本发明涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统。
背景技术：
电热管(或称为金属管状电热元件)是用以将电能转化为热能的带电元件，其与传统加热相比无污染，安装方便，使用方便，价格便宜，属于环保绿色生产，因此应用广泛。能够应用于多种需要进行换热处理的设备中，例如可以将多个电热管组成换热系统，安装于硝石槽、水槽、油槽、酸碱槽、易熔金属熔化炉、空气加热炉、干燥炉、干燥箱、热压模等设备的流体通道中。
当在一个圆环形加热装备内的环形流体换热输运流道(流体通道)内安装多个电热管时，多个电热管分别与流体通道中的电热管固定端连接进行固定。而多个电热管的电极各相相互之间需要串联或并联构成多相负载产热热源，通过交流电对电热管进行供电。因此需要借助电连接件对电热管的电极进行分相联结、串联联结、并联联结，再实现与外部供电电源的连接。这时，电连接件本身除了输运电能之外，其存在流体流动通道之中，成为流体热空气流动途经的障碍物，会导致电连接件发生受迫振动，甚至诱发电连接件与流体之间发生耦合振动(即共振现象)，使电连接件与电热管的电极之间容易出现脱落分离而造成短路故障。
目前现有技术中，在一种解决上述问题的方式中：采取回避电连接件发生振动的方式，即将若干分支电热管的引出电极上的电连接件(例如导线)直接沿着流体通道径向穿越、引出流道，在流体通道外部实现串、并联，即会导致出现较多接头、并且使装置外部导线的连接、固定工艺繁琐。而且当流道内流体是液体时，还需要对流体通道进行防止泄露的严格密封工艺操作。在另一种解决上述问题的方式中：当流体通道内的流体为液体时，电连接件不允许被向外部引出，这时必须对多个电连接件在流体通道内实现串联或并联。而当选用绝缘软导线连接作为电连接件对电热管的电极进行连接时，为了避免导线在流体中受流体压力作用发生共振现象，需将绝缘导线固定在流体通道的内壁，而当导线的绝缘层与流体通道的金属内壁之间的绝缘作用失效后，则会导致电连接件放电，而造成整个换热系统出现短路故障问题。
因此，亟需一种新的电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统，从而能够在不影响所处流体流场的情况下测量和监控流体流速。
本发明的另一个目的在于提供一种电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统，从而能够在不影响所处流体流场的情况下测量和监控流体压力。
本发明的另一个目的在于提供一种电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统，从而能够在不影响所处流体流场的情况下测量和监控流体阻力。
本发明的另一个目的在于提供一种电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统，从而能够在不影响所处流体流场的情况下测量和监控电连接件的横向振动频率。
本发明的另一个目的在于提供一种电连接件、流体状态测试装置和流体换热系统，从而能够在不影响所处流体流场的情况下抑制电连接件自身的纵向振动和/或横向振动。
本发明的一个方面提供了一种能够测量流道中的流体状态的电连接件，电连接件包括主体部、连接部、总压采集部和静压采集部，连接部使主体部与设置在流道中的带电元件电气连接；总压采集部包括设置在主体部的朝向所述流体的流动方向的第一部位上的总压取压孔；静压采集部包括设置在主体部的平行于流体的流动方向的第二部位上的静压取压孔。
根据本发明的实施例，主体部包括朝向流体的流动方向的迎流面以及与流体的流动方向平行的第一侧面和第二侧面，第一部位位于迎流面上，第二部位位于第一侧面和第二侧面中的至少一者上。
根据本发明的实施例，迎流面为平面或曲面。
根据本发明的实施例，第一部位所在的表面与流体的流动方向垂直。
根据本发明的实施例，第一侧面和第二侧面彼此平行。
根据本发明的实施例，第一侧面和第二侧面为平面或曲面。
根据本发明的实施例，主体部沿与流体的流动方向平行的方向上的尺寸大于主体部沿与流体的流动方向垂直的方向上的尺寸。
根据本发明的实施例，主体部的垂直于流体的流动方向的截面为矩形，主体部的宽厚比大于4。
根据本发明的实施例，连接部沿与流体的流动方向垂直的方向上的尺寸大于主体部沿与流体的流动方向垂直的方向上的尺寸。
根据本发明的实施例，连接部位于主体部的端部，并且在连接部与主体部之间具有扭转部，以使连接部相对于主体部扭转一定角度。
根据本发明的实施例，连接部相对于主体部扭转90度。
根据本发明的实施例，总压取压孔的轴线方向与流体的流动方向平行。
根据本发明的实施例，总压取压孔的轴线方向与静压取压孔的轴线方向垂直相交。
根据本发明的实施例，总压取压孔设置在迎流面的中心位置。
根据本发明的实施例，总压采集部还包括总压输出接口和总压传递通道，总压输出接口设置在主体部和连接部中的一者上；总压传递通道设置在主体部和/或连接部内以连通总压取压孔和总压输出接口。
根据本发明的实施例，总压输出接口设置在连接部的表面。
根据本发明的实施例，静压采集部还包括静压输出接口和静压传递通道，静压输出接口设置在主体部和连接部中的一者上；静压传递通道设置在主体部和/或连接部内以连通静压取压孔和静压输出接口。
根据本发明的实施例，静压输出接口设置在连接部的表面。
根据本发明的实施例，电连接件还包括背压采集部，背压采集部包括设置在主体部的背向流体的流动方向的第三部位上的背压取压孔。
根据本发明的实施例，主体部包括背向流体的流动方向的背流面，第三部位位于背流面上。
根据本发明的实施例，背压采集部还包括背压输出接口和背压传递通道，背压输出接口设置在主体部和连接部中的一者上；背压传递通道设置在主体部和/或连接部内以连通背压取压孔和背压输出接口。
根据本发明的实施例，电连接件还包括第一感温元件和第二感温元件，第一感温元件和第二感温元件分别以电气绝缘方式设置在第一侧面和第二侧面上彼此相对的位置上。
根据本发明的实施例，第一感温元件的外表面与第一侧面平齐，并且第二感温元件的外表面与第二侧面平齐。
