一层接收电极丝7构成。2个相态探测器共用一层激励电极丝6，形成两个相态探测器，可以实现对轴向气泡速度的测量。
本实施例中的相态探测仪安装方法包括以下步骤：
步骤一、在中部电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔5内、两端分别伸出左板11和右板12的第三条形槽4，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第三条形槽4内；
步骤二、在上层电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔5内、两端分别伸出前板13和后板14的第一条形槽2，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第二条形槽3内；
步骤三、在下层电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔5内、两端分别伸出前板13和后板14的第二条形槽3，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第二条形槽3内；
上述步骤二和步骤三不分先后顺序。
进一步地，上述相态探测仪安装方法的还一种实施方式为，在步骤一之前还具有基板制备步骤，该基板制备步骤具体包括以下步骤：
S01、一体成型制备一个十字形板体；
S02、在十字形板体中心开设一个流道孔5，所述流道孔5贯穿基板1的两个表面；所述基板1的形状与实验使用的流道相同；
S03、在前板13和后板14的上表面开设多个相互平行且等距分布的第一条形槽2，前板13上的每个第一条形槽2均正对有一个后板14的第一条形槽2，后板14上的每个第一条形槽2均正对有一个前板13的第一条形槽2；位于流道孔5前后两侧且相互正对的2个第一条形槽2构成上层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
在前板13和后板14的下表面开设多个相互平行且等距分布的第二条形槽3，前板13上的每个第二条形槽3均正对有一个后板14上的第二条形槽3，后板14上的每个第二条形槽3均正对有一个前板13上的第二条形槽3；位于流道孔5前后两侧且相互正对的2个第二条形槽3构成下层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
在左板11和右板12的上表面或者下表面开设多个相互平行且等距分布的第三条形槽4，左板11上的每个第三条形槽4均正对有一个右板12上的第三条形槽4，右板12上的每个第三条形槽4也均正对有一个左板11上的第三条形槽4；位于流道孔5左右两侧且相互正对的2个第三条形槽4构成中部电极丝层的一个电极丝的安装通道；所有第三条形槽4同时位于左板11和右板12的上表面或者同时位于左板11和右板12的下表面，不能采用左板11的上表面和右板12的下表面开设第三条形槽4的方式，也不能采用右板12的上表面和左板11的下表面开设第三条形槽4的方式；
所述第一条形槽2、第三条形槽4、第二条形槽3均贯穿各自所在板体的侧面和流道孔5的壁面，第一条形槽2的深度等于第三条形槽4的深度，且第一条形槽2的深度、第三条形槽4的深度均小于第二条形槽3的深度。
本实施例中，可以通过特定的工装件对电极丝进行拉紧，再通过AB胶实现对电极丝的固定，本套工艺中，基板加工方便，成本较低，可以实现电极丝的精确定位，拉丝过程和电极丝固定过程操作简便，同时本工艺解决了电极丝之间的绝缘问题。
【实施例2】
本实施例中提供一种瞬态工况下两相流动实验中的截面全场界面参数测量系统，在瞬态工况下保证实时、准确和稳定地测量截面全场界面参数，为开展瞬态工况下的两相流动深入研究提供数据支撑。如图9所示，该两相流界面参数测量系统包括激励信号控制单元、相态探测装置和接收信号处理单元，所述相态探测装置为实施例1中的相态探测仪；相态探测仪的中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝6，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝7，用于采集电流信号；激励电极丝6与激励信号控制单元连接，激励信号控制单元产生激励信号并发送给相态探测装置的所有激励电极丝6；所有接收电极丝7均与接收信号处理单元相连，所有接收电极丝7用于采集电流信号并将测得的电流信号发送给接收信号处理单元。
