CN203287180U - 用于流场测定的多功能探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于流场测定的多功能探测装置，所述探测装置包括探杆，至少一种探头，和/或取样器，所述探头，和/或取样器固定在探杆上；所述探头的探测端及所述取样器的取样端从所述探杆的同一端伸出。本实用新型提供的用于流场测定的多功能探测装置，根据需要测量的流场参数，在探杆的同一端设置多个探头和/或取样器，该装置整体结构简单，实现了同一时刻对流场内同一位置多个参数的测量，降低了流场参数测量的工作量，同时也消除了现有技术中多次测量导致先后插入探头、取样器位置差异及流场在不同时刻参数的差异导致的测量结果的误差，提高了测量的准确性。

Description

用于流场测定的多功能探测装置

技术领域

本实用新型属于测量领域，涉及用于流场测定的多功能探测装置。

背景技术

流场内流体的流动速度、流动方向、压力、温度和浓度的分布规律是分析流体动力学规律的关键参数，是认识流体流动以及反应过程传质和传热机理的基础，对于反应器的设计、反应器结构参数和操作参数的优化具有重要的意义。

目前，已有多种测量流场中流体参数的方法。常用的方法有，将接有数据采集处理仪器的探头或取样器伸入到流场空间内对流场空间内多个点进行测量。但目前用于流场测定的探头通常只具备一种功能，如热电偶只能测量温度，取样器只能用于测量浓度等。如果需要对流场进行多种参数的测量时就必须根据实际的测量需要，使用不同的探头或取样器对流场进行多次反复测量，大大增加了测量的工作量。另外由于先后插入探头或取样器的位置存在一定的偏差，同时，流场内的复杂性及多变性在不同时刻采集的参数也会有差异，上述的测量方法导致测量结果的偏差甚至导致获得错误的测量结果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于流场测定的多功能探测装置，用以一次性获取流场内同一位置流体的多种参数，提高流场测量的准确性和测量效率。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型提供了一种用于流场测定的多功能探测装置。该多功能探测装置能够用于气相流场、液相流场、气液两相流场、气固两相流场、液固两相流场、气液固三相流场的测量。

所述探测装置包括探杆，至少一种探头，和/或取样器；所述探头和/或取样器固定在所述探杆上。所述探杆为实心杆、空心杆；探杆形状为管形、柱形、条形、槽型等。所述探杆可以为金属探杆、塑料探杆、木质探杆、陶瓷探杆、玻璃杆、石英杆等。所述探针、取样器和探杆可以用于测定室温~2000 ℃的流场；能够耐酸、碱、盐的腐蚀。作为上述技术方案的优选，所述探杆为空心杆。

所述多功能探测装置通过连接多种探头和取样器，同时对流场内流体流动信息进行测量。所述探头为用于测量温度的热电偶、用于测量流场压力的压力传感器、用于测量流场中流体压力、流速和流动方向的探针、用于测量图像的摄像头或用于测量位置的位移传感器；所述取样器为液体取样器、气体取样器、固体取样器或多相取样器；所述探针为三孔方向探针、五孔方向探针、七孔方向探针、静压探针或总压探针；作为上述技术方案的优选，所述测量流场中流体压力、流速和流动方向的探针为五孔方向探针。

所述热电偶为S、B、E、K、R、J、T型热电偶。所述取样器为管式取样器、瓶式取样器、袋式取样器或注射器式取样器；作为上述技术方案的优选，所述取样器为管式取样器。

所述管式取样器为空心管，所述空心管的一端为取样端，另一端为相对端，相对端连接有样品收集器、样品分离器和样品分析仪器；所述空心管内还可以设置有过滤器，所述过滤器位于所述空心管的取样端，与样品收集器相连的连接端，或所述空心管的中部中的一处或多处。作为上述技术方案的优选，所述过滤器位于所述空心管的取样端。