根据本发明的实施例，第一感温元件的外表面与第一侧面的表面结构相同，并且第二感温元件的外表面与第二侧面的表面结构相同。
根据本发明的实施例，第一侧面和第二侧面上分别设置有第一感温元件安装凹部和第二感温元件安装凹部。
根据本发明的实施例，第一感温元件安装凹部和第二感温元件安装凹部的表面具有电气绝缘层。
根据本发明的实施例，主体部的外表面上设置有螺旋凸起。
根据本发明的实施例，螺旋凸起为缠绕在主体部的外表面上的螺旋线。
根据本发明的实施例，螺旋凸起由涂覆在主体部的外表面上的涂层一体形成。
根据本发明的实施例，螺旋凸起远离总压取压孔、静压取压孔和背压取压孔中至少一者所处的区域。
本发明的另一方面提供了一种流体状态测试装置，流体状态测试装置包括电连接件和第一压力测量部，电连接件包括主体部、连接部、总压采集部和静压采集部，连接部使主体部与设置在流道中的带电元件电气连接；总压采集部包括设置在主体部的朝向流体的流动方向的第一部位上的总压取压孔；静压采集部包括设置在主体部的平行于流体的流动方向的第二部位上的静压取压孔；第一压力测量部分别与总压取压孔和静压取压孔相连以测量流体压力状态。
根据本发明的实施例，主体部包括朝向流体的流动方向的迎流面以及与流体的流动方向平行的第一侧面和第二侧面，第一部位位于迎流面上，第二部位位于第一侧面和第二侧面中的至少一者上。
根据本发明的实施例，主体部沿与流体的流动方向平行的方向上的尺寸大于主体部沿与流体的流动方向垂直的方向上的尺寸。
根据本发明的实施例，主体部的垂直于流体的流动方向的截面为矩形，主体部的宽厚比大于4。
根据本发明的实施例，连接部沿与流体的流动方向垂直的方向上的尺寸大于主体部沿与流体的流动方向垂直的方向上的尺寸。
根据本发明的实施例，连接部位于主体部的端部，并且在连接部与所述主体部之间具有扭转部，以使连接部相对于主体部扭转一定角度。
根据本发明的实施例，总压取压孔的轴线方向与流体的流动方向平行。
根据本发明的实施例，总压取压孔的轴线方向与静压取压孔的轴线方向垂直相交。
根据本发明的实施例，总压采集部还包括总压输出接口和总压传递通道，总压输出接口设置在主体部和连接部中的一者上；总压传递通道设置在主体部和/或连接部内以连通总压取压孔和总压输出接口。
根据本发明的实施例，静压采集部还包括静压输出接口和静压传递通道，静压输出接口设置在主体部和连接部中的一者上；静压传递通道设置在主体部和/或连接部内以连通静压取压孔和静压输出接口。
根据本发明的实施例，第一压力测量部包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器与总压输出接口相连，第二压力传感器与静压输出接口相连。
根据本发明的实施例，第一压力测量部包括压力传递通道和压差传感器，压差传感器通过压力传递通道分别与总压输出接口和静压输出接口连通。
根据本发明的实施例，流体状态测试装置还包括流速运算部，流速运算部根据第一压力测量部获得的总压取压孔处的流体动压计算位于电连接件上游的流体的流速。
根据本发明的实施例，流体状态测试装置的电连接件包括背压采集部，背压采集部包括设置在主体部的背向流体的流动方向的第三部位上的背压取压孔。
根据本发明的实施例，背压采集部还包括背压输出接口和背压传递通道，背压输出接口设置在主体部和连接部中的一者上；背压传递通道设置在主体部和/或连接部内以连通背压取压孔和背压输出接口。
根据本发明的实施例，流体状态测试装置还包括第二压力测量部，第二压力测量部分别与总压取压孔和背压取压孔相连以测量流体压力状态。
根据本发明的实施例，流体状态测试装置的电连接件还包括第一感温元件和第二感温元件，第一感温元件和第二感温元件分别以电气绝缘方式设置在第一侧面和第二侧面上彼此相对的位置上。
根据本发明的实施例，流体状态测试装置还包括频率运算部，频率运算部根据第一感温元件和第二感温元件的测量值的交替变化计算流体沿与流体的流动方向垂直的方向作用在电连接件上的交变力的频率。
根据本发明的实施例，频率运算部为示波器。
根据本发明的实施例，频率运算部包括第一电桥电阻、第二电桥电阻、直流电源和运算电路，第一感温元件、第一电桥电阻、第二电桥电阻和第二感温元件依次电气连接成回路，第一感温元件和第二感温元件之间的节点以及第一电桥电阻和第二电桥电阻之间的节点分别连接至直流电源的两极，运算电路根据第一感温元件和第一电桥电阻之间的节点以及第二感温元件和第二电桥电阻之间的节点之间的输出电压的交替变化计算交变力的频率。
根据本发明的实施例，运算电路包括依次连接的放大器、滤波器和触发器，输出电压输出至放大器，触发器输出表征交变力的频率的脉冲信号。
根据本发明的实施例，运算电路还包括与触发器的输出端相连的变换器，以使变换器输出表征所述交变力的频率的模拟信号。
本发明的另一方面提供了一种流体换热系统，包括供流体流过的流道；固定在流道内的带电元件，带电元件为电热元件，电热元件包括发热本体和位于发热本体端部的电极；以及如上所述的流体状态测试装置，电连接件与电热元件的电极相连。
根据本发明的实施例，电热元件为电热管。
本发明对电热源电极分相联结、串联联结、并联联结的电连接件的结构进行了开发、功能拓展，突破导体仅承载电能传输任务这一传统意义上的功能作用，使电连接件还具有传感、检测等多种功能，对现有技术做出重大突破。本发明不改变电热源电极的电连接件原在的流体系统中的流场；不在电热源电极的电连接件周围引入传感器及其测试系统，避免了对电热源电极的电连接件周围流场的破坏，并且能够获得以下信息中的至少一个：(1)电热源电极的电连接件受迫振动的信息；(2)电热源电极的电连接件所处流场中流体速度的信息；(3)电热源电极的电连接件与流体之间的对流换热状况信息。
附图说明
图1是本发明的电连接件安装在流道中的状态的主视图。
图2是本发明的一个实施例的电连接件的局部示意图。
图3是本发明的另一实施例的电连接件的局部示意图。
图4是本发明的电连接件的宽厚比与阻力系数的关系示意图。
图5是本发明的一个实施例的电连接件的俯视图。
