CN115327158A - 液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统和方法，系统包括有：采集液体流体截面速度信息的阵列通道；设置在所述阵列通道外围给其提供磁场的外部磁场装置，给所述阵列通道提供稳定流体的液体循环装置；以及对所述阵列通道采集的数据进行处理和控制的数据处理控制装置。当内有流体流过数据提取管段的小通道时，流体做切割磁感线运动，电极两端产生感应电势，经过数据处理控制装置处理后，会呈现整个截面的速度场，为流体管道内截面流速测量提供一种新的测量方法。本发明根据法拉第电磁效应原理，在管道内布置阵列电极，实现管道内流场分布的精确测量。
Description
技术领域
本发明涉及液体速度场测量领域，具体地说是一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统和方法。
背景技术
目前，管道内流速的测量方法有光学(PIV，PTV)，电学、声学等多种技术。
电学方法主要以电磁为主，以电磁流量计为例，电磁流量计具有无压损、口径大、量程比宽、耐腐蚀、适用于高黏度介质、性价比高等特点，被广泛应用于石油及城市排污等脏污流体环境中。电磁流量计的精度关系到计量的准确性。以电磁流量计的发展历史为线索，分析了电磁流量计的四个发展方向，即电磁流量计的结构、电磁流量计的励磁方式、电磁流量计的信号处理方式、电磁流量计的智能化。
光学方法主要是靠测量管道内粒子的运动状态来进行表征管道内流体流动状态的方式进行速度场的测量。使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像，再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息，并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行研究分析。并对液体速度场中产生误矢量的原因进行了分析，消除测量误差。
声学方面主要以超声多普勒为主，超声多普勒法(UVP)是一种新型的流量测量方法，具有直接测量管内瞬时速度分布的能力,适用于瞬时流量的测量。超声波在流体中传播时携带着流速信息。比如传播时间、频率、震动强度等。目前使用的超声波穿越时间流量计的原理是基于超声波在传播路径上的速度是均匀的。无论是层流还是湍流，管道内的速度分布都是不均匀的。很多超声流量计根据超声在管道内的传播速度分布对超声传播时间的影响，提出了考虑实际速度分布的层流和湍流理论流量修正因子，以及多探头超声通道分布，以获得更高的精度。
近年来由于微电子技术的发展,基于热平衡原理的热式流量计因其对低流量灵敏、无机械结构、对流体状态影响很小、适用于各种管道等优点,成为气、液等流量测量的解决方案。同时，一些差压式流量计对于流场速度也能测量，如“Annubar”型流量计等。
但是，在实验室现有的管道装置中，大都是以整个管道的平均流速来代替管道内各位置的流速，流场的测量并不精确，而PIV或者超声多普勒技术等测量的是流体中粒子的速度，流体与管壁等关键部分也很难测量精确。由于流体流动过程过于复杂，导致截面流速测量困难。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，以解决现有技术中液体截面流速测量困难的测量难度大的问题。
本发明的目的之一是这样实现的：一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，包括有：采集液体流体截面速度信息的阵列通道；设置在所述阵列通道外围给其提供磁场的外部磁场装置，给所述阵列通道提供稳定流体的液体循环装置；以及对所述阵列通道采集的数据进行处理和控制的数据处理控制装置；
所述阵列通道包括有设置在迎流面一端的数据提取管段、设置在中间的观测管段和设置在背流面一端的稳流管段；所述数据提取管段由多个横截面为圆形的小通道阵列而成；在每个所述小通道的两端分别设置有电极，所述电极与所述数据处理控制装置相连接。
进一步地，本发明可以按如下技术方案实现：
所述电极通过数据采集卡与所述数据处理控制装置相连接，所述数据采集卡与巡检仪相连接。
所述稳流管段由多个横截面为圆形的小通道阵列而成；所述观测管段为透明的亚力克管段；在所述阵列通道两端分别设置有法兰。
所述液体循环装置包括有水源单元和检定管路单元；
水源单元包括有串接的水箱、水泵、水塔，用于给检定管路单元提供稳定的水循环；
检定管路单元包括有串接的标准流量计、压力表、温度计、换向器和标准容器，所述阵列通道设置在检定管路单元的上；
所述数据处理控制装置与所述液体循环装置相连接，控制所述液体循环装置进行液体循环工作。
