专利名称：三相脉冲电导式空隙率计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于气液两相流的空隙率计，尤其是涉及三相脉冲电导式空隙率计。
目前测量空隙率较为新颖的旋转电场法，其原理是基于气液两相流体具有不同的导电率，混合相的电导率随气液两相的比例，即空隙率的变化而改变。当气液两相流流经管道时，在管壁外的三对条形电极的三相正弦波信号激励下，测出其两相流体的电导值，就可间接测出空隙率值。这种方法的主要缺点是对三相正弦波信号激励源要求甚严，另外各极板上一直有电压存在，给相邻极板带来电场干扰，使测量引入很大误差，且当液相导电率变化时，不能自动补偿参数也将给测量带来误差，其条形传感器制造工艺复杂，成本较高。
本实用新型的目的是提供一种在线测量的三相脉冲电导式空隙率计。
以下结合附图加以说明。
图1是三相脉冲电导式空隙率计的结构连接图；图2a是传感器的结构示意图，b是传感器A－A剖面图；图3是三相测量电桥和电导测量中的一路电路图；图4是三相脉冲电导激励源的电路图；图5是信号处理电路图。
图1示出了空隙率计的结构连接图。它包括传感器、脉冲电源部分和空隙率转换部分。图中测量传感器1，它有A、B和C三对电极，参比传感器2，它有A′、B′和C′三对电极。将测量传感器1和参比传感器2各对应电极相互串联连接，其接点分别接入三路电导测量电路4A、4B和4C；1和2串联后的两端分别接入三相脉冲电导激励源3中的EA－EA′、EB－EB′和EC－EC′，且这两端再与三对两个相串联的高阻精密电阻GOA，GOB和GOC并联。两个高阻精密电阻的串联连接点GOA接4A，GOB接4B，GOC接4C。4A、4B和4C的输出，分别对应输入信号处理电路5，其输出送至下一级显示电路6。图中测量和参比传感器与GOA，GOB，GOC电阻构成三对电导测量电桥。电桥的两端接脉冲电导激励源，另外两端将电桥的输出信号接至电导测量电路4，由于它的输入阻抗极高，故能很好地与电导电桥进行阻抗匹配。信号处理电路的目的在于使前级输入的正负交替的信号进行取正，以便能进行求和运算，并送至显示电路。
图2示出了传感器的结构图。图中D为有机玻璃管道，E为塑料标准连接法兰。管道与法兰的连接采用热塑焊接。F为不锈钢电极，外部加工成M8螺纹。在有机玻璃管外部园周上等分成六等份，与不锈钢电极的M8螺纹相连接。电极F的M3螺孔为电板输出引线的固定孔。
图3示出了三相测量电桥和电导测量中的一路电路。图中测量传感器1和参比传感器2串联连接，再与两个串联的高阻的精密电阻G0相并联，其连接处接至三相脉冲电导激励源。测量和参比传感器的串联接点接G2电阻，G2电阻另一端接运放U2的同相端，U2的反相端与输出端相连再接G6电阻，G6的另一端接运放U4的同相端。两个G0串联的连接点接电阻G1，G1另一端接运放U1的同相端，U1的反相端与输出端相连，再与电阻G3相连。G3另一端接运放U3的同相端，U3的反相端分别接电阻G4，G5，G4另一端接地，G5另一端接U3的输出端，再与电阻G7相连，G7另一端分别接U4反相端和电阻G8，G8另一端接U4的输出，U4的输出再与信号处理电路的输入端相连。
图中测量电桥由测量传感器1，参比传感器2以为高阻精密电阻G0构成。其中参比传感器的结构，材料与测量传感器相同。它的设置能有效地克服因介质变化所引起的测量误差，使参比桥臂的分布电容、电感等参数完全与测量桥臂一致，免去复杂的补偿调节。
电导测量电路中的高阻输入电路可由单片四运放LM324构成。电路中的G0为100K精密电阻。G1～G8全部采用金属膜10KΩ电阻。