图6是本发明的另一实施例的电连接件的俯视图。
图7是本发明的另一实施例的电连接件的局部示意图。
图8是本发明的另一实施例的电连接件的横截面示意图。
图9是本发明的电连接件缠绕螺旋线的局部示意图。
图10是本发明的另一实施例的电连接件安装在流道中的状态的主视图。
图11是本发明的一个实施例的流体状态测试装置的示意图。
图12是本发明的另一实施例的流体状态测试装置的示意图。
图13是本发明的另一实施例的流体状态测试装置的示意图。
图14是图13所示流体状态测试装置中的频率运算部的电路示意图。
图15是安装有本发明的电连接件的流体换热系统的横截面示意图。
图16是安装在图15所示流体换热系统中的电热管的结构示意图。
图17是本发明的流体换热系统的电热管与电连接件的配置关系的平面展开示意图。
图18是本发明的流体换热系统的电热管与电连接件的另一配置关系的平面展开示意图。
其中：
100-电连接件； 110-主体部； 111-迎流面；
112-第一侧面； 113-第二侧面；
114-第一感温元件安装凹部； 115-第二感温元件安装凹部；
116-背流面； 120-第一连接部； 121-连接孔；
122-连接面； 123-连接面； 130-第二连接部；
131-连接孔； 132-连接面； 133-连接面；
140-总压采集部； 141-总压取压孔； 142-总压传递通道；
143-总压输出接口； 150-静压采集部； 151-静压取压孔；
152-静压传递通道； 153-静压输出接口； 160-扭转部；
170-扭转部； 180-第一压力测量部； 181-第一感温元件；
182-第二感温元件； 190-频率运算部； 191-第一电桥电阻；
192-第二电桥电阻； 193-恒流源； 194-电源；
195-放大器； 196-滤波器； 197-触发器；
198-变换器； 200-电热管； 201-金属外管；
202-电阻丝； 203-填料； 204-电极；
205-绝缘瓷头； 206-螺旋翅片； 210-背压采集部；
211-背压取压孔； 212-背压传递通道； 213-背压输出接口；
220-螺旋线； 230-第二压力测量部；
240-阻力系数运算部； 241-乘法器； 242-乘法器；
243-除法器； 300-流道； 301-固定端；
400-电连接件； 410-主体部； 420-第一连接部；
430-第二连接部。
具体实施方式
下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。
图1至图10显示了本发明的电连接件100。电连接件100用于连接设置在流道中的带电元件，使带电元件与电源之间或者带电元件之间实现电气连接。带电元件可以是能够产生热量的电热元件，也可以是能够实现导电功能的其他类型的带电元件。在图1所示实施例中，流体沿垂直于纸面的方向向内流动，其流动方向由内部具有箭尾的圆圈表示。下面以流体的流动方向作为参考基准，对电连接件100的结构进行描述。
图1是电连接件100安装在流道中的状态的主视图。电连接件100包括主体部110和位于主体部110的长度方向的两端的第一连接部120和第二连接部130。主体部110包括迎流面111、第一侧面112、第二侧面113和背流面116(参见图2)。迎流面111是主体部110面向流体流动方向的表面，该表面受到流道内流体的直接冲击并且产生阻碍流体流动的阻力。背流面116是主体部110背向流体流动方向的表面，该表面与迎流面110相对并且不受到流道内流体的冲击。第一侧面112和第二侧面113通常平行于流体流动方向。第一连接部120和第二连接部130分别位于主体部110的两端。第一连接部120具有连接孔121、彼此相对的连接面122、123。第二连接部130具有连接孔131、彼此相对的连接面132、133。连接孔121、131可以分别供两个带电元件的电极(参见图16)穿过，电极从连接孔穿过的部分设置有螺纹，可以利用例如螺母的紧固件将电极固定在相应的第一连接部120和第二连接部130上，从而使分别连接在电连接件100两端的两个带电元件实现电气连接。优选地，连接面122、123和/或连接面132、133为平面，有利于带电元件的电极穿过连接孔后通过紧固件进行压紧固定。
对于第一侧面112和第二侧面113而言，为了使流经第一侧面112和第二侧面113的流体的流动状态处于大致相同的条件，优选地，第一侧面112平行于第二侧面113。在图1所示实施例中，主体部110为弧形，即第一侧面112和第二侧面113均为曲面。在其他实施例中，如图2和图3所示，第一侧面112和第二侧面113均为平面。
对于迎流面111而言，为了准确采集、测量作用在迎流面111上的流体压力，在图2所示实施例中，迎流面111为平面。优选地，迎流面111是与流体流动方向垂直的平面。在图3所示的另一实施例中，迎流面111是曲面，以减小对流体的阻力。进一步地，迎流面111上设置总压取压孔141的区域是平面。
为了减少迎流面111对流体造成的阻力，同时也为了降低流体沿流动方向作用在迎流面111上的压力，应当尽量减小迎流面111沿与流体流动方向垂直的方向，即厚度方向上的尺寸。在图1所示实施例中，迎流面111沿厚度方向上的尺寸小于主体部110沿与流体流动方向平行的方向，即宽度方向上的尺寸。也就是说，迎流面111沿厚度方向上的尺寸小于主体部110的侧面(即第一侧面112和第二侧面113)沿宽度方向上的尺寸。这样，迎流面111的迎风面积小，构成的阻力小，并且不易弯曲，相应地产生的纵向(沿着流体流向)振动也小。
另外，对于迎流面111的截面，即迎流面111在与流体流向垂直的平面上的投影截面为矩形的电连接件100而言，通过优化该矩形截面的电连接件100的特征尺寸，可以减弱电连接件100对流道中的流体的阻力，从而减弱电连接件100自身的纵向振动。如图2所示，电连接件100的宽度D为电连接件100沿与流体的流动方向平行的方向上的尺寸，厚度B为电连接件100与流体流动方向垂直的方向上的尺寸。因此，电连接件100的宽厚比定义为D/B。电连接件100的迎流面111的压力为pw，电连接件100的背流面116的压力为pl，则电连接件100的迎流面111对流体的阻力为：