激励电极丝6和接收电极丝7每个空间垂直点都构成一个电导探针，激励信号控制单元产生5V交流方波信号发送给激励电极丝6；电流首先通过激励电极丝6，再通过激励电极丝6和接收电极丝7之间的两相流体，最后通过接收电极丝7接收，传回接收信号处理单元；由于不同空泡份额的两相混合物电导值不同，接收信号处理单元接收到的电流值可以反映出当地的空泡份额值。由于布置了多根激励电极丝6和接收电极丝7，空间上形成了许多探测点，具有很高的空间分辨率(若激励和接收电极丝7根数为16根，探测点数为16×16＝256个)，可以实现对流道截面相态分布的瞬时测量。同时，激励层的扫描频率(也即激励信号控制单元产生的交流方波信号频率)可以高达上万赫兹，具有很高的时间分辨率，对较高流速的两相流动依然可以实现有效测量。
可以看出，整个测量系统由传感器模块、电路模块和软件处理模块三大部分构成。传感器由固定于基板上的三层互相垂直但不接触的电极丝构成，电路模块实现产生激励信号和采集接收信号的功能，软件处理模块通过一定的算法实现对界面参数的导出。
传感器的三层电极丝结构在轴向空间上形成了两个相态探测器，对于同一流场，可以测得两套相似的相态分布信号，通过两套信号的时间延迟可以推算出气泡速度，结合不断扫描得到的多层截面相态分布和气泡速度，经过包含特定算法的后端软件处理模块，可以推算出界面面积浓度等参数，同时能还原流场的三维结构。
本实施例中的测量系统可解决在瞬态工况下气液两相流动界面参数变化迅速带来的测量难题，可以实现对瞬态工况下两相流动的界面参数的有效测量。
本实施例中的激励电极丝6在上层电极丝层所在平面上的投影与上层电极丝层上的接收电极丝7相交的点构成第一组探测点，激励电极丝6在下层电极丝层所在平面上的投影与下层电极丝层上的接收电极丝7相交的点构成第二组探测点；上层电极丝层的接收电极丝构成上游探测器，下层电极丝层的接收电极丝构成下游探测器。本实施例中，将前后方向定义为x方向，将左右方向定义为y方向，将上下方向定义为轴向(z方向)，以流道孔5的一个边缘上的点为原点，例如本实施例中，流道孔呈方形，则以方形孔道的一个角为原点(z等于0的位置不重要)，xy方向上以探测点的编号为坐标，比如最靠近原点的探测点的x、y坐标分别为(0,1)和(1，0)，以此类推。
采用本实施例中的两相流界面参数测量系统进行两相流界面参数测量的测量方法具体包括以下步骤：
所述两相流界面参数测量方法包括以下步骤：
S1、激励信号控制单元产生激励信号并发送给所有激励电极丝6；
S2、激励电极丝6接收并向接收电极丝7传递激励信号；
S3、接收电极丝7采集电流信号并发送给接收信号处理单元；
S4、接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，并根据接收到的电流信号计算界面参数，所述界面参数包括空泡份额、界面面积浓度、气泡尺寸和气泡速度。
激励信号控制单元具有多个输出引脚，且输出引脚的个数等于或大于激励电极丝6的根数，使得每根激励电极丝6接入一个激励信号，激励信号控制单元顺序给每个输出引脚施加激励信号，这样接收电极丝层每根电极丝在每个时间点仅有一个探测点接收到电流信号；但是激励信号设置为较高的频率，这样可以保证各时间点每根电极丝仅有一个探测点接收到电流信号，同时在我们的一个采样周期内所有的探测点都能采集到电信号，形成一个电压二维矩阵，在多个采样周期形成电压三维矩阵。
步骤S4具体包括以下步骤：
S41、接收信号处理单元接收电流信号，形成电压三维矩阵
接收信号处理单元接收相态探测装置发送的电流信号，生成上层电极丝层的电压三维矩阵Vup和下层电极丝层的电压三维矩阵Vdown；所述电流信号包括探测点的电压信号；Vup由上层电极丝层上的所有探测点在不同时间的电压Vup(p,q,k)构成，Vdown由下层电极丝层上的所有探测点在不同时间的电压Vdown(p,q,k)构成，(p，q)为探测点在所在电极丝所处的平面的平面坐标，k为时序上的时间坐标；p＝1，2，...，pmax；q＝1，2，...，qmax；pmax为激励电极丝的根数；qmax为探测点在所在电极丝所处的平面的接收电极丝的根数；
S42、原始电压信号转换成相态值
将Vup中的每个探测点的电压信号带入公式1-1进行转换，计算出每个探测点对应的相态值γup(p,q,k)；
式1-1中，Vup(p,q,k)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点在时间坐标为k的电压信号值；
