CN205537750U - 一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于多相流测量领域，尤其涉及一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统。其特征在于，所述系统包括1个四头电导融合热电偶探针、3个相同的电导探针变送电路、热电偶变送电路和采集卡；所述四头电导融合热电偶探针包括3根相同的经镀氧化铝膜处理的针灸针(4)均匀分布在1根T型接地式铠装热电偶(3)周围，中间填充环氧树脂，外面套上第二中空不锈钢毛细管(2)，第二中空不锈钢毛细管(2)的外面套上第一中空不锈钢毛细管(1)。本实用新型采用直接接触式四传感器电导探针，克服非接触式测量的局限性，结合接地式热电偶技术，测量气泡矢量速度，响应快，实时性强数据量大，耐受600℃以上高温环境，适用范围广。

Description

一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统

技术领域

本实用新型属于多相流测量领域，尤其涉及一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统。

背景技术

目前，在动力、化工、核能、制冷、石油和冶金等行业的许多生产设备中都涉及到气液两相流动工况。绝大多数两相流工况监测都涉及到空泡份额、空泡流速和温度等参数的测量。现有的空泡份额和速度的测量多采用无接触测量方法，包括高速摄像结合图像处理的方法、射线衰减法、电阻\电容层析成像法等，但存在要求管道或容器壁面透明、辐射风险、对工质的介电常数或电导率有特殊要求等局限性。现有的温度测量多采用接触式测量，包括热电偶、热电阻等传感器。传统非接地式热电偶两根金属丝与铠装外壳相互绝缘，虽然能有了良好的抗干扰能力，但响应时间较长(20ms)，不能迅速给出反应，不能更好地判断液体处于饱和或是非饱和沸腾状态；接地式热掉偶则能都更快地测量温度变化(3ms)，但容易受干扰。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统，其特征在于，

一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统，其特征在于，所述系统包括1个四头电导融合热电偶探针、3个相同的电导探针变送电路、热电偶变送电路和采集卡；

所述四头电导融合热电偶探针包括3根相同的经镀氧化铝膜处理的针灸针4均匀分布在1根T型接地式铠装热电偶3周围，中间填充环氧树脂，外面套上第二中空不锈钢毛细管2，第二中空不锈钢毛细管2的外面套上第一中空不锈钢毛细管1；

所述热电偶变送电路包括测量放大器、冷端补偿及低通滤波器依次连接，热电偶3的两根热电偶丝分别与测量放大器的同相输入端和反相输入端连接，低通滤波器作为热电偶变送电路的输出端与采集卡的输入端连接；

所述电导探针变送电路包括经镀氧化铝膜处理的针灸针4分别与第一中空不锈钢毛细管1连接到跨阻抗放大器反相输入端，第二中空不锈钢毛细管1与跨阻抗放大器的正相输入端分别接地，第一DDS电源与跨阻抗放大器反相输入端连接，导纳Y2作为负反馈连接在跨阻抗放大器的输出端和反相输入端之间；跨阻抗放大器的输出端和幅值检测器的第一输入端连接，第二DDS电源连接幅值检测器的第二输入端，第一DDS电源与第二DDS电源之间连接一个同步时钟，幅值检测器的输出端与采集卡的输入端连接，采集卡的输出端与电脑连接。

有益效果

本实用新型采用直接接触式四传感器电导探针，克服非接触式测量的局限性，结合接地式热电偶技术，用特殊的电路排除接地式热电偶测量的干扰，提供了一种实时采集空泡份额和气泡速度矢量、温度参数的测量系统，测量气泡矢量速度，响应快，实时性强数据量大，耐受600℃以上高温环境，对流场和容器壁面无特殊要求，适用范围广，造价低、不需专门信号采集系统、有一定的抗震性、能快速准确的获得液体沸腾状态、液体气体温度、空泡份额和气泡速度参数。

附图说明

图1本实用新型中的探针俯视剖视图；

图2本实用新型中的探针正视剖视图；

图3本实用新型的一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统结构图；

图4本实用新型中的热电偶变送电路和电导探针变送电路的结构图。

1-第一中空不锈钢毛细管，2-第二中空不锈钢毛细管，3-热电偶，4-针灸针。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

图1为本实用新型中的探针俯视剖视图，图2为本实用新型中的探针正视剖视图；四头电导融合热电偶探针包括3根相同的经镀氧化铝膜处理的针灸针4均匀分布在1根T型接地式铠装热电偶3周围，中间填充环氧树脂，外面套上第二中空不锈钢毛细管2，第二中空不锈钢毛细管2的外面套上第一中空不锈钢毛细管1。

图3本实用新型的一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统结构图；本系统包括1个四头电导融合热电偶探针、3个相同的电导探针变送电路、热电偶变送电路和采集卡。