F＝(pw-pl)A
在上式中，A为电连接件100的迎流面111的投影面积，即正对流体流向的面积。
将上述阻力公式的两边同时除以0.5ρaU2A，可以得到：
Cd＝Cp,w-Cp,l
其中，ρa是流道中的流体密度，U是流道中的流体速度，Cp,w是迎流面111的压力系数，Cp,l是背流面116的压力系数，Cd为电连接件100对流体产生的压力系数，即阻力系数。
实际上，迎流面100的压力pw和压力系数Cp,w将随着迎流面100的曲面、平面位置的不同而发生变化，而背流面压力(或称基础压力)则几乎相同，原因是该区域完全处于尾流区，气流速度相对较小。图4显示了阻力系数Cd与宽厚比D/B的关系曲线，从该曲线可以看出，当宽厚比D/B为大约0.5，即宽度D大致为厚度B的一半时，阻力系数Cd达到最大，也就是说，电连接件100对流道中的流体的阻力最大，电连接件100受到的纵向冲击作用力最大，由此诱发的电连接件100的纵向振动最强；当宽厚比D/B大于0.5时，阻力系数Cd逐渐减小，当宽厚比D/B大于4时，阻力系数Cd趋向于稳定，并随着宽厚比D/B的增大，阻力系数Cd达到最小值，也就是说，电连接件100对流道中的流体的阻力最小，电连接件100受到的纵向冲击作用力最小，由此诱发的电连接件100的纵向振动最弱。
在流道中，带电元件通常沿与流体流动方向平行的方向设置，从带电元件端部伸出的电极通常也与流体的流动方向平行。为了能够在第一连接部120和第二连接部130上设置连接孔并且提高电极与电连接件100的连接牢固程度，需要增大第一连接部120的连接面122、123以及第二连接部130的连接面132、133的面积。在本实施例中，第一连接部120的连接面122、123和第二连接部130的连接面132、133沿与流体流动方向垂直的方向上的尺寸大于主体部110沿与流体流动方向垂直的方向上(即迎流面111)的尺寸。在图1或图5所示实施例中，电连接件100由大致矩形的板状部件而成，该板状部件由例如铜或铝的金属材料制成，具有良好的导电性。为了使电连接件100的第一连接部120和第二连接部130与电极204具有更大的接触表面以利于安装，主体部110和第一连接部120之间以及主体部110和第二连接部130之间分别具有扭转部160、170，扭转角度为90°。根据所要连接的带电元件电极的位置、朝向等安装条件，扭转部160、170也可以具有其他扭转角度。另外，在其他实施例中，第一连接部120和第二连接部130也可以通过例如通过成型工艺的其他方法制造而成。图6示出了本发明的另一个实施例的电连接件100的俯视图，如图所示，可替换地，第一连接部120与主体部110之间和/或第二连接部130与主体部110之间也可以不设置扭转部160、170，即，扭转角度为0°的情形。另外，第一连接部120和第二连接部130与主体部110可以为一体结构，也可以采用分体结构。
电连接件100除了传输电能之外，还能够采集、测量流道中流经该电连接件100的流体的压力、温度、速度和流量等状态参数。如图5至图7所示，电连接件100通过设置在其上的总压采集部140、静压采集部150和背压采集部210获取流体中某个点处的压力，包括总压力、静压力、动压力和背压力，并根据上述压力计算得出流体的流速、流量、阻力系数等参数。现有技术中通过在流道中单独设置压力探测器或采样装置获取位于信号源处的压力指示数值，这种介入式检测在一定程度上会影响测量值，无法还原流道内的流体场的原本状态的情况。本发明实施例的电连接件100本身兼具采集、测量功能，未在流道中引入单独的检测装置，从而能够更准确地测量流体的状态参数。
图5和图6显示了设置在电连接件100上的总压采集部140。总压采集部140包括设置在迎流面111上的总压取压孔141、设置在第一连接部120上的总压输出接口143和设置在主体部110内以连通总压取压孔141和总压输出接口143的总压传递通道142。总压取压孔141设置在迎流面111上，迎流面111面向流道内的上风向来流方向，总压取压孔141的开口正对来流方向，用于测量流体在迎流面111上产生的总压力(或者滞止压力)。总压取压孔141为不带毛边的光滑孔，孔的形状可以是圆形、椭圆形、多边形等。当流体处于运动状态时，面向流体流动方向的迎流面111不仅受到流体的静压力的作用，也受到流体的动压力的作用，静压力与动压力共同构成作用在迎流面111上的总压。由于动压力具有方向性，即沿着流体流动方向发生作用，优选地，总压取压孔141的轴向沿着流体流动方向设置，使得总压取压孔141与流体流动方向在一条直线上，总压取压孔141的轴向与流体流动方向之间夹角的角度为零。总压取压孔141可以设置在迎流面111上的任何位置处，优选地，总压取压孔141设置在迎流面111的大致中心位置，用于对将要流到总压取压孔141中的流体，即位于总压取压孔141位置处的上游的流体的最大流速进行测量。总压传递通道142设置在主体部110的内部，总压传递通道142的入口部与总压取压孔141连通，总压传递通道142的出口部延伸至电连接件100的第一连接部120，用于将总压输送至总压输出接口143。总压传递通道142可以直接形成在主体部110的内部。可替换地，总压传递通道142为单独的管道，埋设在电连接件100上预先形成的狭槽内，使总压传递通道142的顶面不超过迎流面111的表面，优选地，总压传递管道142的顶面与迎流面111的表面平齐。进一步地，总压传递管道142的顶面与迎流面111的表面具有相同的表面结构，例如，在包括总压传递管道142的顶面在内的整个迎流面上涂覆防腐层。可替换地，总压传递通道142为单独的管道，穿设在设置于电连接件100内的预先形成的通道中。总压输出接口143可以设置在主体部110的表面上或者连接部120、130的表面上。为了不对流场产生影响，总压输出接口143设置在第一连接部120或者第二连接部130上并且与总压传递通道142的出口部连通。如图5所示，总压输出接口143设置在第一连接部120的端面上。可替换地，总压输出接口143还可以设置在第二连接部130的端面上。可替换地，总压输出接口143可以设置在第一连接部120的连接面122或连接面123上或者第二连接部130的连接面132或连接面133上。如图6所示，总压输出接口143可以设置在第一连接部120的连接面122上。