VupL(p,q)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全液相通过时的标定电压值；
VupG(p,q)为上层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全气相通过时的标定电压值；
将Vdown中的每个探测点的电压信号带入公式1-2进行转换，计算出每个探测点对应的相态值γdown(p,q,k)；
式1-2中，Vdown(p,q,k)为下层电极丝层上平面坐标为处的探测点在时间坐标为k的电压信号值；
VdownL(p,q)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全液相通过时的标定电压值；
VdownG(p,q)为下层电极丝层上平面坐标为(p，q)处的探测点全气相通过时的标定电压值；本实施例中，由于上层电极丝层、中层电极丝层和下层电极丝层均各有16根电极丝，因此上层电极丝层具有16×16个探测点，下层电极丝层也具有16×16个探测点，因此在测量过程中会产生上下两套16×16×k的电压三维矩阵Vup和Vdown，Vup中具有256个电压信号Vup(p,q,k)，Vdown中具有256个电压信号Vdown(p,q,k)，因此可以对应转换出256个相态值γup(p,q,k)和256个相态值γdown(p,q,k)，256个γup(p,q,k)构成相态值矩阵γup，256个相态值γdown(p,q,k)构成相态值矩阵γdown，即分别可以转化得到上下游两套相态值矩阵。
图10展示了原始电压信号向相态值(图10中，左边为电压信号值，单位为v，右边为相态值，代表百分比，单位为％)的转换结果，相态值100代表完全的气相，0代表完全的液相。式1-1和1-2实际上是采用线性内插的方法将电压信号转换为0-100的相态值；从转换结果可以看到，相态值并不是非0即100，而是位于0—100间的数，所以需要采用相态值阈值将气泡的边界勾勒出来。
S43、计算气泡速度
气泡经过三层电极丝探测器的流动过程如图11所示，上下游的探测器会获得两套相似但存在时间延迟的相态值数据。气泡速度Ub由上下游探测器的间距Δs(Δs为上层电极丝层到下层电极丝层之间的距离)除以气泡到达两个探测器的时间延迟Δt求得，Δs为已知量。
如何求得Δt是气泡速度计算的关键点。本发明采用互相关算法来求解延迟时间，首先对上下游两个相态值数据γup(p,q,k)和γdown(p,q,k)分别进行截面平均，对应
得到随时间变化的截面平均相态值γup(k)和γdown(k)，如式(1-4)和式(1-3)所示，
其中，pmax是指激励电极丝的根数，对应了在前后方向上探测点的点数，qmax是指探测点在所在电极丝所处的平面的接收电极丝的根数，对应了在左右方向上探测点的点数；气泡在测量过程中，相当于沿上下方向一层一层测量而成。图12展示了某一工况下获得的上下游截面平均相态值随时间的变化曲线，可以看到两个信号的相似性以及明显的时间延迟。图12中横坐标为时间序列，纵坐标为相态值归一化值，归一化是为了便于数据的可读性，改变其相对大小不影响互相关计算，上游数据是指上游探测器的接收电极丝采集的经处理后的数据，下游数据是指下游探测器中的接收电极丝采集的经处理后的数据。
互相关计算方法可以获得两套相似函数的延迟特性，上游截面平均相态值γup(k)和下游截面平均相态值γdown(k)的互相关计算表达式如式(1-5)，式(1-5)中，选择令c(Δk)取值最大的Δk作为所求的时间序列延迟，在软件程序中直接调用程序的Max函数即可获得；k1为测量起始时刻；k2为测量结束时刻；图13给出了互相关函数的计算曲线，图13中所示最大值对应的时间序列延迟Δk就是用于计算气泡速度的最可几时间序列延迟，在Δk基础上乘以单次采样时间(或者除以采样频率)就得到了时间延迟Δt，如式(1-6)所示，最终气泡速度UB通过式(1-7)求得。
式(1-6)中Nc为采样频率；
S44、气泡重构
三维相态值矩阵γup(p,q,k)和γdown(p,q,k)中的参数k代表时间序列，在获得轴向气泡速度UB后，便可以转换得到三维空间的相态值矩阵，此时，k代表了空间轴向坐标，通过内插加密、气泡标记和阈值修正等运算便可以将气泡区域划分出来，进而对气泡进行重构、对界面参数进行计算。
S441内插加密
