专利名称：列阵式扫描探针电导率测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型与电导率测量有关，特别是一种用于工业化大型反应器中测定床层多点稳态或瞬态电导率分布的列阵式扫描探针电导率测定仪。
传统的实验测量流动分布的方法包括集液器(Weekman V W Jr，Myers J E.AIChE J，1964，10951)、电容法/电导法(Hoek P J，Wesselingh，J A，ZuiderwegF J，Chem Eng Res Des，1986，64431-449)、激光—光导纤维检测仪(袁孝竟，李富生，于国琮.化工学报，1989(6)686)、热探头(Sapre A V，AndersonD H，Krambeck J，Chem Eng Sci，1990，452263)、X射线断层扫描技术(LutranP G，Ng K M，Delikat E P.Ind Eng Chem Res，1991，301270)、电容断层扫描技术(Reinecke N，Mewes D.Chem Eng Sci，1996，512131)。其中，集液器只能安置于液体出口，不能装在塔内；热探头、光纤探头设备复杂，难以用于多点测量；电容断层扫描技术和X射线断层扫描技术价格昂贵，难以推广。相较而言，电导法或电容法更为简便可行，其中电容法适合于流动介质是电绝缘体的场合(例如油类)；而电导法适合于流动介质是导电体的场合(例如水溶液)。由于冷模试验中多采用空气-水作流动介质，因此电导法尤其适合冷模试验，并且由于电导探针结构简单、测量技术成熟，因此得到广泛使用。
在电导法中传统的探针结构有移动电导探针、环形电导电极、单头或双头电导探针等。但是，单头或双头电导探针技术用于多点测量投资大，安装困难，互相干扰；移动电导探针技术用于填料塔中需要安装导轨，并且只能测量一个直径方向的分布；而环形电导电极技术测定的是轴对称的平均值，不能测点分布。因此，文献中采用电导法一般只用来测量床层中几点的点电导，尚未见到采用电导法测量床层中完整流体分布的报道。
本实用新型的技术构思是采用列阵式探针寻址结构，通过多路开关切换，在不相接触的两组探针中各选一个连接到电导率仪，从而测量投影交点处的电导率。采用循环扫描方式可以遍历所有点。采用高速扫描方式，可以获得近似的瞬时分布；采用低速扫描方式，可以获得时均分布。探针组可以做成一个整体，既方便安装和拆卸，又具有空间定位准确的特点。
本实用新型的具体技术方案如下一种列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于该测定仪由列阵式探针、多路开关、电导率仪、多功能A/D卡、计算机和多路开关控制器构成；所说的列阵式探针是由排列方向不同的两组探针用隔离圈隔离而构成的；该多路开关，包括继电器组S1和继电器组S2，通过导线将一组探针的m根探针I1、I2、……Im连接到多路开关的继电器组S1的m个继电器的接入端，将S1中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪的一个输入端，同样，通过导线将另一组探针的n根探针J1、J2、……Jn连接到继电器S2的n个接入端，将S2中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪的另一个输入端，该电导率仪的输出讯号接入多功能A/D卡，经模数转换后输入计算机，计算机通过多路开关控制器控制多路开关中每个继电器的工作；所说列阵式探针可为直角坐标型列阵式探针，按照等间距平行方式，在水平方向排列一组探针，m根探针，在垂直方向排列另一组探针，n根探针；探针由导电材料制成，探针表面包覆一层绝缘层，但在两组排列方向不同的两根探针的投影交叉点处，需要裸露一段，以便于电导测量；所说的列阵式探针为极坐标型列阵式探针；所说的列阵式探针为柱面坐标型列阵式探针；所说的探针形状也可采用片、或其他形状；所说的探针可采用金属、表面镀金属或其他导电材料制成；所述的列阵式探针可通过法兰固定在塔的任一截面，或采用其它定位方式安装在塔内呈水平、竖直或其他方向；所述的每一列阵式探针组可处于同一平面或处于任一曲面；所述的计算机控制列阵式探针测量电导率的扫描方式可按顺序、逆序或任意选定的循环方式进行。
图2是本实用新型列阵式探针结构示意图。
图3是利用本实用新型测量填料塔液含率分布图。
图中1—列阵式探针阻2—隔离圈3—多路开关4—电导率仪5—多功能A/D卡 6—计算机7—多路开关控制器
具体实施方式
