[发明专利]用于测量管道周向壁面薄液膜厚度的传感器

说明书

一种用于测量管道周向壁面薄液膜厚度的环岛阵列传感器，包括激励电极、接收电极、屏蔽电极、输出激励运算放大器、激励电极触发开关、矩形脉冲触发开关、矩形脉冲电源、跨阻运算放大器、取样控制信号、取样保持电路、数模转换器、数据传输总线、柔性印刷电路板。通过将传感器卷制成与管道壁面平齐的圆筒装配于管道内表面，可实现对管道周向和轴向壁面液膜的高时空分辨率的非侵入接触式测量。

技术领域

本发明涉及一种用于测量管道周向壁面薄液膜厚度的传感器。

背景技术

气液环状流动具有流动阻力低、传热系数高、流动稳定性强等特点，因而在两相流学科和工程实践中占有重要地位。由于环状流中管壁液膜具有很强的热质交换能力，液膜厚度沿壁面空间分布的准确测量，对深入研究环状流的流动及传热过程具有重要作用。特别的，对于螺旋管、U形管等具有一定曲率的管道而言，由于液膜同时受到离心力、重力及二次流等作用的影响，液膜沿管道周向分布十分不均匀，存在液膜反转等现象，直接影响管道周向方向上的热工水力特性。因此，管道周向方向上薄液膜的高时空分辨率测量技术面临巨大的挑战。

根据测量原理不同，液膜厚度的测量方法主要包括射线法、声学法、光学法和电导法等。其中，

射线法能够快速地测量液膜的瞬态变化，但由于射线将穿过圆管径向方向两处液膜并受到管道中心处液滴的影响，因此无法得到某一管壁处的液膜厚度，同时该方法还涉及射线防护、放射源存储及设备维护等安全问题。

声学法基于超声波在气液界面的衰减与反射传播的时间来确定液膜厚度，但超声波波长的不确定性限制了声学法在液膜极薄情况下的应用。

光学法属于无接触测量，具有分辨率高、相应快、可实时捕捉气液相界面的优点，但光学测量设备普遍价格昂贵，且对被测介质和光清洁度有严格要求，所以主要应用于实验室研究中。

电导法简单可靠、成本较低，是目前最常用的方法。然而现有电导探针多为单点侵入式测量，会对流场产生扰动而导致测量偏差，并且无法在单次测量中获取管道周向方向测量区域内的液膜空间分布情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有技术不足，提供一种用于测量管道周向壁面薄液膜厚度的非侵入式环岛阵列传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种用于测量管道周向壁面薄液膜厚度的非侵入式环岛阵列传感器包括激励电极、接收电极、屏蔽电极、输出激励运算放大器、激励电极触发开关、矩形脉冲触发开关、矩形脉冲电源、跨阻运算放大器、取样控制信号、取样保持电路、数模转换器、数据传输总线、柔性印刷电路板。

所述激励电极、接收电极、屏蔽电极为一组测量单元，在柔性印刷电路板上依次顺序排列，可循环若干组，柔性印刷电路板沿圆周方向卷制成与管道内径相等的圆筒并平齐装配于管道内表面。

所述激励电极同时与若干接收电极配对。

所述矩形脉冲电源、矩形脉冲触发开关、激励电极触发开关、输出激励运算放大器和激励电极依次连接，构成激励电路。

所述接收电极、跨阻运算放大器、取样控制信号、取样保持电路、数模转换器和数据传输总线依次连接，构成信号采集电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)同时实现对管道周向和轴向方向液膜厚度的高时空分辨率测量；

(2)实现直接接触式非侵入型测量，避免了对流场的扰动；

(3)无需繁琐操作，仅需连接电路即可实现对薄液膜的信号采集。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种用于测量管道周向壁面薄液膜厚度的非侵入式环岛阵列传感器电路示意图；

图2为本发明一实施例的传感器测量校准曲线；