本实施例中，截面上的空间分辨率为16×16，如果直接用原始的16×16数据对气泡区域进行划分，气泡边界不够平滑，所以必须在原有数据基础上采用一定的插值方式将气泡边界勾勒出来，使气泡边界更为平滑准确，本实施例采用距离反比加权法进行内插，根据加密需求和程序运算量，本实施例在每2个数据点间增加3个内插点，相当于加密4倍，最终加密获得截面相态值矩阵Y(i,j,k)，该加密获得的截面相态值矩阵的数据维度为61×61。距离反比加权法进行内插加密属于本领域常用的技术，为现有技术，本实施例中不再赘述。
S442气泡标记
上面已经提到，相态值并不是非0即100，必须引入相态值阈值αmin对气泡区域进行标记，同一个气泡被定义为一个相互连接的气空间，不同气泡之间由液相区域分开。本实施例采用编程计算，通过逐点判断的方法将每一个气泡标记出来，采用与加密获得的截面相态值矩阵具有相同数据量的气泡标记矩阵id(i,j,k)记录气泡标号，此处，i＝0,1，..，m1；j＝0,1，..，m2，m1为加密获得的截面相态值矩阵的行数，m2为加密获得的截面相态值矩阵的列数。本实施例中，用一个相同维度(61×61×k)的气泡标记矩阵id(i,j,k)记录气泡标号，即m1＝61，m2＝61。程序开始时，首先找到所有数据中相态值最大的节点(i,j,k)，如果该点的相态值大于相态值阈值αmin，那么将对其上下左右前后的所有节点进行相同判断，将相态值大于αmin的所有点标记到该气泡编号中，一直重复操作，直到属于该同一气泡的所有点被标记到编号中，然后对除该气泡外的其他区域进行相同的编号操作，直到最终未标记区域的最大相态值小于阈值αmin，即剩下的区域全部为液相，认为所有气泡已经标记完成，设标记出的气泡个数为e。图14展示了以60作为相态值阈值的气泡标记结果，从图14右边部分从可以看到，该区域总共有两个气泡被识别出来，即e＝2。
S443阈值修正
实验中发现，体积不同的气泡不能用相同的相态值阈值αmin，一般，大气泡的相态值阈值较大，小气泡的相态值阈值较小，若对不同大小气泡采用相同相态值阈值会带来较大误差，所以需要开展针对不同体积气泡的基准实验，获得αmin—db基准表，db代表气泡的直径，给出阈值关于气泡直径的函数αmin(db)，用于正式实验的数据计算当中。基准实验中，采用带刻度的注气装置定量注入不同大小但体积
已知的单气泡，使用不同的相态值阈值αmin(db)使重构气泡体积趋近于真实气泡体积：
从而获得不同尺寸气泡的最佳相态值阈值。最佳相态值阈值为重构气泡体积最接近真实气泡体积时获得的相态值阈值αmin(db)。
S45、界面参数计算
完成气泡重构后，空泡份额、界面面积浓度等关键两相参数就便于推导了。
S451、气泡体积
在维度为61×61×k的气泡标记矩阵id(i,j,k)中，每一个不为0的区域都为气泡，通过简单的求和运算便可以获得每一个气泡的体积
nb为气泡标识，b为气泡编号，b＝1,2，...，e；e为步骤S442中标记出的气泡个数，如式(1-8)，再对所有气泡体积求和便可以获得整个区域的气泡体积Vtotal，如式(1-9)。
式中，Δx和Δy分别为加密4倍后在x,y方向上的空间分辨率，
式中Δx0为激励电极丝在x方向上的间距；Δy0为接收电极丝在y方向上的间距；
Δz为每帧数据间气泡运动的轴向距离，结合式(1-7)可以得到:
t表示时间；
获得气泡体积
后，气泡等效直径de和气泡sauter直径dsauter可以由式(1-11)和式(1-12)计算出，其中
为气泡表面积。
S452、空泡份额
传统探针所测的空泡份额为单点时均空泡份额
其中r代表了流道截面上的径向位置，
表征了径向位置为r处，测量时间段Δt内，所测相态为气相的时间Δtg占总时间的比例，计算表达式如式(1-13)(1-13)。
基于本探测器的自身特点，它不但可以采用和传统探针相同的计算方法获得流道截面上不同位置的单点时均空泡份额
而且可以获得整个流道截面瞬时的面积平均空泡份额
通过气泡标记矩阵id(i,j,k)可以统计出k层上为气相的空间点数Ng(k)，而一个流道截面空间总点数为61×61，通过式(1-14)可以获得整个流道截面瞬时的面积平均空泡份额
S453、界面面积浓度
界面面积浓度ai定义为单位空间体积内，气液交界面的总面积，ai的单位为m-1，传统探针为单点测量，其计算界面面积浓度的方法基于较多假设，算法不直观，计算准确度有待考证。
本实施例中通过将每个气泡的表面计算出来，获得某一流动空间的总气泡表面积，进而推导出该空间的界面面积浓度，本算法计算过程更为直观，准确度优于传统探针。