图1是本实用新型结构方框图。由此可见，本实用新型列阵式扫描探针电导率测定仪由列阵式探针1、多路开关3、电导率仪4、多功能A/D卡5、计算机6和多路开关控制器7构成，所说列阵式探针1是由排列方向不同的两组探针11、12用隔离圈2隔离而构成的；该多路开关3包括继电器组S1和继电器组S2，通过导线将一探针组11的m根探针I1、I2、……Im连接到多路开关3的继电器组S1的m个继电器的接入端，将S1中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪4的一个输入端，同样，通过导线将另一探针组12的n根探针J1、J2、……Jn连接到继电器组S2的n个继电器的接入端，并将S2中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪4的另一个输入端，该电导率仪4的输出讯号通过多功能A/D卡5模数变换后输入计算机6，计算机6通过多路开关控制器7控制多路开关3中每个继电器的工作。
本实用新型的技术核心是列阵式探针结构以及循环扫描方式。图2为本实用新型可采用的三种典型的探针结构直角坐标型、极坐标型、柱面坐标型。图2(a)为直角坐标型列阵式探针，按照等间距平行方式，在水平方向排列m根探针，在垂直方向排列n根探针。探针可由不锈钢丝、铂丝、金丝等导电材料制成。探针外表面包覆一层很薄的绝缘层，在排列方向不同的两根探针的投影交点处(如在探针11和探针12的投影交点112处)需要裸露一段金属丝以便于电导测量。在排列方向不同的两组探针之间，用一个绝缘隔离圈2分隔开来以避免接触，从而排列方向不同的两组探针之间的间距即为绝缘隔离圈2的厚度。如果安装于塔内，隔离圈的外径等于塔内径。这样，任一投影点(ij)仅由唯一的一对水平探针i和竖直探针j确定，用电导率仪4测量这两根探针间的电导率就是该投影点(ij)处的点电导率。
图2(b)是极坐标型的列阵式探针。其结构和功能与直角坐标型列阵式探针类似，不同在于探针的排列按照极坐标系的坐标方向。这种探针结构不但可以测点分布，而且其独特之处在于可以兼作环形电极。只要选择相邻两园环作为电导电极，就可以测量径向的平均电导率分布。
图2(c)是柱面坐标型列阵式探针。该结构尤其适用于测量壁流分布。
实现循环扫描的一种设计方法请参见图1。图中1为直角坐标型列阵式探针组，按x方向排列的m根探针I1～Im通过导线连结到多路开关3的m个继电器的接入端，这m个继电器称为继电器组S1；在y方向的n根探针J1～Jn通过导线连结到多路开关3的另n个继电器的接入端，这n个继电器称为继电器组S2。将S1中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪4的一个输入端，将S2中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪4的另一个输入端，电导率仪4的输出讯号接入多功能A/D卡5经模数转换后输入计算机6，计算机6通过多路开关控制器7控制多路开关3中每个继电器的开启。
测量时，计算机控制列阵式探针1测量电导率的扫描方式按顺序、逆序或任意选定的循环方式进行均可。
测量时继电器的一种扫描开启次序为开始所有继电器都处于关闭状态，首先连接I1和J1的继电器导通，此时测量I1和J1连结的两根异面探针投影交点处的电导率，测量一定时间后断开J1，再使J2导通，此时可以测量I1和J2连结的两根异面探针投影交点处的电导率，如此类似地测量I1-J3，……，I1-Jn；I2-J1，……；I2-Jn；……；Im-J1，……，Im-Jn，从而测量了m×n点处的电导率。如此不断循环，完成连续采样。
下面举出一个利用本实用新型测量填料塔液含率分布的实例填料塔塔直径φ100mm，采用φ5mm实心球填料，填料高度1000mm，流动介质为空气-水系统。采用直角坐标型列阵式扫描探针，通过法兰连接方式安装在填料塔床层中距塔底填料100mm处，用来测量该处横截面上的液含率分布。具体结构可参考图2。探针为16根等长的φ0.5mm的不锈钢丝，除点电导测量点处裸露金属外，其余部分包覆一层环氧树脂薄膜。用环氧树脂固定在一个绝缘的隔离圈2的上下面。在该隔离圈的上下面按照等间距平行方式分别安装8根探针，两不同面上的探针相互垂直。隔离圈的厚度为2mm，隔离圈的内径等于塔内径。探针通过导线连结到16路多路开关3(研华PCLD-785)的继电器接入端，继电器的接出端按照所接探针在隔离圈的上面或下面分别连结到DDS-11A型电导率仪4(上海雷磁仪器厂)的两个输入端。电导率仪4的输出0-10mV直流讯号经过隔离放大模块(研华ADAM-3014)放大为0～5V直流接入多功能AD卡5(研华PCL-8710)，经过模数转换后输入计算机6。计算机6通过多路开关控制器7控制多路开关3 PCLD-785中每个继电器的开启。
测量时继电器的循环开启次序为I1-J1，I1-J2，……，I1-J8；I2-J1，I2-J2，……，I2-J8；……，I8-J1，I8-J2，……，I8-J8，从而测量了8×8＝64点处的电导率。如此不断循环，完成连续采样。每点采样数据500个，测量时间为0.0655秒，测量64点耗时4.192秒。
