專利名稱：判別介質(zhì)中泡沫界面的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
判別介質(zhì)中泡沫界面的方法及其系統(tǒng)，屬于物態(tài)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泡沫是氣-液聯(lián)合構(gòu)造的特殊形態(tài)，是一種具有重要研究?jī)r(jià)值的邊界形態(tài)，普遍存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。目前，適合長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)泡沫界面的方法主要有(1)射線法基于核輻射通過(guò)物質(zhì)時(shí)被衰減的原理。由于使用了輻射源，存在操作人員的防護(hù)和設(shè)備的感生輻射問(wèn)題；對(duì)于密度較小的介質(zhì)，測(cè)量靈敏度低。(2)導(dǎo)電法用兩個(gè)電極的導(dǎo)通與否判別有無(wú)泡沫或液相介質(zhì)，但不能區(qū)分這兩者。由于該方法要在介質(zhì)內(nèi)部傳導(dǎo)電流，因而不能用于易燃易爆介質(zhì)。
J.SICE Vol.33 No.8 Aug 1994刊登了一篇作者為荒克之、片桐政樹、諾山直昭、小笠原俊彥，名為“加熱型差動(dòng)熱電對(duì)式液面計(jì)”的論文，提出了一種內(nèi)置加熱元件的鎧裝熱電偶構(gòu)成的傳感器，它可用于測(cè)量不含泡沫的汽、液兩相界面，但不能用于判別介質(zhì)中的泡沫界面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)用而可靠的判別介質(zhì)中泡沫界面的方法及其系統(tǒng)。
本發(fā)明的方法基于傳熱原理，即由于相同溫度和壓力下同一介質(zhì)的氣相、泡沫相和液相的傳熱能力是不同的，因此一個(gè)使用恒定功率加熱的發(fā)熱體分別置于氣相、泡沫相和液相時(shí)，發(fā)熱體本身溫度與環(huán)境介質(zhì)溫度之差值(定義為特征溫度)是不同的，氣相中較大，液相中較小，泡沫相中最小。而且，在氣、液兩相介質(zhì)中，由液相到氣相連續(xù)測(cè)量的特征溫度是單調(diào)上升；但在出現(xiàn)泡沫相的三相介質(zhì)中，連續(xù)測(cè)量的特征溫度不再是單調(diào)上升，而是在泡沫介質(zhì)位置下降；傳感器從液相或氣相進(jìn)入泡沫相時(shí)，特征溫度曲線的一階導(dǎo)數(shù)均為負(fù)值，并且二階導(dǎo)數(shù)為正值(圖1)，因此判別泡沫相界面的問(wèn)題可以用數(shù)學(xué)形式表達(dá)為dTSdt<0,]]>d2TSdt2>0]]>(TS-特征溫度，t-采樣時(shí)間間隔)本發(fā)明所述的判別介質(zhì)中泡沫界面的方法，其特征在于，它是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)把一個(gè)帶有加熱器的差分溫度測(cè)量傳感器放入所測(cè)的介質(zhì)中，使用加熱元件功率調(diào)節(jié)器把傳感器內(nèi)的加熱器調(diào)節(jié)到合適的恒定溫度后，連續(xù)測(cè)量固定釋熱量下的加熱器溫度與環(huán)境介質(zhì)溫度；
(2)由差分溫度測(cè)量傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)采集電路輸入計(jì)算機(jī)；(3)計(jì)算機(jī)計(jì)算介質(zhì)的特征溫度，它等于加熱器溫度與環(huán)境介質(zhì)溫度之差值，作出特征溫度曲線，當(dāng)其滿足dTS/dt＜0，d2TS/dt＞0條件時(shí)，傳感器所處介質(zhì)為泡沫相，由此即可判別介質(zhì)的泡沫界面。
本發(fā)明所述的判別介質(zhì)中泡沫界面的系統(tǒng)，其特征在于，它含有(1)帶有加熱器的差分溫度測(cè)量傳感器，被置于待測(cè)的介質(zhì)中；(2)加熱元件功率調(diào)節(jié)器，其輸出端與上述差分溫度測(cè)量傳感器中加熱器的加熱信號(hào)輸入端相連；(3)信號(hào)調(diào)理電路，它的輸入端與上述差分溫度測(cè)量傳感器的溫度信號(hào)輸出端相連；(4)信號(hào)采集電路，內(nèi)含16位高速A/D處理器，它的信號(hào)輸入端與上述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端相連；(5)計(jì)算機(jī)，它的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與上述信號(hào)采集電路的輸出端相連。