所述探头和/或取样器固定在所述探杆的同一端上。所述探头的探测端及所述取样器的取样端从所述探杆的同一端伸出。当所述探杆为空心杆时，所述探头及所述取样器的中部伸入所述探杆内，所述探头、取样器与所述探杆的之间的空隙为密封。当所述探杆为实心杆时，所述探头及所述取样器的中部被固定在探杆上。

所述探头的探测端、取样器的取样端与所述探杆的轴向之间的夹角为0~90°之间；作为上述技术方案的优选，所述探头的探测端、取样器的取样端与所述探杆的轴向之间的夹角为90°。

所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距探杆中心轴线的距离在0~100 mm之间；作为上述技术方案的优选，所述取样器的取样端的端点相距探杆中心轴线的距离在20~50 mm之间。为了避免取样器对探头的影响，作为上述技术方案的优选，取样器的取样端的端点相距探杆中心轴线的距离小于探头的探测端的端点相距探杆中心轴线的距离。

所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距通过探杆连接探头端端点并与探杆垂直的平面的距离在1~200 mm之间；作为上述技术方案的优选，所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距通过探杆连接探头端端点并与探杆垂直的平面的距离在30~100 mm之间；为了避免该探测装置与流场壁面碰撞时导致探头或取样器发生变形或损坏，作为上述技术方案的优选，所述取样器的取样端的端点相距通过探杆连接探头端端点并与探杆垂直的平面的距离大于所述探头的探测端端点相距通过探杆连接探头端端点并与探杆垂直的平面的距离。作为上述技术方案的优选，所述探头的探测端位于所述管式取样器的取样端内。最佳布置为探针的测量端位于管式取样器测量端的中轴线上。

所述探针或取样器的测量端可以连接在一起，并且在外部可以加装保护装置。

本实用新型能够一次性准确测定流场内的多种信息。大大提高了流场速度、浓度、温度、压力、图像等测量的准确性和测量效率。

本实用新型的用于流场测定的多功能探测装置包含如下技术方案：

一种用于流场测定的多功能探测装置主要包括探杆，至少一种探头，和/或取样器；所述探针和取样器连接在探杆上。

所述多功能探测装置能够用于气相流场、液相流场、气液两相流场、气固两相流场、液固两相流场、气液固三相流场的测量。

所述探头可以是用于测量温度的热电偶、测量压力的压力传感器、测量流体压力、方向和流速的探针、测量图像的摄像头、测量位置的位移传感器。

所述测量流场压力的探针可以是三孔方向探针、五孔方向探针、七孔方向探针、静压探针、总压探针等。

所述热电偶可以是S、B、E、K、R、J、T型热电偶。

所述取样器可以是液体取样器、气体取样器、固体取样器，也可以是多相取样器。

所述取样器可以是管式取样器、瓶式取样器、袋式取样器、注射器式取样器。

所述管式取样器为空心管，可以为圆形管，可以为异形管；所述空心管的取样端的相对端设有接口，可以连接样品收集器、样品分离器和样品分析仪器。

所述空心管的内径或当量内径在0.5~100 mm之间，其中取样端、取样端的相对端和空心管的中部的内径或当量内径可以不同。

所述空心管的取样端、取样端的相对端和空心管的中部中的一处或多处可以安装过滤器。

所述瓶式取样器包括盖子和瓶体。

所述探杆可以为实心或空心杆；外形可以为管形、柱形、条形、槽型、也可以为异形。 

所述探杆可以为金属探杆、塑料探杆、木质探杆、陶瓷探杆、玻璃杆、石英杆等。

所述探头、取样器和探杆可以用于测定室温~2000 ℃的流场；能够耐酸、碱、盐的腐蚀。

所述多功能探测装置中探头和取样器连接在探杆的同一端。所述探头的探测端及所述取样器的取样端从所述探杆的同一端伸出。另一端为相对端，相对端连接有样品收集器、样品分离器和样品分析仪器。