图4本实用新型中的热电偶变送电路和电导探针变送电路的结构图。热电偶变送电路包括测量放大器、冷端补偿及低通滤波器依次连接，热电偶3的两根热电偶丝分别与测量放大器的同相输入端和反相输入端连接，低通滤波器作为热电偶变送电路的输出端与采集卡的输入端连接。电导探针变送电路包括经镀氧化铝膜处理的针灸针4分别与第一中空不锈钢毛细管1连接到跨阻抗放大器反相输入端，第二中空不锈钢毛细管1与跨阻抗放大器的正相输入端分别接地，第一DDS电源与跨阻抗放大器反相输入端连接，导纳Y2作为负反馈连接在跨阻抗放大器的输出端和反相输入端之间；跨阻抗放大器的输出端和幅值检测器的第一输入端连接，第二DDS电源连接幅值检测器的第二输入端，第一DDS电源与第二DDS电源之间连接一个同步时钟，幅值检测器的输出端与采集卡的输入端连接，采集卡的输出端与电脑连接。

设探针探头与第一中空不锈钢毛细管1之间的导纳是Y1，由电工学可知，跨阻抗放大器的输出式中，是第一DDS电源的输出电压向量，幅值大小记为Vi。是跨阻抗放大器的输出电压向量，幅值大小记为Vo。

由于液相和气相的电导率大小差别较大，所以当探针的探头分别位于液相和气相时，Y1会有较大的变化，其输出电压幅值Vo也会有较大的变化。我们有两个DDS电源，其中第一DDS电源作为激励电源，施加给跨阻抗放大器，作为输入；第二DDS电源作为幅值检测器芯片的参考电源，其幅值大小和相位均和激励电源的电压相同，也为我们通过幅值检测器AD8302芯片来比较和幅值的大小Vi和Vo。AD8302芯片的输出

$V_{mag}=V_{slp}log\left(\frac{V_o}{V_i}\right)=V_{slp}log\left(\right|\frac{Y_1}{Y_2}\left|\right)$

式中，V_slp为增益斜率，通过采集幅值检测芯片的输出电压高低，判断探针头部是位于液相还是气相。对于多头探针，我们对每一个针灸针探头和不锈钢套管之间都搭建这样相同的电路，分别测量。

探针头部是液相时，测量电路输出电压为高电压；探针头部是气相时，测量电路输出电压为低电压；热电偶相连的电路则根据温度输出热电势。

第二中空不锈钢毛细管2的作用是起到屏蔽作用，提高探针的性能。当探针探头位于气泡中时，探针的探头表面可能有覆盖一层水，与第一中空不锈钢毛细管1相连，此时探针的探头与不锈钢套管之间的电阻就不是理想中的无穷大。为了避免这种情况的发生，我们将第二中空不锈钢毛细管2也加上与第一中空不锈钢毛细管1相同的电压，此时第一中空不锈钢毛细管1、第二中空不锈钢毛细管2等电位，所以第一中空不锈钢毛细管1、第二中空不锈钢毛细管2之间没有电流，所以电流也不会从第一中空不锈钢毛细管1流向探针探头，探头与第一中空不锈钢毛细管1的电阻为无穷大，有效的提升了探针性能。

Claims (1)

1.一种基于四头电导融合热电偶探针的测量系统，其特征在于，所述系统包括1个四头电导融合热电偶探针、3个相同的电导探针变送电路、热电偶变送电路和采集卡；

所述四头电导融合热电偶探针包括3根相同的经镀氧化铝膜处理的针灸针(4)均匀分布在1根T型接地式铠装热电偶(3)周围，中间填充环氧树脂，外面套上第二中空不锈钢毛细管(2)，第二中空不锈钢毛细管(2)的外面套上第一中空不锈钢毛细管(1)；

所述热电偶变送电路包括测量放大器、冷端补偿及低通滤波器依次连接，热电偶(3)的两根热电偶丝分别与测量放大器的同相输入端和反相输入端连接，低通滤波器作为热电偶变送电路的输出端与采集卡的输入端连接；

所述电导探针变送电路包括经镀氧化铝膜处理的针灸针(4)分别与第一中空不锈钢毛细管(1)连接到跨阻抗放大器反相输入端，第二中空不锈钢毛细管(2)与跨阻抗放大器的正相输入端分别接地，第一DDS电源与跨阻抗放大器反相输入端连接，导纳Y2作为负反馈连接在跨阻抗放大器的输出端和反相输入端之间；跨阻抗放大器的输出端和幅值检测器的第一输入端连接，第二DDS电源连接幅值检测器的第二输入端，第一DDS电源与第二DDS电源之间连接一个同步时钟，幅值检测器的输出端与采集卡的输入端连接，采集卡的输出端与电脑连接。