图5和图6显示了设置在电连接件100上的静压采集部150。静压采集部150包括设置在第一侧面112上的静压取压孔151、设置在第一连接部120上的静压输出接口153和设置在主体部110内以连通静压取压孔151和静压输出接口153的静压传递通道152。静压取压孔151设置在第一侧面112上并且设置成使流体不会在静压取压孔151中产生任何动压分力。优选地，静压取压孔151的轴向方向垂直于流体流动方向。可替换地，静压取压孔151也可以设置在第二侧面113上。静压取压孔151的数量可以为多个。在设置多个静压取压孔151的情况下，静压取压孔151可以设置在第一侧面112和第二侧面113之一或两者上。另外，静压取压孔151可以设置在第一侧面112和/或第二侧面113上的任何位置处。优选地，静压取压孔151设置在沿流体流动方向靠近总压取压孔141的位置处，例如设置在沿流体流动方向的一条直线上。优选地，静压取压孔151的轴向与总压取压孔141的轴向相互垂直相交。静压传递通道152设置在主体部110的内部，静压传递通道152的入口部与静压取压孔151连通，静压传递通道152的出口部延伸至电连接件100的第一连接部120，用于将静压输送至静压输出接口153。静压传递通道152可以直接形成在主体部110的内部。可替换地，以设置在第一侧面112上为例，静压传递通道152为单独的管道，埋设在电连接件100上预先形成的狭槽内，使静压传递通道152的顶面不超过第一侧面112的表面，优选地，静压传递管道152的顶面与第一侧面112的表面平齐。进一步地，静压传递管道152的顶面与第一侧面112的表面具有相同的表面结构，例如，在包括静压传递管道152的顶面在内的整个第一侧面上涂覆防腐层。可替换地，静压传递通道152为单独的管道，穿设在设置于电连接件100内的预先形成的通道中。静压输出接口153设置在第一连接部120或者第二连接部130上并且与静压传递通道152的出口部连通。如图5所示，静压输出接口153设置在第一连接部120的端面上。可替换地，静压输出接口153也可以设置在第二连接部130的端面上。可替换地，静压输出接口153可以设置在第一连接部120的连接面122或连接面123或者第二连接部130的连接面132或连接面133上。如图6所示，静压输出接口153设置在第一连接部120的连接面123上。另外，静压输出接口153与总压输出接口143可以设置在相同或不同的连接部上。当静压输出接口153与总压输出接口143从同一连接部引出时，静压输出接口153与总压输出接口143可以设置在相同或不同的端部和/或连接面上。例如，静压输出接口153可以设置在连接面123上，总压输出接口143可以设置在连接面122上，反之亦然。
本发明基于皮托—静压管原理对流体作用在迎流面111上的压力进行采集和测量。总压取压孔141与总压传递通道142相互连通以构成皮托管，静压取压孔151与静压传递通道152相互连通以构成静压管，通过总压输出接口143和静压输出接口153可以得到作用在总压取压孔141处的流体动压力，即总压力与静压力之差，将流体动压代入伯努利方程即可得到总压取压孔141处的流体流速，进而可以计算得出流量。
图7显示了设置在电连接件100上的背压采集部210。如前所述，为了计算阻力系数Cd，还可以设置背压采集部210采集和测量电连接件100的背流面压力pl。背压采集部210包括设置在背流面116上的背压取压孔211、设置在连接部(未标出)上的背压输出接口213和设置在主体部(未标出)内以连通背压取压孔211和背压输出接口213的背压传递通道212。背压取压孔211设置在背流面116上，背流面116背向流道内的上风向来流方向，背压取压孔211的开口与来流方向相反，用于采集和测量流体在背流面116上产生的背压力(或者基础压力)。背压取压孔211为不带毛边的光滑孔，孔的形状可以是圆形、椭圆形、多边形等。背压取压孔211可以设置在背流面116上的任何位置处。背压传递通道212设置在主体部的内部，背压传递通道212的入口部与背压取压孔211连通，背压传递通道212的出口部延伸至电连接件100的连接部，用于将背压输送至背压输出接口213。背压传递通道212可以直接形成在主体部的内部。可替换地，背压传递通道212为单独的管道，埋设在电连接件100上预先形成的狭槽内，使背压传递通道212的顶面不超过背流面116的表面，优选地，背压传递管道212的顶面与背流面116的表面平齐。进一步地，背压传递管道212的顶面与背流面116的表面具有相同的表面结构，例如，在包括背压传递管道212的顶面在内的整个背流面116上涂覆涂层，如防腐层。可替换地，背压传递通道212为单独的管道，穿设在设置于电连接件100内的预先形成的通道中。背压输出接口213可以设置在主体部110的表面上或者第一连接部120或第二连接部130的表面上。为了不对流场产生影响，优选地，背压输出接口213设置在第一连接部120或第二连接部130上并且与背压传递通道212的出口部连通。与总压输出接口143和静压输出接口153类似，背压输出接口213可以设置在第一连接部120或者第二连接部130的端面上。可替换地，背压输出接口213还可以设置在第一连接部120的连接面122、123或者第二连接部130的连接面132、133上。
根据本发明，电连接件100本身具有导电功能，在电连接件100所连接的带电元件通以交流电的情况下，电连接件100的横截面上的电流密度不均匀，会产生集肤效应，电流主要集中在电连接件100的表面，电连接件100的截面中心区域的电流密度较小，甚至在传递高频率电流时几乎很小，没有应用的价值。因此，在电连接件100内部设置总压采集部140、静压采集部150和背压采集部210既节省了制造电连接件100的材料，又构成了压力(或流速)测量采样的通路，不仅不会影响电连接件100的导电性能，而且能够实现采集、测量流体流动状态的功能。