由于气泡在测量过程中，相当于沿上下方向一层一层测量而成，基于本探测器断层扫描的特性，如图15所示，可以将气泡分为很多层，首先计算每一层气泡的侧面积，最终将所有属于该气泡的气泡层侧面积累加获得整个气泡的表面积，每个气泡层的侧面积采用如图16所示的方法进行计算，侧面积A与轴向上的面积A1和底部面积A2满足如式(1-15)所示的勾股定理。
A2＝A12+A22 (1-15)；
其中轴向上的面积A1由式(1-16)计算得到。
其中H为k层和k+1层的轴向间距，即式(1-10)中的Δz，L1为k层上二维气泡区域的边界线总长度，L2为k+1层上二维气泡区域的边界线总长度，L1、L2可通过编程计算得到，计算方法如步骤a-步骤c：
步骤a：将前后左右均为气相的点定义为内部点，将前后左右不全为气相的点定义为边界点；通过程序判断语句即可找到边界点，边界点的寻找方法为现有技术，本实施例中不再赘述；
步骤b：首先找出k层上的所有边界点，计算所有相邻边界点之间的间距，将步骤b计算得出的所有间距相加则得到L1；
步骤c：首先找出k+1层上的所有边界点，计算相邻边界点之间的间距，将步骤c计算得出的所有间距相加则得到L2；
L2分别为k层和k+1层上二维气泡区域的边界线总长度。
底部面积A2的计算方法如下：
当上下两层气泡区域完全相同时，A2＝0；
当上下两层气泡区域不同时，A2＝∑|γ(i,j,k)-γ(i,j,k+1)|，对上下两层对应坐标点进行求差取绝对值，再对整个平面(i＝1～61,j＝1～61)求和即可，具体为：
首先求得上下两层各坐标点的相态值之差的绝对值，
β(i,j,k)＝|γ(i,j,k)-γ(i,j,k+1)|；
再对上下两层所有的相态值差值求和得到A2；
求出每个单层侧面积A后，通过对属于同一气泡的所有单层侧面积进行求和，即可获得该气泡的表面积
nk表示气泡层；nb表示第b个气泡，b＝1,2，...，e；e为步骤S442中标记出的气泡个数；
在测量时间t内，通过求和获得该时间内的总气泡表面积Atotal。
流动空间的体积Vgl通过气相表观速度Jg和液体流量计观速度Jl获得。
Vgl＝(Jg+Jl)×t；Jg为气体流量计测得的气相表观速度；Jl为液体流量计测得的液相表观速度Jl；
最终界面面积浓度ai的计算表达式如式(1-19)所示。
S为流道面积，为已知量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.相态探测仪，其特征在于，包括基板(1)，所述基板(1)中心开设有贯通基板(1)的上下表面的流道孔(5)，所述流道孔(5)内设置3个电极丝层，每个电极丝层包括多根平行设置且位于同一平面内的电极丝，相邻两个电极丝层的电极丝互相垂直；所述电极丝层所在的平面垂直于流道孔(5)的中心轴线；
3个电极丝层分别为上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层，中部电极丝层与其他两个电极丝层的电极丝的安装方向互相垂直，上层电极丝层、中部电极丝层和下层电极丝层各自所在的平面相互平行，且上层电极丝层和下层电极丝层到中部电极丝层的距离相等；
中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝(6)，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝(7)，用于采集电流信号；激励电极丝(6)在上层电极丝层所在平面上的投影与上层电极丝层上的接收电极丝(7)相交的点构成第一组探测点，激励电极丝(6)在下层电极丝层所在平面上的投影与下层电极丝层上的接收电极丝(7)相交的点构成第二组探测点；
测量时，激励电极丝(6)接收外部激励信号并发送给接收电极丝(7)；接收电极丝(7)上的所有探测点采集电流信号并发送给与相态探测仪相配合的接收信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的相态探测仪，其特征在于，所述基板(1)上在每个电极丝两端对应的位置上均设置有条形槽，每个条形槽内安装一根电极丝，所述条形槽的长度方向与安装在其中的电极丝的长度方向一致。
3.根据权利要求1所述的相态探测仪，其特征在于，
所述基板(1)的上表面上在流道孔(5)前后两侧均开设有多个相互平行且等距分布的第一条形槽(2)，所述第一条形槽(2)的长度方向为前后方向；位于流道孔(5)前后两侧且相互正对的2个第一条形槽(2)构成上层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