图4示出了三相脉冲电导激励源的电路。图中时基电路U7的4.8两脚接正5V电源，7脚接R1和R2电阻，R1另一端接正5V，R2另一端接6脚和2脚再与电容C1相连，C1另一端接地。1脚接地，5脚接电容C2，C2另一端接地。U7的3脚输出至D触发器U8的11脚和3脚。U8的12脚与5脚连接后再接D触发器U10的3脚和多路开关U6的10脚。U8的8脚与与非门U9的1脚相连。U9的2脚与U8的6脚相连。U9的3脚与5脚和6脚相连。U9的4脚与U8的2脚相连。U8的7脚与U6的9脚相连。U10的2脚与6脚相连。U10的5脚连接电阻R3。R3的另一端接运放U5的同相端3脚，并再与电阻R6相连。R6的另一端接U5的输出端6脚，并与电阻R7相连。R7另一端接U6的13脚，并与稳压管DW1相连，DW1另一端与其反向的稳压管DW2串联，DW2另一端接地。U5的2端接电阻R5，R5另一端接电阻R4，并再与二极管D1的负端相连。D1正端与D2的负端相连，D2的正端与D3的负端相连，D3的正端接地。R4的另一端接正5V电源。U6的16脚接正6.2V；U6的7脚接负6.2V；U6的6脚、11脚、1脚、8脚和3脚接地。U6的12脚输出EA，14脚输出EB，15脚为输出EC；4脚为EA′输出，2脚为EB′输出，5脚为EC′输出。
图中U7为时基电路NE555，U8和U10为D触发器74LS74，U9为与非门CD4011，U5为运放LM725，U6为多路电子开关CD4052。电阻R1为4.7K，R2为可调电阻，R3，R4和R5均为2.4K，R6为18K，R7为1K。电容C1为0.1μ，C2为0.01μ。二极管D1、D2和D3为IN4001。稳压管DW1和DW2的稳压值为4.3伏。
图4所示的脉冲电导激励源，由U7时基电路NE555构成振荡输出频率为900Hz，占空比为1／3的矩形波，经D触发器U8和与非门U9构成分频和移相电路，其输出频率为300Hz。D触发器U10和运放U5构成输出频率为150Hz，正负5V的方波位号。经多路电子开关U6的调制后就形成了三相正负交替的脉冲输出。三相输出EA，EA′与EB，EB′相位差60°；EB，EB′与EC，EC′相位差60°。这低频三相输出就构成了三相脉冲电导激励源。它在任何瞬间，只在一对极上施加电压，其余极板处于高阻悬浮状态，避免了相互极板间的干扰；正负交替脉冲有效地克服了水的极化现象，减小了测量误差。提高了测量精度。
图5示出了信号处理电路。电阻R8与图3中的运放U4的输出端相连，并与电阻R9相连，R9的另一端分别连接电阻R12，电阻R13和运放U11的6脚。R13的另一端与U11的7脚和12脚相连。U11的5脚接电阻R14，R14的另一端接地。R12的另一端与电阻R10和二极管D5的负端相连。R10的另一端与D4的正端，U11的2脚以及R8′的另一端相连。D5的正端与D4的负端和U11的1脚相连。U11的3脚接电阻R11，R11另一端接地。U11的13脚与14脚相连后接电位器W1的定片，W1的另一端定片接地。W1的动片接R15。由于有三路信号，与前所述的三路同样信号分别接入R15、R16和R17。R15、R16、R17的另一端相互连接后，接电阻R21和运放U12的6脚。R21的另一端接U12的7脚和电阻R22，R22的另一端接可变电阻W3的一端和U12的2脚。W3的另一端接U12的1脚并输出至下一级的显示电路。U12的3脚接电阻R23，R23另一端接地。U12的5脚接电阻R18，R18的另一端接电位器W2的动片，W2的两定片分别接电阻R19和电阻R20，R19的另一端接正15V电源，R20的另一端接负15V的电源。
图5中的U11，U12可由运放LM348构成。电阻R8，R9和R10为20KΩ，电阻R11，R12和R14为10K，电阻R13为20K。电阻R15、R16、R17、R21和R22的阻值为24K，R18的阻值为6.2K。电阻R19、R20为10K。电阻R23的阻值为12K。电位器W1的阻值为33K；电位器W3的阻值为47K；电位器W3为1K的精密多圈线绕电位器。
图5信号处理电路的作用是将各电导测量电路所输入的正负交替的脉冲信号转换成稳定的直流电平，以提供3 1/2 位数字电压表显示数据。
由U11所构成的精密绝对值电路将测量电路送入的信号取正。由于电导测量是由三对电极交替工作的，因此须有三路同样的电导测量桥路和取正电路，它们各自的输出幅值由W1进行调整。