所述探头的探测端及所述取样器的取样端的相对端连接有样品收集器、样品分离器和样品分析仪器。

所述探头及所述取样器的中部伸入所述探杆内或固定在所述探杆上，所述探头、取样器与所述探杆的之间的空隙为密封。

所述探头的探测端、取样器的取样端与所述探杆的轴向之间的夹角为0~90°。

所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距探杆中心轴线的距离在0~100 mm之间。

所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距通过探杆连接探头端端点并与探杆垂直的平面的距离在1~200 mm之间。

所述探头的探测端可以位于所述管式取样器取样端内。

所述探头的探测端和取样器的取样端可以连接在一起，外部可以安装保护装置。

本实用新型的效果在于：

本实用新型提供的用于流场测定的多功能探测装置，根据需要测量的流场参数，在探杆的同一端设置多个探头和/或取样器，该装置整体结构简单，实现了同一时刻对流场内同一位置多个参数的测量，降低了流场参数测量的工作量，同时也大大消除了现有技术中多次测量导致先后插入探头、取样器位置差异及流场在不同时刻参数的差异导致的测量结果的误差，提高了测量的准确性。

附图说明

下面通过结合附图对其示例性实施例进行的描述，本实用新型上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本实用新型一实施例提供的一种用于流场测定的多功能探测装置的结构示意图；

图2为本实用新型又一实施例提供的用于流场测定的多功能探测装置的结构示意图；

图3为本实用新型再一实施例提供的用于流场测定的多功能探测装置的结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例提供的应用多功能探测装置的探测方法流程示意图；

其中，1-探杆；2-探头；21-探测端；22-相对端；3-取样器；31-取样端；32-相对端；4-取样器的取样端；5-探头的探测端；6-探头的探测端；7-取样器的取样端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型一实施例提供的一种用于流场测定的多功能探测装置的结构示意图，结合图1所示，本实施例提供了一种用于流场测定的多功能探测装置，该多功能探测装置能够用于气相流场、液相流场、气液两相流场、气固两相流场、液固两相流场、气液固三相流场的测量。该探测装置包括探杆1，至少一种探头2，和/或取样器3；探头2的探测端21及取样器3的取样端31均伸出探杆1的同一端，探头2探测端21的相对端22，取样器3取样端31的相对端32，探头2及取样器3的中部固定在探杆上。

上述探头2的探测端21的端点为探头2上能够对测量信息起感应的一端，取样器3的取样端31的端点为样品入口。探头2或/和取样器3的中部被固定在探杆上或被包在探杆内，都与探杆1固定连接，其中探杆1可以为实心杆、空心杆；外形可以为管形、柱形、条形、槽型、也可以为异形。本实施例图1中以空心柱形探杆示例，探头2探测端21的相对端22及取样器3取样端31的相对端32与探杆固定后由探杆1的空心管内伸出，连接到相应的数据采集仪器，样品收集器、样品分离器和样品分析仪器。如果探杆1为实心杆，则探头2探测端21的相对端22及取样器3取样端31的相对端32延探杆1方向延伸，并与之固定，优选的是在该探杆1上用于固定的位置设置相应的槽，方便对探头2探测端21的相对端22及取样器3取样端31的相对端32的固定。

探杆1的材质可以为金属、塑料、木质、陶瓷、玻璃、石英等耐酸、碱、盐的腐蚀，及室温~2000 ℃的流场的测定。同时对于探头2及取样器3类似地需要适用于室温~2000 ℃的流场的测定，及相应地能够耐酸、碱、盐的腐蚀。

本实施例提供的用于流场测定的多功能探测装置能够用于测量气相流场、液相流场、气液两相流场、气固两相流场、液固两相流场、气液固三相流场等。例如，对流场空间某点的压力测量时，探头采用三孔方向探针、五孔方向探针等；对温度进行测量时，探头可以采用热电偶；对浓度进行测量，可以选取取样器对流场内某处的流体进行取样后再对样品进行分析，从而达到对流场浓度测量的目的。