另外，电连接件100在流体中输送电能时，除了受到上述流体压力的作用导致纵向振动之外，还会与流体发生耦合振动，产生卡门涡街破坏现象。根据卡门涡街原理，如图1所示，当电连接件100处于流体中时，流经第一侧面112和第二侧面113的流体会在第一侧面112和第二侧面113的表面上发生卡门涡街现象，使得两个侧面上产生有规律的漩涡向下游脱落，发生漩涡脱落一侧的流体因回流现象产生能量损失，其流体流速低于未发生旋涡脱落的另一侧的流体的流速。根据传热学对流换热速率定量计算的牛顿冷却定律公式，对流换热速率与流体流速的0.8次方成正比，因此，在电连接件100的两个侧面上交替发生漩涡脱落时，发生漩涡脱落一侧的侧壁温度与未发生漩涡脱落一侧的侧壁温度不一致。这种温度变化的频率与流体作用在两个侧面上的交变力的频率以及由该交变力引起的电连接件100沿与流体流向垂直的方向的横向振动频率相对应，通过测量温度变化频率可以实现对电连接件的横向振动频率的测量。现有技术中通过在流道中单独设置压力探测器或采样装置获取位于信号源处可靠的压力指示数值，这种介入式检测在一定程度上会影响测量值，无法还原流道内的流体场的原本状态的情况。本发明根据卡门涡街原理对电连接件100的横向振动频率进行测量。电连接件100通过分别设置在第一侧面112和第二侧面113上的感温元件获得两个侧面上因卡门涡街现象引起的温度变化，并根据上述温度变化计算得出作用在两个侧面上的交变力频率以及电连接件100的横向振动频率。本发明实施例的电连接件100本身兼具采集、测量温度参数的功能，未在流道中引入单独的检测装置，从而能够更准确地测量流体的状态参数。
图5和图6显示了电连接件100的第一感温元件181和第二感温元件182，第一感温元件181和第二感温元件182分别布置在电连接件100的第一侧面112和第二侧面113上，用于采集流经第一侧面112和第二侧面113上的温度。图8是电连接件100的横截面示意图，进一步显示了第一感温元件181和第二感温元件182的布置方式。在图8中，第一感温元件181和第二感温元件182分别以电气绝缘方式设置在第一侧面112和第二侧面113上彼此相对的位置，例如设置在第一侧面112和第二侧面113的中心位置。可替换地，第一感温元件181和第二感温元件182可以设置在第一侧面112和第二侧面113的任意位置并且数量可以为多个。进一步地，第一感温元件181和第二感温元件182应当保持彼此相对的位置关系并且在数量上一一对应。为了避免第一感温元件181和第二感温元件182对流经其感应表面的流体产生阻碍，第一感温元件181和第二感温元件182的外表面不超过第一侧面112和第二侧面113的表面。优选地，第一感温元件181的外表面与第一侧面181的表面平齐，并且第二感温元件182的外表面与第二侧面113的表面平齐。进一步地，第一感温元件181和/或第二感温元件182的外表面与其所在的第一侧面112和/或第二侧面113的表面具有相同的表面结构，例如粗糙程度相同。流体流经侧面的过程中，流体边界层与第一侧面112和第二侧面113表面的接触状况不变，从而不破坏原有的流场。为了安装第一感温元件181和第二感温元件182，可以在第一侧面112和第二侧面113上彼此相对的位置设置第一感温元件安装凹部114和第二感温元件安装凹部115。为了使感温元件与电连接件100之间保持绝缘，优选地，可以在第一感温元件安装凹部114和第二感温元件安装凹部115的表面涂覆电气绝缘层。
根据本发明，电连接件100除了传输电能之外，还能够在不引入单独的传感器及其测试系统从而不改变电连接件100所处流场的情况下，对流道中流经电连接件100的流体沿与流体流动方向垂直的方向施加在电连接件100上的交变力的频率进行测量，进而获得电连接件100因交变力诱发的横向振动的频率参数。
另外，基于电连接件100在流体流道中发生横向振动的诱发机理可以知道，横向振动是流体在电连接件100的两个侧面112、113上发生卡门涡街效应引起的。当流体从电连接件100流过时，电连接件100的两个侧面112、113上会有序地发生涡旋交替脱落的现象，诱发电连接件100发生横向振动。对于电连接件100而言，可以通过在电连接件100的表面设置螺旋凸起的方式减小电连接件100的横向振动。如图9所示，在电连接件100上缠绕具有一定螺距的螺旋线220，可以破坏发生在电连接件100的两个侧面112、113上的涡旋交替脱落的有序性，使得电连接件100的两个侧面112、113上的涡旋可以同时脱落或者无规律的交替脱落，从而抑制电连接件100的横向振动。螺旋线220的螺距可以根据电连接件100的横向振动的频率进行调整。优选地，根据电连接件100的最大横向振动振幅对螺旋线220的螺距进行优化设计。另外，螺旋线220可以由金属材料制成，但不能形成闭合回路。优选地，螺旋线220可以由非导电材料，例如非金属材料制成。可替换地，螺旋凸起还可以一体地形成在电连接件100的表面上。例如，在对电连接件100的表面涂覆涂层，例如防腐层时，通过浸渍工艺在电连接件100的表面一体地形成螺旋凸起。优选地，螺旋凸起应当避开电连接件100的表面上设置取压孔141、151和211中至少一个取压孔所在的区域，以免影响取压孔周围的流场环境，造成测量误差。
图10显示了根据本发明的另一实施例的电连接件400的示意图。电连接件400包括主体部410和连接部420、430，主体部410为环形，连接部420、430的一端与环形主体部410相连，另一端与电热管200相连。除此以外，电连接件400与图1所示电连接件100的结构相同，在此不再赘述。
图11至图14显示了本发明的流体状态测试装置。本发明的流体状态测试装置可以对电连接件100采集到的压力、温度等信号进行处理，进而得到流体状态。为清楚显示的目的，图11至图14分别对处理电连接件100所采集的压力、温度信号的处理装置等进行了显示。