使用本發(fā)明所提出的方法和系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，判別加熱洗滌劑溶液的泡沫界面。傳感器處于泡沫位置時(shí)，測(cè)得的環(huán)境溫度為100℃，加熱器的溫度為112℃，兩者的差值(特征溫度)為12℃；而傳感器處于液體位置時(shí)，測(cè)得的環(huán)境溫度為100℃，加熱器的溫度為115℃，兩者的差值(特征溫度)為15℃，這兩個(gè)特征溫度的差值大于溫度傳感器測(cè)量誤差的限制，可以有效地判斷特征溫度曲線的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)，由此判別介質(zhì)的泡沫界面。它具有造價(jià)低廉、安裝簡(jiǎn)單、可免維護(hù)地長(zhǎng)期運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。


圖1，液相、泡沫相和氣相介質(zhì)中特征溫度變化曲線。
圖2，判別介質(zhì)中泡沫界面的測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
圖3，本發(fā)明所述判別介質(zhì)中泡沫界面方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)見(jiàn)圖2，1是帶有加熱裝置的差分溫度測(cè)量傳感器，見(jiàn)2002年11月13日授權(quán)、專利號(hào)為ZL 02203236.3的專利“判斷泡沫介質(zhì)狀態(tài)用的量熱式傳感器”，2是加熱元件功率調(diào)節(jié)器，3是信號(hào)調(diào)理電路，4是信號(hào)采集電路，5是計(jì)算機(jī)。
由差分溫度測(cè)量傳感器連續(xù)測(cè)量介質(zhì)的特征溫度信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路變?yōu)?-20mA電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集電路變?yōu)閿?shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和邏輯分析，根據(jù)特征溫度曲線一階導(dǎo)數(shù)及二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)判別介質(zhì)中泡沫界面位置。
圖3是本發(fā)明所述方法的流程圖。
對(duì)于不同的介質(zhì)，使用加熱元件功率調(diào)節(jié)器將傳感器內(nèi)的加熱器調(diào)節(jié)到合適的恒定溫度。
權(quán)利要求
1.判別介質(zhì)中泡沫界面的方法，其特征在于，它是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)把一個(gè)帶有加熱器的差分溫度測(cè)量傳感器放入所測(cè)的介質(zhì)中，使用加熱元件功率調(diào)節(jié)器把傳感器內(nèi)的加熱器調(diào)節(jié)到合適的恒定溫度后，連續(xù)測(cè)量固定釋熱量下的加熱器溫度與環(huán)境介質(zhì)溫度；(2)由差分溫度測(cè)量傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)采集電路輸入計(jì)算機(jī)；(3)計(jì)算機(jī)計(jì)算介質(zhì)的特征溫度，它等于加熱器溫度與環(huán)境介質(zhì)溫度之差值，作出特征溫度曲線，當(dāng)其滿足dTs/dt＜0，d2Ts/dt＞0條件時(shí)，其中Ts是特征溫度，t是時(shí)間，傳感器所處介質(zhì)為泡沫相。
2.判別介質(zhì)中泡沫界面的系統(tǒng)，其特征在于，它含有(1)帶有加熱器的差分溫度測(cè)量傳感器，被置于待測(cè)的介質(zhì)中；(2)加熱元件功率調(diào)節(jié)器，其輸出端與上述差分溫度測(cè)量傳感器中加熱器的加熱信號(hào)輸入端相連；(3)信號(hào)調(diào)理電路，它的輸入端與上述差分溫度測(cè)量傳感器的溫度信號(hào)輸出端相連；(4)信號(hào)采集電路，內(nèi)含16位高速A/D處理器，它的信號(hào)輸入端與上述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端相連；(5)計(jì)算機(jī)，它的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與上述信號(hào)采集電路的輸出端相連。
全文摘要
判別介質(zhì)中泡沫界面的方法及其系統(tǒng)，屬于物態(tài)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于它利用一個(gè)已公開的帶有加熱器的差分溫度傳感器放入待測(cè)的介質(zhì)中，用恒定功率加熱，連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定釋熱量下的加熱器溫度與環(huán)境介質(zhì)溫度之差值，即特征溫度，作出特征溫度曲線，計(jì)算其一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，當(dāng)其滿足dT
文檔編號(hào)G01K3/00GK1563964SQ20041000346
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者仲朔平, 李勝?gòu)?qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)