所述数据处理控制装置包括有工业控制计算机、PLC模块、继电器和电源。
本发明的目的之二是提供一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法，以解决现有方法中无法对液体截面流速进行测量的问题。
本发明的目的之二是这样实现的：一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法，包括如下步骤：
A、所述液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法应用于权利要求1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统；
B、由液体循环装置给阵列通道提供稳定的液体流，外部磁场装置给阵列通道提供磁场，液体流经阵列通道，在小通道内的磁场中做切割磁力线运动，在电极处产生感应电势，并且输出到数据处理控制装置中，此时感应电势的表达式为：
小通道内的流体速度为：
V_((i,j))＝E_((i,j))/kBD
式中：V_((i,j))--小通道各点的速度大小，单位是m/s；
E_((i,j))--小通道内各点的感应电动势，单位是伏特(V)；
k--常数系数，无量纲；
B--磁感应强度，单位是特斯拉(T)；
D--测量管内径，单位是米(m)；
v---测量管内电极截面轴向平均流速，单位是米/秒(m/s)；
C、数据处理控制装置对每一组小通道内的液体流体的速度进行整合，最后得到管道内液体流体的截面速度场。
进一步地，本发明可以按如下技术方案实现：
在所述步骤B中，整个流体的感应电动势大小用所有小通道的感应电势加权平均值来表示，如下：
流体截面速度大小随距离圆心变化关系函数如下：
r2＝x2+y2
管道截面速度平均值界于所有小通道的最大速度和最小速度之间，如下公式表示：
式中：(x,y)--传感器内某小通道的坐标；
fi--第i个小通道的权重系数；
G(r)--半径为r的圆截面所对应的速度函数；
r--管道截面某点距离圆心的距离，介于0到25mm之间。
在所述B步骤中，接通电源，打开检定管路单元的旋拧阀，水泵将水箱里的水压入水塔中，水塔里的水流经标准流量计、压力表、阵列管道、温度表，然后一路经由换向器流入水箱形成闭环，以提供稳定的液体流；另一路经过标准容器、利用质量法测定质量流量。
本发明通过阵列通道内设置由多个横截面为圆形的小通道阵列而成的数据提取管段，在每个小通道的两端分别设置有电极，并通过外部磁场装置在阵列通道外围提供磁场的。当内有流体流过数据提取管段的小通道时，流体做切割磁感线运动，电极两端产生感应电势，由于整个管道截面的速度不一样，各个不同小通道内产生的感应电势也就不相同，且在磁场与电极距离相同时，感应电势的变换只与管道内的流体运动速度有关，经过数据处理控制装置处理后，会呈现整个截面的速度场，为流体管道内截面流速测量提供一种新的测量方法。本发明根据法拉第电磁效应原理，在管道内布置阵列电极，实现管道内流场分布的精确测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明阵列通道的结构示意图。
图3是本发明小通道的结构示意图。
图4是本发明阵列通道中数据提取管段的截面图。
图中：1、换向器，2、旋拧阀门，3、标准流量计，4、水泵，5、阵列通道，6、温度表，7、压力表，8、数据提取管段，9、法兰，10、稳流管段，11、观测管段，12、前侧电极数据线，13、后侧电极电源线，14、前侧电极电源线，15、后侧电极数据线，16、小通道、17、电极，18、FPC电路板。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，包括有采集液体流体截面速度信息的阵列通道5；设置在阵列通道5外围给其提供磁场的外部磁场装置，给阵列通道5提供稳定的液体流体的液体循环装置；以及对阵列通道5采集的数据进行处理和控制的数据处理控制装置。
如图2所示，阵列通道5包括有设置在迎流面一端的数据提取管段8、设置在中间的观测管段11和设置在背流面一端的稳流管段10。观测管段11为透明的亚力克管段，可用于光学，声学，以及其他非侵入式的测速仪器的检测，可根据需要接入其他方式测量仪器，用于检测流固场中粒子的速度信息，检验其他流速测量装置的准确性。观测管段11是为了经过流体仿真验证，在分层流状态下，阵列通道5里的流体流速可以代替观测管段11内的流速。流体通过总管道流经数据提取管段8，再流过观测管段11，再流经稳流管段10，后面的稳流管段10目的是为了整流，形成稳定的流形。流体经过阵列通道5后，在观测管段11重新组合形成管道内的气液两相流，由于后方同样的阵列式小通道16的稳流管段10，使流形在一定范围内固定。在一定的流速范围内，观测管段11的流速可以用数据提取管段8内的流速所代替。