具体的，图1中用于流场测定的多功能探测装置中的探头2主要由五孔方向探针、热电偶、位移传感器组成；五孔方向探针、热电偶、位移传感器和取样器连接在探杆1的同一端。五孔方向探针的探测端和取样器的取样端从探杆1中伸出，五孔方向探针、热电偶、位移传感器和取样器的测压孔压力导线、热电偶导线、位移传感器和浓度导管被包含在探杆1内。五孔方向探针、热电偶、位移传感器的探测端和取样器的取样端所指方向相同，与探杆的轴心线互相垂直。五孔方向探针、热电偶、位移传感器的探测端和取样器的取样端到探杆的距离由近到远依次是五孔方向探针、热电偶、位移传感器的探测端和取样器的取样端。取样器的取样端到探杆的距离最远，防止五孔方向探针、热电偶、位移传感器的探测端与流场壁发生碰撞。本实施例可以实现对流场内流体的流动速度、流动方向、压力、温度和浓度参数。

本实用新型提供的用于流场测定的多功能探测装置，根据需要测量的流场参数，在探杆的同一端设置多个探头和/或取样器，该装置整体结构简单，实现了同一时刻对流场内同一位置多个参数的测量，例如，能够同时测定流场内流体的流动速度、流动方向、压力、温度和浓度等一种或几种参数降低了流场参数测量的工作量，同时也大大消除了现有技术中多次测量导致先后插入探头、取样器位置差异及流场在不同时刻参数的差异导致的测量结果的误差，提高了测量的准确性。大大降低了工作量。

作为上述技术方案的优选，探杆1为中空，探头2及取样器3与探杆1固定的端伸入探杆1内，探头2、取样器3与探杆1的之间的空隙为密封。选择中空型的探杆可以有效地实现对探头及取样器的固定，相对于槽型，由于探头及取样器的数量不同，开槽的大小也各有差异，而选择中空型的探杆无需考虑具体探头及取样器的数量，对于伸入探头及取样器固定端后留下的空隙，可以通过填充密封物质来实现探杆中空部位的密封，从而在进行流场中参数的测量时，不会由于探杆的中空部位中各探头与取样器之间的缝隙对测量结果产生影响。

图2为本实用新型又一实施例提供的用于流场测定的多功能探测装置的结构示意图，如图2所示，作为上述技术方案的优选，取样器的取样端4伸出探头的探测端5之外。

探头的探测端，取样器的取样端的位置具体的可以为距离与探杆的连接点1~200 mm之间任意布置，优选的，取样器及较为坚硬结实的探头的探测端端点距离与探杆连接点最远，以防止在测量时探头与被测量流场的壁面发生碰撞而产生变形或损坏，造成无法得到正常的数据甚至无法测量。另一种优选的，探头的探测端，取样器的取样端端点到探杆中心点的距离在1~100 mm之间任意布置。理想情况为多个探头的探测端根据体积由大到小依次远离所述探杆布置，具体的探头或取样器中探测端体积较小者点到探杆中心的距离最远，以减小探头或取样器的探测端对流体流动的影响，该种优选未在附图中示例。

在本实施例中，该探头为五孔方向探针，五孔方向探针和取样器连接在探杆的同一端。五孔方向探针的探测端和取样器的取样端从探杆中伸出，五孔方向探针的测压孔压力导线和取样器的浓度导管被包含在探杆内。五孔方向探针的探测端和取样器的取样端所指方向相同，与探杆互相垂直。取样器的取样端到探杆的距离比五孔方向探针的探测端到探杆的距离远。防止五孔方向探针的探测端与流场壁发生碰撞。五孔方向探针探测端的端点到探杆中心轴线的距离比取样器的探测端端点到探杆中心轴线的距离远，防止取样器影响压力测量。