所述基板(1)的下表面上在流道孔(5)前后两侧开设有多个相互平行且等距分布的第二条形槽(3)，所述第二条形槽(3)的长度方向为前后方向；位于流道孔(5)前后两侧且相互正对的2个第二条形槽(3)构成下层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
所述基板(1)的上表面或下表面上在流道孔(5)左右两侧开设有多个相互平行且等距分布的第三条形槽(4)，所述第三条形槽(4)的长度方向为左右方向；位于流道孔(5)左右两侧且相互正对的2个第三条形槽(4)构成中部电极丝层的一个电极丝的安装通道；
所述第一条形槽(2)、第三条形槽(4)、第二条形槽(3)的槽底所处的高度依次减小；所述上层电极丝层的电极丝和下层电极丝层的电极丝均沿前后方向安装在流道孔(5)内，上层电极丝层的电极丝的两端分别安装在流道孔(5)前后两侧的第一条形槽(2)内；下层电极丝层的电极丝的两端分别安装在流道孔(5)前后两侧的第二条形槽(3)内；
所述中部电极丝层的电极丝沿左右方向安装在流道孔(5)内，其两端分别安装在流道孔(5)左右两侧的第三条形槽(4)内。
4.根据权利要求3所述的相态探测仪，其特征在于，所述上层电极丝层的电极丝等间距分布，所述下层电极丝层的电极丝等间距分布，所述中部电极丝层的电极丝也等间距分布。
5.根据权利要求3所述的相态探测仪，其特征在于，所述基板(1)为十字形板体，包括4个板体，分别为前板(13)、后板(14)、左板(11)和右板(12)，流道孔(5)位于4个板体之间，所述第一条形槽(2)和第二条形槽(3)设置在前板(13)和后板(14)上，所述第三条形槽(4)设置在左板(11)和右板(12)上。
6.根据权利要求5所述的相态探测仪，其特征在于，所述第一条形槽(2)、第三条形槽(4)、第二条形槽(3)均贯穿各自所在板体的侧面和流道孔(5)的壁面。
7.根据权利要求6所述的相态探测仪的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在中部电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔(5)内、两端分别伸出左板(11)和右板(12)的第三条形槽(4)，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第三条形槽(4)内；
步骤二、在上层电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔(5)内、两端分别伸出前板(13)和后板(14)的第一条形槽(2)，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第一条形槽(2)内；
步骤三、在下层电极丝层的电极丝的安装通道中放入电极丝，使得每根电极丝中部位于流道孔(5)内、两端分别伸出前板(13)和后板(14)的第二条形槽(3)，拉紧电极丝后采用AB胶将电极丝固定在第二条形槽(3)内；
上述步骤二和步骤三不分先后顺序。
8.根据权利要求7所述的安装方法，其特征在于，在步骤一之前还具有基板制备步骤，该基板制备步骤具体包括以下步骤：
S01、一体成型制备一个十字形板体；
S02、在十字形板体中心开设一个流道孔(5)，所述流道孔(5)贯穿基板(1)的两个表面；所述基板(1)的形状与实验使用的流道相同；
S03、在前板(13)和后板(14)的上表面开设多个相互平行且等距分布的第一条形槽(2)，前板(13)上的每个第一条形槽(2)均正对有一个后板(14)的第一条形槽(2)；位于流道孔(5)前后两侧且相互正对的2个第一条形槽(2)构成上层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
在前板(13)和后板(14)的下表面开设多个相互平行且等距分布的第二条形槽(3)，前板(13)上的每个第二条形槽(3)均正对有一个后板(14)上的第二条形槽(3)；位于流道孔(5)前后两侧且相互正对的2个第二条形槽(3)构成下层电极丝层的一个电极丝的安装通道；
在左板(11)和右板(12)的上表面或者下表面开设多个相互平行且等距分布的第三条形槽(4)，左板(11)上的每个第三条形槽(4)均正对有一个右板(12)上的第三条形槽(4)；位于流道孔(5)左右两侧且相互正对的2个第三条形槽(4)构成中部电极丝层的一个电极丝的安装通道；所有第三条形槽(4)同时位于左板(11)和右板(12)的上表面或者同时位于左板(11)和右板(12)的下表面；