数据提取管段8和稳流管段10均由多个横截面为圆形的小通道16阵列而成，起到稳定流形的作用。小通道16采用横截面为圆形的管道，优点是圆形在所有形状中周长相等时，面积最大，同时相同材料制的管道流量通过量最大、抗挤压力最强、排水量大、不容易留死角。
这些阵列在一起的小通道16是通过3D打印的光敏树脂材料组成。在数据提取管段8的小通道16两端分别设置有电极17，用于通道内的液体流体流速检测。该电极17通过数据采集卡与数据处理控制装置相连接，数据采集卡与巡检仪相连接。小通道16截面采用矩形形状，这样可以使得小通道16内的上下两片电极17组成电极17，便于使得电极17信号稳定，因为液体流体经过，产生不同的流体特征，进而产生不同的介电常数。具体地，在小通道16内打孔，上下两层分别留出可容纳电极17的通孔，以留出电极17与液体流体的接出面积，两个电极17形成一个电极17。利用印刷电路板技术，印刷出FPC电路板18，以焊盘作为电极17，当FPC电路板18上电极17与通孔位置重合后，将FPC电路板18和小通道16粘连在一起，并将每一排小通道16粘连起来组成阵列电极17传感器。在流体经过时通过阵列电极17传感器实现对液体流体特征的检测，并且前后一段距离内组成两组阵列电极17传感器，电极17做好防水措施，且不影响流场内的液体流体动。
如图3和图4所示，小通道16的尺为边长1mm圆孔，在通道壁上开有电极17与水接触的通孔。利用FPC电路板18作为线路，并且利用排线上的焊盘作为电极17，将焊盘与通道壁上的孔对齐，整体管道截面布置1124个小通道16结构通孔。通孔之间的中心距为1.1mm，外圈小孔圆心距离管壁的距离为0.5mm。在阵列电极17式通道两端分别设置有法兰9。在数据提取管段8的前侧电极17处设置有前侧电极数据线12和前侧电极电源线14，在后侧的电极17处设置有后侧电极数据线15和后侧电极电源线13。将数据提取管段8和稳流管段10放入亚克力管道中，接出引线，并与法兰9连接，避免流体流出现象。
FPC电路板18外接出的引线通过数据采集卡与数据处理控制装置相连接。由稳定电源供电，电源接到巡检仪上，同时数据采集卡同样接到巡检仪上。信号由FPC线路板传输到巡检仪上，并传输到数据采集卡，每次巡检一层阵列通道5内的信息。同样电源也是由巡检仪进行巡检，进而实现每个电极17信号的采集及传输。为保证同时性，在电源巡检仪，及采集卡巡检仪前端设置同时开关，使得两组巡检仪同时进行巡检，实现每一个通道内的电极17快速接通以及快速反应。巡检仪与阵列电极17传感器配合使用，可对多路温度、压力、液位、流量、重量等过程参数进行巡回检测、报警控制、变送输出、数据采集及通讯。
在阵列通道5外部设置外部磁场装置，由于电磁感应假设是在均匀磁场中，且磁场是无限大，电极17设置在磁场中间，电磁线圈在阵列通道5上下两侧，呈扇形，并且为了留出观测管段11，磁场只在数据提取管段8设置。同时磁场激励方式有多种，选择双频电磁激励。双频励磁方式是一种高、低频矩形波调制波的励磁方式，其中低频励磁是为帮助提高信号放大电路的零点稳定性，而高频励磁能降低电极17在被测液体介质中所产生的极化电压，减小流量信号中的波动，同时还能提高测量的响应速度。
当小通道16内有流体流过时，根据法拉第电磁感应定律，流体做切割磁感线运动。电极17两端产生感应电势，信号由导线传输至数据处理控制装置。由于整个管道截面的速度不一样，各个不同小管道产生的感应电势也就不相同，且在磁场与电极17距离相同时，感应电势的变换只与管道内的流体运动速度有关，经过外接数据处理控制装置处理后，会呈现整个截面的速度场，为流体管道内，截面流速测量提供一种新的测量方法。
如图1所示，液体循环装置包括有水源单元和检定管路单元。水源单元包括有串接的水箱(容积为8m3)、水泵4(25LG3-10X5、3m3/h、2.2kW)、水塔(1.5×1.5×3m)。水箱用于提供实验所需的水源。水塔是利用高度差形成较大的水压，水泵4是提供水循环所需的动力，三者共同作用为液体循环装置提供足够压力的水源。