作为上述技术方案的优选，探头为用于测量温度的热电偶、用于测量流场压力的压力传感器、用于测量流场中流体压力、流速和流动方向的探针、用于测量图像的摄像头或用于测量位置的位移传感器；取样器为液体取样器、气体取样器、固体取样器或多相取样器。具体探头类型、数量及取样器的选择取决于待测流场的所需要测量的参数。例如某一液相流场需要测量的参数有流场的温度，流场的压力及流场的浓度情况，则探头的选取为热电偶及压力传感器，同时需要选择液体取样器。具体的，在对各种探头及取样器的选取时，通常可以根据实际中对某种特定流场的特定参数的测量需求经验进行设计。本实施例能够一次性准确测定流场内的多种信息，大大提高了流场速度、浓度、温度、压力、图像等测量的准确性和测量效率。

作为上述技术方案的优选，探头的探测端、取样器的取样端与探杆的轴向之间的夹角为0~90°；探头的探测端，取样器的取样端相距与探杆连接的位置1~200 mm。其中探头或/和取样器的探测端所指方向相同为最佳，此种角度及位置范围的设置可以满足大部分的流场的探测需求，保证本实用新型提供的用于流场测定的多功能探测装置的适用性及测量结果的准确性。

作为上述技术方案的优选，测量流场中流体压力、流速和流动方向的探针为三孔方向探针、五孔方向探针、七孔方向探针、静压探针或总压探针；热电偶为S、B、E、K、R、J、T型热电偶；取样器为管式取样器、瓶式取样器、袋式取样器或注射器式取样器。

作为上述技术方案的优选，取样器为管式取样器、瓶式取样器、袋式取样器或注射器式取样器；管式取样器为空心管，空心管的取样端的相对端连接有样品收集器、样品分离器和样品分析仪器，空心管内还设置有过滤器，过滤器位于空心管的取样端，与样品收集器相连的连接端，或空心管的中部中的一处或多处。

具体的管式取样器可以为圆形管，截面为正多边形管，或者为异形管。空心管一端为流体入口段，另一端为流体出口段，中间段为取样器主体段；流体入口段的长度在1~100 mm，可以是20 mm，理想值为30 mm，最佳为80 mm；流体入口段与取样器主体段之间的夹角在0~90°之间，可以是0°，理想值为45°；最佳为90°。流体出口段设有接口，可以连接样品收集器、样品分离器和样品分析仪器。空心管的内径或当量内径在0.5~100 mm之间, 可以是3 mm，理想值为10 mm；最佳为50 mm，其中流体入口段、取样器主体段和流体出口段的内径或当量内径可以相同也可以不同。流体入口段、取样器主体段和流体出口段的不同部位的内径或当量内径可以相同也可以不同。此外，空心管的流体入口段、取样器主体段或流体出口段可以安装过滤器，过滤安装的最佳位置为空心管的流体入口处。瓶式取样器包括盖子和瓶体。

图3为本实用新型再一实施例提供的用于流场测定的多功能探测装置的结构示意图，如图3所示，作为上述技术方案的优选，探头的探测端6位于管式取样器的取样端7内。具体的，最佳布置为探头的探测端6位于管式取样器的取样端内的中轴线上。可以实现取样器的取样端7对探头的探测端6的保护，减少探测装置在流场参数探测过程中发生的损坏，另外为了进一步实现对探头的探测端6及取样器的取样端7的保护，可以将探头的探测端6设置于管式取样器的取样端7内，并且在取样器的取样端7的外部附加保护装置，如防护罩等。

具体的，本实施例提供的用于流场测定的多功能探测装置主要由五孔方向探针、取样器和探杆组成；五孔方向探针和取样器连接在探杆的同一端。五孔方向探针的探测端和取样器的取样端从探杆中伸出，五孔方向探针和取样器的测压孔压力导线和浓度导管被包含在探杆内。五孔方向探针和取样器的探测端所指方向相同，与探杆的轴心线互相垂直。五孔方向探针的探测端布置在取样器的取样端内，防止五孔方向探针在测量过程中受损。

图4为本实用新型再一实施例提供的应用多功能探测装置的探测方法流程示意图，本实施例还提供了一种应用多功能探测装置的探测方法，本方法包括：

步骤100：根据测量需要流场参数，选择相应的探头和/或取样器；具体探头类型、数量及取样器的选择取决于待测流场的所需要测量的参数。例如一液相流场需要测量的参数有流场的温度，流场的压力及流场的浓度情况，则探头的选取为热电偶及压力传感器，同时需要选择液体取样器。具体的，在对各种探头及取样器的选取时，通常可以根据实际中对某种特定流场的特定参数的测量需求经验进行设计。

