专利名称：判别介质中泡沫界面的方法及其系统的制作方法
技术领域：
判别介质中泡沫界面的方法及其系统，属于物态测量技术领域。
背景技术：
泡沫是气-液联合构造的特殊形态，是一种具有重要研究价值的边界形态，普遍存在于自然界和工业生产过程。目前，适合长期连续监测泡沫界面的方法主要有(1)射线法基于核辐射通过物质时被衰减的原理。由于使用了辐射源，存在操作人员的防护和设备的感生辐射问题；对于密度较小的介质，测量灵敏度低。(2)导电法用两个电极的导通与否判别有无泡沫或液相介质，但不能区分这两者。由于该方法要在介质内部传导电流，因而不能用于易燃易爆介质。
J.SICE Vol.33 No.8 Aug 1994刊登了一篇作者为荒克之、片桐政树、诺山直昭、小笠原俊彦，名为“加热型差动热电对式液面计”的论文，提出了一种内置加热元件的铠装热电偶构成的传感器，它可用于测量不含泡沫的汽、液两相界面，但不能用于判别介质中的泡沫界面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实用而可靠的判别介质中泡沫界面的方法及其系统。
本发明的方法基于传热原理，即由于相同温度和压力下同一介质的气相、泡沫相和液相的传热能力是不同的，因此一个使用恒定功率加热的发热体分别置于气相、泡沫相和液相时，发热体本身温度与环境介质温度之差值(定义为特征温度)是不同的，气相中较大，液相中较小，泡沫相中最小。而且，在气、液两相介质中，由液相到气相连续测量的特征温度是单调上升；但在出现泡沫相的三相介质中，连续测量的特征温度不再是单调上升，而是在泡沫介质位置下降；传感器从液相或气相进入泡沫相时，特征温度曲线的一阶导数均为负值，并且二阶导数为正值(图1)，因此判别泡沫相界面的问题可以用数学形式表达为dTSdt<0,]]>d2TSdt2>0]]>(TS-特征温度，t-采样时间间隔)本发明所述的判别介质中泡沫界面的方法，其特征在于，它是按以下步骤实现的(1)把一个带有加热器的差分温度测量传感器放入所测的介质中，使用加热元件功率调节器把传感器内的加热器调节到合适的恒定温度后，连续测量固定释热量下的加热器温度与环境介质温度；
(2)由差分温度测量传感器测得的温度信号，通过信号调理电路和信号采集电路输入计算机；(3)计算机计算介质的特征温度，它等于加热器温度与环境介质温度之差值，作出特征温度曲线，当其满足dTS/dt＜0，d2TS/dt＞0条件时，传感器所处介质为泡沫相，由此即可判别介质的泡沫界面。
本发明所述的判别介质中泡沫界面的系统，其特征在于，它含有(1)带有加热器的差分温度测量传感器，被置于待测的介质中；(2)加热元件功率调节器，其输出端与上述差分温度测量传感器中加热器的加热信号输入端相连；(3)信号调理电路，它的输入端与上述差分温度测量传感器的温度信号输出端相连；(4)信号采集电路，内含16位高速A/D处理器，它的信号输入端与上述信号调理电路的输出端相连；(5)计算机，它的数据信号输入端与上述信号采集电路的输出端相连。
使用本发明所提出的方法和系统进行实验，判别加热洗涤剂溶液的泡沫界面。传感器处于泡沫位置时，测得的环境温度为100℃，加热器的温度为112℃，两者的差值(特征温度)为12℃；而传感器处于液体位置时，测得的环境温度为100℃，加热器的温度为115℃，两者的差值(特征温度)为15℃，这两个特征温度的差值大于温度传感器测量误差的限制，可以有效地判断特征温度曲线的一阶导数和二阶导数的正负，由此判别介质的泡沫界面。它具有造价低廉、安装简单、可免维护地长期运行的优点。
图1，液相、泡沫相和气相介质中特征温度变化曲线。
图2，判别介质中泡沫界面的测量系统示意图。
图3，本发明所述判别介质中泡沫界面方法的流程图。
具体实施例方式
请见图2，1是带有加热装置的差分温度测量传感器，见2002年11月13日授权、专利号为ZL 02203236.3的专利“判断泡沫介质状态用的量热式传感器”，2是加热元件功率调节器，3是信号调理电路，4是信号采集电路，5是计算机。
由差分温度测量传感器连续测量介质的特征温度信号，通过信号调理电路变为4-20mA电流信号，经过信号采集电路变为数字信号输入计算机进行计算和逻辑分析，根据特征温度曲线一阶导数及二阶导数的正负判别介质中泡沫界面位置。
图3是本发明所述方法的流程图。
对于不同的介质，使用加热元件功率调节器将传感器内的加热器调节到合适的恒定温度。
权利要求
1.判别介质中泡沫界面的方法，其特征在于，它是按以下步骤实现的(1)把一个带有加热器的差分温度测量传感器放入所测的介质中，使用加热元件功率调节器把传感器内的加热器调节到合适的恒定温度后，连续测量固定释热量下的加热器温度与环境介质温度；(2)由差分温度测量传感器测得的温度信号，通过信号调理电路和信号采集电路输入计算机；(3)计算机计算介质的特征温度，它等于加热器温度与环境介质温度之差值，作出特征温度曲线，当其满足dTs/dt＜0，d2Ts/dt＞0条件时，其中Ts是特征温度，t是时间，传感器所处介质为泡沫相。
2.判别介质中泡沫界面的系统，其特征在于，它含有(1)带有加热器的差分温度测量传感器，被置于待测的介质中；(2)加热元件功率调节器，其输出端与上述差分温度测量传感器中加热器的加热信号输入端相连；(3)信号调理电路，它的输入端与上述差分温度测量传感器的温度信号输出端相连；(4)信号采集电路，内含16位高速A/D处理器，它的信号输入端与上述信号调理电路的输出端相连；(5)计算机，它的数据信号输入端与上述信号采集电路的输出端相连。
全文摘要
判别介质中泡沫界面的方法及其系统，属于物态测量技术领域，其特征在于它利用一个已公开的带有加热器的差分温度传感器放入待测的介质中，用恒定功率加热，连续测量稳定释热量下的加热器温度与环境介质温度之差值，即特征温度，作出特征温度曲线，计算其一阶导数和二阶导数，当其满足dT
文档编号G01K3/00GK1563964SQ20041000346
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月26日 优先权日2004年3月26日
发明者仲朔平, 李胜强 申请人:清华大学