检定管路单元包括有串接的标准流量计3、压力表7、温度计、换向器1和标准容器，阵列通道5设置在检定管路单元的上。检定管路单元的管线是由DN50的一条管线组成，管线配置有前后直管段、旋拧阀门2、气动夹表器、短节，以及±0.075％的绝压变送器和0.2％温度变送器等。所有检定管线安装在检表操作台上，采取串联结构实现多块标准流量计3同时检定的功能。DN50台位可串联1块标准流量计3检测。管路及短节可以在直线导轨上前后滑动。直管段与短节采用快装结构，方便变径管线的安装连接。直管段用于稳流，旋拧阀门2用于液体循环装置阀门的开关。气动夹表器用来固定所检定的阵列通道5。管路及短节可以在直线导轨上前后滑动，直管段与短节采用快装结构，方便变径管线的安装连接。绝压变送器用于随时监测管道内部的压力情况。温度变送器是把温度传感器的信号转变为电流信号，连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度。
阵列通道5设置在检定管路单元的管线上。数据处理控制装置与液体循环装置相连接，控制液体循环装置进行水源和气源的循环工作。
数据处理控制装置包括有工业控制计算机、PLC模块、继电器和电源。
数据处理控制装置硬件采用工业控制计算机，控制模块采用西门子PLC模块，继电器可采用松下产品，现场阀门及仪表供电选用西门子电源模块，保障整个装置测控可靠。PLC实现测量部分各种控制，对各种信号实时采集完成检定过程的控制，能够可靠的实现远程操作，也兼有数据前沿处理和管理功能，主要实现所有流量仪表、各种变送器自动采集并输出多路控制信号自动控制流量达到检定要求。工业控制计算机控制系统中各个阀门的开关，同时与系统中绝压变送器、温度变送器、标准流量计3、压力表7和温度表6相连接。
实施例2
本发明液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法，包括如下步骤：
A、所述液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法应用于实施例1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统。
B、由液体循环装置给阵列通道5提供稳定的液体流，外部磁场装置给阵列通道5提供磁场。接通电源，打开检定管路单元的旋拧阀，水泵4将水箱中的水抽出并流向水塔高处，形成水压差流出，水塔里的水流经标准流量计3、压力表7、阵列管道、温度表6，然后一路经由换向器1流入水箱形成闭环，以提供稳定的液体流；另一路经过标准容器、利用质量法测定质量流量。以上所有装置动态数据都通过工业控制计算机进行即时监测，最后进行数据处理，得出质量流量。
液体流体经由法兰9接口流入阵列通道5中数据提取管段8的小通道16内，使整个管道内的流场被小通道16切分，不同位置的小通道16内的流体运动速度不同。在法拉第电磁感效应的作用下，在小通道16内的磁场中做切割磁力线运动，在电极17处产生感应电势，并且输出到数据处理控制装置中，感应电势经过FPC电路板18导线传到法兰9接收处，每一层小通道16数据由一条总线线缆导出，每条总线连接到巡检仪上。并且将巡检仪连接到数据采集卡。小通道16内液体流动，同时磁场产生单元产生激励磁场，第一层小通道16内的数据采集后，巡检仪开始工作，进行下一层的数据采集。此时感应电势的表达式为：
感应电势的大小与液体流体在磁场中的有效长度，也就是小通道16的有效长度，及液体流体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，液体流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在小通道16两边的电极17上产生感应电势E。
小通道16内的流体速度为：
整个流体的感应电动势大小用所有小通道16的感应电势加权平均值来表示，如下：
流体截面速度大小随距离圆心变化关系函数如下：
r2＝x2+y2
管道截面速度平均值界于所有小通道16的最大速度和最小速度之间，如下公式表示：
管道截面速度大小是介于所有小通道16速度大小的上下限之中，由于所有小通道16的截面面积之和小于管道截面面积，又因边缘效应导致距离圆心不同位置的速度大小不同，且速度大小是随距离圆心的距离r的变化而变化的，由此检测感应电动势即可表征小通道16内的平均流速。
式中：(x,y)--传感器内某小通道16的坐标；
fi--第i个小通道16的权重系数；
V(i,j)--小通道16各点的速度大小，单位是m/s；
E(i,j)--小通道16内各点的感应电动势，单位是伏特(V)；
G(r)--半径为r的圆截面所对应的速度函数；
r--管道截面某点距离圆心的距离，介于0到25mm之间；
k--常数系数，无量纲；
B--磁感应强度，单位是特斯拉(T)；
D--测量管内径，单位是米(m)；
fi—各小通道16压力的权重系数；
C、数据处理控制装置对每一组小通道16内的液体流体的速度进行整合，最后得到管道内液体流体的截面速度场。