数据处理可采用统计分析、小波分析、或分形分析等。本例采用的数据处理方法如下·排除受切换影响的前400个数据；·对剩下的100点数据用小波变换作一次信号降噪处理(db4小波函数)；·求平均值作为测量点的电导率。
令空塔时的液含率为0，塔充满液体时的液含率为1，假设液含率和电导率为线性关系，那么可以电导率数据计算液含率 测得的塔正常操作时典型液含率分布如表1和图3所示。
表1液含率分布
本实用新型的显著优点在于1.测量点电导的空间分辨率高(每个截面m×n点)，m，n仅受限于流场和催化剂大小；2.与传统的电导探针技术相比，极大地降低了设备成本和安装难度。传统的点电导探针技术测量m×n点的电导需要2×m×n个电导探针，2×m×n条导线，m×n台电导率仪(或者采用一台电导率仪，m×n个继电器)。而采用本实用新型列阵式扫描探针电导率测定仪，测量m×n点的电导仅需要m+n个电导探针，m+n条导线，1台电导率仪，m+n个继电器；3.如果加快循环扫描速度，可以逼近多点同时动态采样；4.如果减慢循环扫描速度，可以详细研究单点的时变规律，统计分析所有单点数据，可得空间分布的统计规律；5.制作简单，器材廉价，实施方便；6.测量精度高，时滞小，动态特性灵敏。
权利要求1.一种列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于该测定仪由列阵式探针(1)、多路开关(3)、电导率仪(4)、多功能A/D卡(5)、计算机(6)和多路开关控制器(7)构成；所说的列阵式探针(1)是由排列方向不同的两组探针(11、12)用隔离圈(2)隔离而构成的；该多路开关(3)，包括继电器组S1和继电器组S2，通过导线将一组探针(11)的m根探针I1、I2、……Im连接到多路开关(3)的继电器组S1的m个继电器的接入端，并将S1中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪(4)的一个输入端，同样，通过导线将另一组探针(12)的n根探针J1、J2、……Jn连接到继电器S2的n个接入端，并将S2中所有继电器的接出端连结在一起并接入电导率仪(4)的另一个输入端，该电导率仪(4)的输出讯号接入多功能A/D卡(5)，经模数转换后输入计算机(6)，计算机(6)通过多路开关控制器(7)控制多路开关(3)中每个继电器的工作。
2.根据权利要求1所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所说列阵式探针(1)可为直角坐标型列阵式探针，按照等间距平行方式，在水平方向排列一组探针(11)，m根探针，在垂直方向排列另一组探针(12)，n根探针；探针由导电材料制成，探针表面包覆一层绝缘层，但在两组排列方向不同的两根探针的投影交叉点处，需要裸露一段，以便于电导测量。
3.根据权利要求2所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所说的列阵式探针(1)为极坐标型列阵式探针。
4.根据权利要求2所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所说的列阵式探针(1)为柱面坐标型列阵式探针。
5.根据权利要求2所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所说的探针形状也可采用片、或其他形状。
6.根据权利要求2所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所说的探针可采用金属、表面镀金属或其他导电材料制成。
7.根据权利要求1所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所述的列阵式探针(1)可通过法兰固定在塔的任一截面，或采用其它定位方式安装在塔内呈水平、竖直或其他方向。
8.根据权利要求1所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所述的每一组列阵式探针组(11、12)可处于同一平面或处于任一曲面。
9.根据权利要求1所述的列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于所述的计算机控制列阵式探针(1)测量电导率的扫描方式可按顺序、逆序或任意选定的循环方式进行。
专利摘要一种列阵式扫描探针电导率测定仪，其特征在于该测定仪由列阵式探针、多路开关、电导率仪、多功能A/D卡、计算机和多路开关控制器构成；所说的列阵式探针是由排列方向不同的两组探针用隔离圈隔离而构成的；该多路开关，包括继电器组S
文档编号G01N27/04GK2521613SQ0221522
公开日2002年11月20日 申请日期2002年1月18日 优先权日2002年1月18日
发明者吴国斌, 程振民, 黄华江, 袁渭康 申请人:华东理工大学