如图11所示，流体状态测试装置包括电连接件100和第一压力测量部180。第一压力测量部180与电连接件100的总压输出接口143和静压输出接口153相连，用于测量从总压输出接口143和静压输出接口153获取的压力值。在本实施例中，第一压力测量部180为膜片式压差传感器，膜片式压差传感器包括由膜片隔开的两个腔室，两个腔室分别通过压力传递通道与总压输出接口143和静压输出接口153连通。该膜片式压差传感器可以输出总压与静压的压差，即动压。可替换地，第一压力测量部180可以包括两个压力传感器，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器与总压输出接口143相连，第二压力传感器与静压输出接口153相连，从而分别测量流体的总压和静压。进一步地，流体状态测试装置还包括流速运算部(图中未显示)，流速运算部可以根据压差传感器输出的压差或者根据动压和静压计算流经电连接件100的流体的流速。进一步地，流体状态测试装置还能够根据流速计算流经电连接件100的流体的流量。这些流体状态的测量有助于获得电连接件100发生纵向振动的信息，进而能够对流体状态进行调整或者对电连接件100的结构进行设计，从而调节和改善电连接件100的纵向振动。
如图12所示，除了第一压力测量部180之外，流体状态测试装置还可以包括第二压力测量部210。第二压力测量部210与电连接件100的总压输出接口143和背压输出接口213相连，用于测量总压输出接口143与背压输出接口213之间的压差值。第二压力测量部210的压力测量结构与总压采集部140和静压采集部150通过第一压力测量部180进行压力测量的结构类似。在图12中，第二压力测量部为膜片式压差传感器，膜片式压差传感器包括由膜片隔开的两个腔室，两个腔室分别通过压力传递通道与总压输出接口143和背压输出接口213连通。该膜片式压差传感器可以输出总压与背压的压差。可替换地，第二压力测量部230可以包括两个压力传感器，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器与总压输出接口143相连，第二压力传感器与背压输出接口213相连，从而分别测量流体的总压和背压。进一步地，流体状态测试装置还包括阻力系数运算部240，阻力系数运算部240的乘法器241根据第一压力测量部180获得的动压(总压与静压之差)与迎流面的投影面积的乘积计算动压力，乘法器242根据第二压力测量部230获得的压差(总压与背压之差)与迎流面的投影面积的乘积计算电连接件100的阻力，最后除法器243计算得出电连接件100在流体流道中的阻力系数Cd，即阻力/动压力，进而得到电连接件100的具体的厚度和宽度尺寸，实现对电连接件100的特征尺度的优化设计。
如图13所示，流体状态测试装置还可以包括频率运算部190，频率运算部190与第一感温元件181和第二感温元件182相连，用于测量电连接件的横向振动频率。频率运算部190接收第一感温元件181和第二感温元件182的表征温度的信号，计算流体沿与该流体的流动方向垂直的方向作用在电连接件100上的交变力的频率，即电连接件100的横向振动频率。第一感温元件181和第二感温元件182的表征温度的信号通过各自的传感器引线(图中未显示)引导至频率运算部190。为了避免传感器引线对流经第一侧面112和第二侧面113上的流体产生阻碍，影响测量精度，可以将两个感温元件的传感器引线穿设在预先形成于电连接件100内部的引线通道内。可替换地，传感器引线布设在形成于主体部110表面上的狭槽中，传感器引线不超过第一侧面112和第二侧面113的表面，优选地，传感器引线的外周顶部与第一侧面112和第二侧面113的表面平齐，这样就不会对电连接件侧面的流体边界层造成影响。传感器引线可以从第一连接部120和第二连接部130之一或两者的连接面或端面引出。优选地，第一感温元件181和第二感温元件182的传感器引线从同一连接部，即第一连接部120或第二连接部130上引出。优选地，频率运算部190设置在流道外部，传感器引线穿过流道壁连接至频率运算部190，从而给频率运算部190提供表征温度的信号。同样地，第一压力测量部180和第二压力测量部210以及其他信号处理装置也可以设置在流道壁的外部，通过相应的引线与电连接件100上的总压采集部140、静压采集部150以及背压采集部210相连。
图14进一步显示了本发明的一个实施例的频率运算部190的电路结构。频率运算部190包括第一电桥电阻191、第二电桥电阻192、恒流源193、电源194、放大器195、滤波器196、触发器197和变换器198。第一感温元件181、第一电桥电阻191、第二电桥电阻192和第二感温元件182依次电气连接成电桥回路，第一感温元件181和第二感温元件182之间的节点以及第一电桥电阻191和第二电桥电阻192之间的节点分别连接至恒流源193的两极，其中，恒流源193与电源194相连，用于使电源194通过恒流源193提供给电桥回路的电流保持恒定。第一感温元件181和第一电桥电阻191之间的节点以及第二感温元件182和第二电桥电阻192之间的节点通过导线与放大器195相连，用于向放大器195输出电压信号。第一感温元件181和第二感温元件182的结构相同。第一电桥电阻191和第二电桥电阻192可以具有相同的阻值，采用平衡电桥进行测量，使得初始输出的电压信号为零。可替换地，第一电桥电阻191和第二电桥电阻192可以具有不同的阻值，采用不平衡电桥进行测量，即初始输出的电压信号不为零。第一感温元件181和第二感温元件182中通以恒定电流。当电连接件100的第一侧面112和第二侧面113上未发生卡门涡街并诱发与流体流向垂直的横向振动时，第一感温元件181和第二感温元件182的温度相同，使得其在电桥回路中对应的电阻值相等，放大器195的输入电压为零。