流体经过小通道16后，进入到观测管段11，观测管段11由小通道16内的不同流速的流场重新组合形成完整的管道内流场，经过CFD仿真实验，小通道16内流速与检测管道内不同位置的流速呈线性关系，利用小通道16内截面速度集合，作为检测段内流场速度。
Claims (8)
1.一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，其特征是，包括有：采集液体流体截面速度信息的阵列通道；设置在所述阵列通道外围给其提供磁场的外部磁场装置，给所述阵列通道提供稳定流体的液体循环装置；以及对所述阵列通道采集的数据进行处理和控制的数据处理控制装置；
所述阵列通道包括有设置在迎流面一端的数据提取管段、设置在中间的观测管段和设置在背流面一端的稳流管段；所述数据提取管段由多个横截面为圆形的小通道阵列而成；在每个所述小通道的两端分别设置有电极，所述电极与所述数据处理控制装置相连接。
2.根据权利要求1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，其特征是，所述电极通过数据采集卡与所述数据处理控制装置相连接，所述数据采集卡与巡检仪相连接。
3.根据权利要求1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，其特征是，所述稳流管段由多个横截面为圆形的小通道阵列而成；所述观测管段为透明的亚力克管段；在所述阵列通道两端分别设置有法兰。
4.根据权利要求1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，其特征是，所述液体循环装置包括有水源单元和检定管路单元；
水源单元包括有串接的水箱、水泵、水塔，用于给检定管路单元提供稳定的水循环；检定管路单元包括有串接的标准流量计、压力表、温度计、换向器和标准容器，所述阵列通道设置在检定管路单元的上；
所述数据处理控制装置与所述液体循环装置相连接，控制所述液体循环装置进行液体循环工作。
5.根据权利要求1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统，其特征是，所述数据处理控制装置包括有工业控制计算机、PLC模块、继电器和电源。
6.一种液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法，其特征是，包括如下步骤：
A、所述液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法应用于权利要求1所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测系统；
B、由液体循环装置给阵列通道提供稳定的液体流，外部磁场装置给阵列通道提供磁场，液体流经阵列通道，在小通道内的磁场中做切割磁力线运动，在电极处产生感应电势，并且输出到数据处理控制装置中，此时感应电势的表达式为：
小通道内的流体速度为：
式中：V(i,j)--小通道各点的速度大小，单位是m/s；
e(i,j)--小通道内各点的感应电动势，单位是伏特(V)；
k--常数系数，无量纲；
B--磁感应强度，单位是特斯拉(T)；
D--测量管内径，单位是米(m)；
C、数据处理控制装置对每一组小通道内的液体流体的速度进行整合，最后得到管道内液体流体的截面速度场。
7.根据权利要求6所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法，其特征是，在所述步骤B中，整个流体的感应电动势大小用所有小通道的感应电势加权平均值来表示，如下：
流体截面速度大小随距离圆心变化关系函数如下：
r2＝x2+y2
管道截面速度平均值界于所有小通道的最大速度和最小速度之间，如下公式表示：
式中：(x,y)--传感器内某小通道的坐标；
fi--第i个小通道的权重系数；
G(r)--半径为r的圆截面所对应的速度函数；
r--管道截面某点距离圆心的距离，介于0到25mm之间。
8.根据权利要求6所述的液体截面速度场微通道阵列电磁式检测方法，其特征是，在所述B步骤中，接通电源，打开检定管路单元的旋拧阀，水泵将水箱里的水压入水塔中，水塔里的水流经标准流量计、压力表、阵列管道、温度表，然后一路经由换向器流入水箱形成闭环，以提供稳定的液体流；另一路经过标准容器、利用质量法测定质量流量。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024124093A1 (en) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | 3M Innovative Properties Company | Systems and methods for quality verification for a mixture |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1198344A (en) * | 1968-02-02 | 1970-07-08 | Kent Ltd G | Improvements in or relating to Fluid Flow Velocity Measurements |
