四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用的制作方法
【专利摘要】一种四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用，制作方法包括：单探头探针处理与导电性检验；铜线处理与缠绕；单探头探针绝缘处理；四个单探头探针装入定位孔板；四个单探头探针装入套筒里；套筒内部注射绝缘漆；环氧树脂固封；研磨探针尖部；后端电路连接；将电导探针插入管道中心处作为一个电极，金属管道内壁作为另一个电极，直流电源通过电阻与两个电极相连，通过数据采集对电导探针上的相变信号进行提取与分析，测量并计算出两相流局部界面面积浓度、空泡份额和界面速度。本发明对两相流动中的空泡分额及界面面积浓度进行测量，不仅解决向前界面，而且也可测量后退界面，为深入了解两相流动局部特性、完善两流体模型提供参考。
【专利说明】四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及气液两相流局部参数的测量，更具体的说，涉及一种测量气液两相流局部参数的四探头电导探针的制作方法及其在两相流参数测量装置中的应用。
【背景技术】
[0002]气液两相流现象广泛存在于核电、化工、石油运输等领域。对于两相流系统，空泡份额和界面面积浓度(IAC)是最关键的2个参数。IAC表示单位体积内两相流中分界面的面积，表征了相间发生质量、动量和能量传输的有效面积，也是构建两流体模型的重要参数。
[0003]基于四头探针探测IAC的原理，通过假定气泡表面速度与主流方向的夹角不是常量，而是满足二次形式的概率密度函数，可对双头探针的测量进行了改进，改进型的双头探针模型可以有效地测量出一维两相流动中的IAC。但是，采用双头探针的测量是基于以下假设:(1)气泡表面速度可以通过两探头的距离和界面穿过两个探头的时间差来近似获得；
(2)气泡形状是椭球的。双探头应用于多维两相流测量时，由于这些假设则使得测量的不确定性增加。
[0004]在不假定气泡是椭球形和一维流动的情况下，早期的四头探针方法可有效测量出一维两相流的IAC，但未给出多维两相测量中处理后退界面(即界面先触到辅助探头)的方法。因此，要实现多维两相流中IAC的测量必须寻求解决前进界面和后退界面的方法。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种四探头电导探针制作方法及其在两相流参数测量中的应用，对竖直上升管中两相流动中的空泡分额及界面面积浓度进行了测量，不仅可解决向前界面(即界面先触前探头)，而且也可测量后退界面，为深入了解两相流动局部特性、完善两流体模型提供参考。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]—种四探头电导探针制作方法，包括步骤如下:
[0008]I)、单探头探针处理与导电性检验；
[0009]2)、铜线处理与缠绕；
[0010]3 )、单探头探针绝缘处理；
[0011]4)、四个单探头探针装入定位孔板；
[0012]5)、四个单探头探针装入套筒里；
[0013]6)、套筒内部注射绝缘漆；
[0014]7)、环氧树脂固封；
[0015]8)、研磨探针尖部；
[0016]9)、后?而电路连接。
[0017]所述步骤I)中单探头探针处理方法是:取一根直径为0.1mm的不锈钢丝做探针电极，将不锈钢丝一端研磨成楔状尖部，然后将该端浸入腐蚀液中，在显微镜下测量尖部的直径尺寸，直至达到10~30 μ m。
[0018]所述步骤3)中绝缘处理方法是:在单探头探针的尖部涂覆采用Telfon制作的绝缘漆。
[0019]所述步骤4)中定位孔板的尺寸和孔位排布根据四探头探针的尺寸和几何排布不同而不同。
[0020]所述步骤5)中的套筒为不锈钢套筒。
[0021]所述不锈钢套筒呈90°弯角，其外径为2.5mm。
[0022]一种四探头电导探针在两相流参数测量中的应用，所述四探头电导探针采用上述的制作方法制作而成，具体如下:
[0023]I)、在电导探针的测量电路中，将套筒接地，采用直流电路进行测量；
[0024]2)、为防止电导探头上易产生的电化学反应，将电导探头插入管道中心处作为一个电极，金属管道内壁作为另一个电极，直流电源通过电阻Rs与两个电极相连，其中电源正极与管道的内壁相连，以减少探头处的电化学腐蚀；