当电连接件100的第一侧面112和第二侧面113上发生卡门涡街并诱发与流体流向垂直的横向振动时，由于漩涡向下游脱落导致第一侧面112和第二侧面113上的第一感温元件181和第二感温元件182感应到的温度不一致，这种温度上的差异导致电桥回路向放大器195输出电压。该电压经过滤波器196、触发器197处理输出表征作用在电连接件100的侧面上的交变力频率的脉冲信号，其中，脉冲信号输出的频率代表了电连接件100发生横向振动的频率。触发器197还可以与变换器198相连，将脉冲信号经过变换器198处理输出模拟信号，其中，模拟信号表示了流体在第一侧面112和第二侧面113上发生对流换热的强度变化。优选地，第一感温元件181和第二感温元件182应当选用时间常数小的元件，以便对旋涡脱落频率进行感应。优选地，感温元件为热敏电阻，其对温度敏感，能够在不同的温度下表现出不同的电阻值。可替换地，感温元件也可以是热电阻、热电偶、光纤温度传感器等。在其他实施例中，频率运算部190可以是能够测量频率的任何装置，例如示波器。
图15至图18显示了安装有电连接件100的流体换热系统，其中，带电元件为能够产生热量的电热元件，在本实施例中为电热管200。如图15所示，流体换热系统包括圆环形流体流道300、布置在流道中的多个电热管200以及用于电气连接多个电热管200的多个电连接件100。在流体流道300中流动的流体可以是液体或气体。
图16显示了电热管200的结构。电热管200包括金属外管201、布置在金属外管201中的电阻丝202、填充在金属外管201内部的填料203，填料通常选用绝缘性能和导热性能良好的结晶氧化镁粉。为了增强金属外管201的散热作用，在金属外管201的外周环绕有螺旋翅片206。电热管200呈W形状，金属外管201的两个端部外周设有螺纹，该端部穿过设置于流道内壁上的固定端301的连接孔，通过螺母紧固在固定端301上，使得电热管201沿与流体流动方向平行的方向固定在流道内壁上。两个电极204分别设置在金属外管201的两个端部，电极204的外周设有螺纹，用于与电连接件100连接。
图15显示了电连接件100与电热管200的电极204的连接方式。电极204穿过设置于电连接件100的第一连接部120上的连接孔121或第二连接部130上的连接孔131，通过螺母紧固在电连接件100上。在电热管200的电极204和金属外管201的端部之间还设置有绝缘瓷头205，用于实现电连接件100与金属外管201之间的电气隔离。
图17显示了布置在流道300中的电热管200与电连接件100的平面展开。图中g表示重力向下，与纵向穿越电热管200的流体流向一致，电热源电极及其电连接件处于电热管螺旋翅片的上游。如图所示，以六个电热管200为例，六个电热管200沿圆周方向均匀布置在流体流道300中。在流体换热系统中，可以对作为电能负载的六个电热管200进行分相供电，例如分为A相(即U相)、B相(即V相)、C相(即W相)。如图所示，A相与中线N之间电气接入两个电热管200，分别接在电源相线A1与中线N和电源相线A2与中线N之间。B相与中线N之间电气接入两个电热管200，分别接在电源相线B1与中线N和电源相线B2与N之间。C相与中线N之间电气接入两个电热管200，分别接在电源相线C1与中线N和电源相线C2与中线N之间。可替换地，A相、B相、C相与中线N之间可以电气接入其他数量的电热管。另外，除了三相供电之外，还可以采取其它分相供电方式。电热管200的电极均朝上布置，使得电连接件100相对于电热管200位于沿流体流动方向的上游。可替换地，如图18所示，电热管200的电极均朝下布置，使得电连接件100相对于电热管200位于沿流体流动方向的下游。电连接件宽度大于电连接件厚度，电连接件处于电热管螺旋翅片的下游背风面。以图17中的U相负载为例，两个电热管200采用并联方式，即两个电热管200的相线之间、中线之间采用电连接件100分别连接。相邻两个电连接件100彼此隔开。可替换地，同一相负载中的电热管200还可以利用电连接件100进行串联或者串并联。
利用本发明的电连接件100和流体状态测试装置可以实现对流体流动状态的采集、测量和监控，从而可以对流体状态进行调节。一方面，通过设置在电连接件100上的总压采集部140和静压采集部150可以收集流经电连接件100的某一测量位置的流体的压力，基于流体作用在电连接件100上的动压，即总压与静压之差，可以获取该测量位置处的流体流速。在流体换热系统中，流体流速是影响电热管100与流体的换热效率的一个重要因素。流速过快一方面会造成对电连接件100的冲击，引起电连接件100沿流体流动方向的振动，引起电热管电极的疲劳破坏，另一方面对提高压力损失，均会直接降低换热效果。另一方面，通过设置在电连接件100上的背压采集部210可以获得电连接件100对流体的阻力系数，并以此为基础对具有矩形截面的电连接件的特征尺寸进行优化设计，实现减小阻力、降低纵向振动的效果。
根据本发明的电连接件100和流体状态测试装置可以对流体流速进行测量和监控，将流体流速控制在有利于换热效率和确保电极不受损坏的范围内。例如，电连接件100的横向振动是引起连接在其上的电热管的电极发生疲劳破坏的主要原因，本发明实施例的电连接件100通过设置在其两个侧面上的感温元件可以测量电连接件100发生横向振动的频率，从而可以通过控制流体的流动状态调节电连接件100的横向振动频率，将频率控制在不会对电热管电极产生不利影响的范围之内。另外，由于这种振动频率的获得可以对电极绝缘瓷头以及引出电极与外壳之间的绝缘固定方式提供有价值的疲劳试验依据，可以利用本发明实施例的电连接件100进行试验方法，通过模拟电热管所处的真实环境，借助调速装置改变流体输运速率，获得不同宽度、厚度或其他非圆结构的特定尺度的电连接件在不同流速下发生卡门涡街引发流体流向垂直的横向振动的频率，获得流体流动诱发振动的规律。基于该试验方法对流体流动状态、电连接件的结构等进行预先设计，避免电连接件高频振动对流场的破坏作用。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。