| US5390548A (en) * | 1993-03-18 | 1995-02-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electrode array electromagnetic velocimeter |
| RU2146041C1 (ru) * | 1999-02-04 | 2000-02-27 | Государственный научный центр РФ Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения | Электромагнитный расходомер |
| CN104198000A (zh) * | 2014-09-15 | 2014-12-10 | 燕山大学 | 油气水三相流阵列式电磁相关流量测量方法 |
| CN114088228A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 中国科学院大学 | 强磁场条件下金属流体速度场和温度场的测量装置和方法 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1198344A (en) * | 1968-02-02 | 1970-07-08 | Kent Ltd G | Improvements in or relating to Fluid Flow Velocity Measurements |
| US5390548A (en) * | 1993-03-18 | 1995-02-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electrode array electromagnetic velocimeter |
| RU2146041C1 (ru) * | 1999-02-04 | 2000-02-27 | Государственный научный центр РФ Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения | Электромагнитный расходомер |
| CN104198000A (zh) * | 2014-09-15 | 2014-12-10 | 燕山大学 | 油气水三相流阵列式电磁相关流量测量方法 |
| CN114088228A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 中国科学院大学 | 强磁场条件下金属流体速度场和温度场的测量装置和方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐立军, 王亚, 乔旭彤, 徐苓安: "多对电极电磁流量计传感器电极阵列设计", 仪器仪表学报, no. 04, 20 August 2003 (2003-08-20) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024124093A1 (en) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | 3M Innovative Properties Company | Systems and methods for quality verification for a mixture |
| WO2024121808A1 (en) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | 3M Innovative Properties Company | Systems and methods for quality verification for a mixture |
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