步骤200：将所述多功能探测装置伸入到待测流场中，获取相应的测量参数；本实施例能够一次性准确测定流场内的多种信息，大大提高了流场速度、浓度、温度、压力、图像等测量的准确性和测量效率。

本实用新型提供的应用多功能探测装置的探测方法，根据需要测量的流场参数，确定相应的探头和/或取样器；将确定的多个探头和/或取样器组装成如上述所述的多功能探测装置；伸入到待测流场中，获取相应的测量参数。该测量方法简单，实现了同一时刻对流场内同一位置多个参数的测量，降低了流场参数测量的工作量，同时也大大消除了现有技术中多次测量导致先后插入探头、取样器位置差异及流场在不同时刻参数的差异导致的测量结果的误差，提高了测量的准确性。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本实用新型，而非限制本实用新型的保护范围，所有由本实用新型简单变化而来的应用均落在本实用新型的保护范围内。

此专利说明书使用实例去展示本实用新型，其中包括最佳模式，并且使熟悉本领域的技术人员制造和使用此项实用新型。此实用新型可授权的范围包括权利要求书的内容和说明书内的具体实施方式和其它实施例的内容。这些其它实例也应该属于本实用新型专利权要求的范围，只要它们含有权利要求相同书面语言所描述的技术特征，或者它们包含有与权利要求无实质差异的类似字面语言所描述的技术特征。

所有专利，专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。

本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点之间是彼此独立地组合。

需要注意的是，“第一 ”，“第二”或者类似词汇并不表示任何顺序，质量或重要性，只是用来区分不同的技术特征。结合数量使用的修饰词“大约”包含所述值和内容上下文指定的含义。（例如：它包含有测量特定数量时的误差）

Claims (8)

1. 用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于：所述探测装置包括探杆，至少一种探头，和/或取样器；所述探头和/或取样器固定在所述探杆上。

2. 根据权利要求1所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于，所述探杆为实心杆或空心杆；所述探杆形状为管形、柱形、条形或槽型。

3. 根据权利要求1所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于，所述探头为用于测量温度的热电偶、用于测量流场压力的压力传感器、用于测量流场中流体压力、流速和流动方向的探针、用于测量图像的摄像头或用于测量位置的位移传感器；

所述取样器为液体取样器、气体取样器、固体取样器或多相取样器。

4. 根据权利要求3所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于：所述探针为三孔方向探针、五孔方向探针、七孔方向探针、静压探针或总压探针；所述热电偶为S、B、E、K、R、J、T型热电偶。

5. 根据权利要求3所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于：所述取样器为管式取样器、瓶式取样器、袋式取样器或注射器式取样器；所述管式取样器为空心管，所述空心管连接有样品收集器、样品分离器和样品分析仪器，所述空心管内还设置有过滤器，所述过滤器位于所述空心管的取样端，与样品收集器相连的连接端，或所述空心管的中部中的一处或多处。

6. 根据权利要求1所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于：所述探头和/或取样器固定在所述探杆的同一端上，所述探头的探测端及所述取样器的取样端从所述探杆的同一端伸出；所述探头及所述取样器的中部伸入所述探杆内，所述探头、取样器与所述探杆的之间的空隙为密封。

7. 根据权利要求6所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于，所述探头的探测端、取样器的取样端与所述探杆的轴向之间的夹角为0~90°；所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距探杆中心轴线的距离在0~100 mm之间；所述探头的探测端，所述取样器的取样端的端点相距通过探杆连接探头端端点并与探杆垂直的平面的距离在1~200 mm之间。

8. 根据权利要求6所述的用于流场测定的多功能探测装置，其特征在于：所述探头的探测端位于所述取样器的取样端内。

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