所述第一条形槽(2)、第三条形槽(4)、第二条形槽(3)均贯穿各自所在板体的侧面和流道孔(5)的壁面，第一条形槽(2)的深度等于第二条形槽(3)的深度且小于第三条形槽(4)的深度。
9.两相流界面参数测量系统，其特征在于，包括激励信号控制单元、相态探测装置和接收信号处理单元，所述相态探测装置为权利要求2-6任一所述的相态探测仪；相态探测仪的中部电极丝层的电极丝作为激励电极丝(6)，用于在两相流界面参数测量中传递激励信号，上层电极丝层和下层电极丝层的电极丝作为接收电极丝(7)，用于采集电流信号；所述激励信号控制单元产生激励信号并发送给相态探测装置的所有激励电极丝(6)；所有接收电极丝(7)均与接收信号处理单元相连，所有接收电极丝(7)用于采集电流信号并将测得的电流信号发送给接收信号处理单元。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| DE19649011A1 (de) * | 1996-11-27 | 1998-05-28 | Rossendorf Forschzent | Gittersensor zur Bestimmung der Leitfähigkeitsverteilung in strömenden Medien sowie Verfahren zur Gewinnung der Meßsignale |
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| CN101413911A (zh) * | 2008-11-27 | 2009-04-22 | 上海交通大学 | 基于双头电容探针的两相流参数测量方法与装置 |
| CN204882446U (zh) * | 2015-07-28 | 2015-12-16 | 华北电力大学 | 一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架 |
| CN107102031A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-08-29 | 天津大学 | 用于丝网传感器的超分辨率成像方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19649011A1 (de) * | 1996-11-27 | 1998-05-28 | Rossendorf Forschzent | Gittersensor zur Bestimmung der Leitfähigkeitsverteilung in strömenden Medien sowie Verfahren zur Gewinnung der Meßsignale |
| WO2007121708A1 (de) * | 2006-04-21 | 2007-11-01 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Gittersensor zur zweidimensionalen messung von verschiedenen komponenten im querschnitt einer mehrphasenströmung |
| CN101413911A (zh) * | 2008-11-27 | 2009-04-22 | 上海交通大学 | 基于双头电容探针的两相流参数测量方法与装置 |
| CN204882446U (zh) * | 2015-07-28 | 2015-12-16 | 华北电力大学 | 一种测量气液两相流中空泡份额的标定实验台架 |
| CN207007213U (zh) * | 2017-01-23 | 2018-02-13 | 国核华清（北京）核电技术研发中心有限公司 | 两相流测量装置 |
| CN107102031A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-08-29 | 天津大学 | 用于丝网传感器的超分辨率成像方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| 浅谈丝网探测技术的原理与应用;龚随军 等;《科技视界》;20180315;第155-156页 * |
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