[0025]3)、采集电阻艮上的电压信号，当探针接触液相时探针与管壁接通，电阻Rs上出现高电平；当探针接触气相时，探针与管壁断开，电阻Rs上出现低电平，根据探头处液相和气相的不断交替产生与各种流型对应的不同的响应信号，经过滤波和信号处理，通过数据采集对电导探针上的相变信 号进行提取与分析；
[0026]4)、当主探头处于信号上升沿时，即处于液相，若辅助探头处于液相，辅助探头中相关上升信号向前移动，若辅助探头处于气相，辅助探头中相关下降信号向后移动；当主探头处于信号下降沿时，即处于气相，若辅助探头处于液相，辅助探头中相关上升信号向后移动，若辅助探头处于气相，辅助探头中相关下降信号向前移动；所有的探针掺入气泡总是在一个固定的时间范围的，三个辅助探头的输出信号上升或者下降总是非常接近主探头信号的，则两相流局部界面面积浓度a、空泡份额α和界面速度;；.分别由式(I)、式(2)和式(3)得出:
【权利要求】
1.一种四探头电导探针制作方法，其特征在于，包括步骤如下: 1)、单探头探针处理与导电性检验； 2)、铜线处理与缠绕； 3)、单探头探针绝缘处理； 4)、四个单探头探针装入定位孔板； 5)、四个单探头探针装入套筒里； 6)、套筒内部注 射绝缘漆； 7)、环氧树脂固封； 8)、研磨探针尖部； 9)、后端电路连接。
2.根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法，其特征在于，所述步骤I)中单探头探针处理方法是:取一根直径为0.1mm的不锈钢丝做探针电极，将不锈钢丝一端研磨成楔状尖部，然后将该端浸入腐蚀液中，在显微镜下测量尖部的直径尺寸，直至达到10~30 μ m0
3.根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法，其特征在于，所述步骤3)中绝缘处理方法是:在单探头探针的尖部涂覆采用Telfon制作的绝缘漆。
4.根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法，其特征在于，所述步骤4)中定位孔板的尺寸和孔位排布根据四探头探针的尺寸和几何排布不同而不同。
5.根据权利要求1所述的四探头电导探针制作方法，其特征在于，所述步骤5)中的套筒为不锈钢套筒。
6.根据权利要求5所述的四探头电导探针制作方法，其特征在于，所述不锈钢套筒呈90。弯角，其外径为2.5mm。
7.一种四探头电导探针在两相流参数测量中的应用，其特征在于，所述四探头电导探针采用如权利要求1至6中任一所述的制作方法制作而成，具体如下: I )、在电导探针的测量电路中，将套筒接正极，采用直流电路进行测量； 2)、为防止电导探头上易产生的电化学反应，将电导探头插入管道中心处作为一个电极，金属管道内壁作为另一个电极，直流电源通过电阻Rs与两个电极相连，其中电源正极与管道的内壁相连，以减少探头处的电化学腐蚀； 3)、采集电阻&上的电压信号，当探针接触液相时探针与管壁接通，电阻Rs上出现高电平；当探针接触气相时，探针与管壁断开，电阻Rs上出现低电平，根据探头处液相和气相的不断交替产生与各种流型对应的不同的响应信号，经过滤波和信号处理，通过数据采集对电导探针上的相变信号进行提取与分析； 4)、当主探头处于信号上升沿时，即处于液相，若辅助探头处于液相，辅助探头中相关上升信号向前移动，若辅助探头处于气相，辅助探头中相关下降信号向后移动；当主探头处于信号下降沿时，即处于气相，若辅助探头处于液相，辅助探头中相关上升信号向后移动，若辅助探头处于气相，辅助探头中相关下降信号向前移动；所有的探针掺入气泡总是在一个固定的时间范围的，三个辅助探头的输出信号上升或者下降总是非常接近主探头信号的，则两相流局部界面面积浓度a、空泡份额α和界面速度;;分别由式(I)、式(2)和式(3)得出:
【文档编号】G01N27/00GK103954653SQ201410177777
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】匡波, 范云良, 王凡, 唐琪, 刘鹏飞, 唐超力, 朱晨, 党春辉 申请人:上海交通大学