为能获得管道空间范围内的平均空隙率，三对电极间的电导信号必须作一次平均值处理。实现这个功能的电路由图5中的U12构成，它是一个由运算放大器所构成的加法电路。电位器W2的设置是为了调整整个仪表的零点。调整时，在参比和测量管路中都充满液体，调节W2，使仪表输出指示置零。U的作用有两个一方面将U的输出信号倒相。使输出信号为正；另一方面它可调节整机的灵敏度，通过调节W3来调整仪表的满度输出。
另外运放U12将三相信号叠加后，为消除各相叠加中的高频干扰，以及线路传输过程中的干扰信号等，须接高低通滤波器，以消除影响。由于电极间电导的相对变化量与空隙率之间的关系呈非线性，因此U12所输出的信号须进行一定的非线性修正，它可由折线电路近似修正或由微机进行软件修正以提高测量精度。
本实用新型的优点是操作简单、安装方便，显示直观清晰且制造容易，造价低廉适合于工业现场应用。
权利要求1.一种三相脉冲电导式空隙率计，它包括传感器、脉冲电源部分和空隙率转换部分，空隙率传换部分有三路电导测量电路[4A]、[4B]和[4C]，其输出分别对应输入信号处理电路[5]，接着送至显示电路[6]，其特征在于所说的传感器及脉冲电源部分，其电路为测量传感器[1]，它有A，B和C三对电极，参比传感器[2]，它有A′、B′和C′三对电极；将测量传感器[1]和参比传感器[2]各对应电极相互串联连接，其接点分别接入三路电导测量电路[4A]、[4B]和[4C]；[1]和[2]串联后的两端分别接入三相脉冲电导激励源[3]中的EA-E′A、EB-E′B和EC-E′C，且这两端再与三对两个相串联的高阻精密电阻GOA，GOB和GOC并联；两个高阻精密电阻的串联连接点GOA接至[14A]、GOB接至[4B]、GOC接至[4C]；所说的三相脉冲电导激励源的电路为时基电路U7的4.8两脚接正5V电源，7脚接R1和R2电阻，R1另一端接正5V，R2另一端接6脚和2脚再与电容C1相连，C1另一端接地，1脚接地，5脚接电容C2、C2另一端接地，U7的3脚输出至D触发器U8的11脚和3脚，U8的12脚与5脚连接后再接D触发器U10的3脚和多路开关U6的10脚，U8的8脚与与非门U9的1脚相连，U9的2脚与U8的6脚相连，U9的3脚与5脚和6脚相连，U9的4脚与U8的2脚相连，U8的7脚与U6的9脚相连，U10的2脚与6脚相连，U10的5脚连接电阻R3，R3的另一端接运放U5的同相端3脚，并再与电阻R6相连，R6的另一端接U5的输出端6脚，并与电阻R7相连，R7另一端接U6的13脚，并与稳压管DW1相连，DW1另一端与其反向的稳压管DW2串联，DW2另一端接地，U5的2端接电阻R5，R5另一端接电阻R4，并再与二极管D1的负端相连，D1正端与D2的负端相连，D2的正端与D3的负端相连，D3的正端接地，R4的另一端接正5V电源，U6的16脚接正6.2V，U6的7脚接负6.2V，U6的6脚、11脚、1脚、8脚和3脚接地，U6的12脚输出EA，14脚输出EB，15脚为输出EC，4脚为E′A输出，2脚为E′B输出，5脚为E′C输出。
2.根据权利要求1所述的一种三相脉冲电导式空隙率计，其特征在于所说的传感器的结构为在有机玻璃管道〔D〕两端热塑焊接有塑料标准连接法兰〔E〕，并在管道外部园周上六等分地开有螺孔，其上旋有不锈钢电极〔F〕，在电极上开有电极输出引线的固定孔。
专利摘要本实用新型公开了一种三相脉冲电导式空隙率计，它包括测量传感器和参比传感器，它们分别有三对电极，将两传感器各对应电极相互串联连接，其接点分别接入三路电导测量电路。两传感器串联后的两端分别接入三相脉冲电导激励源，且这两端再与三对两个相串联的高阻精密电阻并联。两个高阻精密电阻串联连接点分别与三路电导测量电路相接，其输出、分别对应输入信号处理电路，再送至显示电路。本实用新型操作简单、安装方便、显示直观清晰、适于工业现场应用。
文档编号G01N27/06GK2089174SQ91204878
公开日1991年11月20日 申请日期1991年3月26日 优先权日1991年3月26日
发明者胡赤鹰, 周泽魁, 陈虹, 李海青 申请人:浙江大学