專利名稱：一種小通道流體流速流量測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流速流量檢測技術(shù)，尤其涉及一種小通道流體流速流量測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
管道中的流體廣泛存在于食品制藥、石油化工、環(huán)境保護等行業(yè)部門的科研和生產(chǎn)過程中，流速與流量是工業(yè)生產(chǎn)中的重要過程參數(shù)。隨著新材料技術(shù)的進步，各種新工藝的應(yīng)用和發(fā)展，工業(yè)器件以及設(shè)備逐步呈現(xiàn)出微型化、小型化的趨勢。雖然在工業(yè)生產(chǎn)過程中，常規(guī)管道的流量測量裝置或儀表的研究與應(yīng)用已較為成熟，但對于毫米級管徑的小通道流量測量技術(shù)還十分匱乏，目前缺乏有效的測量手段。此外，在化工制藥等領(lǐng)域生產(chǎn)過程中，帶有懸浮物、固體顆粒等的導(dǎo)電性流體也較為常見，而現(xiàn)有的流速流量測量儀表主要針對介質(zhì)單一和無雜質(zhì)的均質(zhì)流體，對上述這種非均質(zhì)流體的流速流量測量一直沒有很好的解決辦法。因此，急需開發(fā)一種適用于小通道非均質(zhì)流體流速流量測量的儀表。電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量技術(shù)是一種新型的非接觸式電導(dǎo)測量技術(shù)。其電極不與流體直接接觸，有效地避免了傳統(tǒng)接觸式電導(dǎo)測量方法存在的電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題。然而，目前該技術(shù)的研究與應(yīng)用主要局限于分析化學(xué)等領(lǐng)域中毛細管或以下管徑溶液電導(dǎo)、離子濃度等的測量，在小通道非均質(zhì)流體流速流量測量領(lǐng)域基本上屬于空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定、可靠的小通道流體流速流
量測量裝置及方法。小通道流體流速流量測量裝置包括絕緣管道、第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極、交流激勵源、調(diào)幅解調(diào)電路、數(shù)據(jù)采集模塊、微型計算機；絕緣管道外側(cè)順次設(shè)有第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極，第一電極與交流激勵源相連，第二電極、第三電極、第四電極分別與調(diào)幅解調(diào)電路相連，調(diào)幅解調(diào)電路、數(shù)據(jù)采集模塊、微型計算機順次相連，第五電極接地；由第一電極、第二電極、第三電極、第四電極和第五電極構(gòu)成五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器，第一電極作為激勵電極，第五電極為接地電極，第二電極、第三電極和第四電極為五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器的輸出端，由絕緣管道、第二電極和第三電極構(gòu)成上游電導(dǎo)傳感器，由絕緣管道、第三電極和第四電極構(gòu)成下游電導(dǎo)傳感
ο所述的調(diào)幅解調(diào)電路為第二耦合電容一端、第二電阻一端與第一運算放大器的正向輸入端相連接，第一電阻的一端、第一電容的一端與第一運算放大器的反相輸入端相連接，第二電阻另一端、第一電容另一端、第三電阻的一端相連接，第三電阻的另一端接地， 第三耦合電容一端、第五電阻一端與第二運算放大器的正向輸入端相連接，第四電阻的一端、第二電容的一端與第二運算放大器的反相輸入端相連接，第五電阻另一端、第二電容另一端、第六電阻的一端相連接，第六電阻的另一端接地，第四耦合電容一端、第八電阻一端與第三運算放大器的正向輸入端相連接，第七電阻的一端、第三電容的一端與第三運算放大器的反相輸入端相連接，第八電阻另一端、第三電容另一端、第九電阻的一端相連接，第九電阻的另一端接地，第一運算放大器的輸出端、第一電阻的另一端與第一儀用放大器的正向輸入端相連接，第二運算放大器的輸出端、第四電阻的另一端與第一儀用放大器的反向輸入端、第二儀用放大器的正向輸入端相連接，第三運算放大器的輸出端、第七電阻的另一端與第二儀用放大器的反向輸入端相連接，第一儀用放大器的輸出端與第一乘法器的一個輸入端相連接，第二儀用放大器的輸出端與第二乘法器的一個輸入端相連接，交流激勵源與第一乘法器的另一個輸入端、第二乘法器的另一個輸入端相連接，第一乘法器的輸出端通過第十電阻與第四電容的一端、第十二電阻的一端、第四運算放大器的反向輸入端相連接，第四運算放大器的正向輸入端通過第十六電阻接地，第四運算放大器的輸出端通過第十四電阻與第六電容的一端相連接，第六電容的另一端接地，第二乘法器的輸出端通過第十一電阻與第五電容的一端、第十三電阻的一端、第五運算放大器的反向輸入端相連接， 第五運算放大器的正向輸入端通過第十七電阻接地，第五運算放大器的輸出端通過第十五電阻與第七電容的一端相連接，第七電容的另一端接地。小通道流體流速流量測量方法的步驟如下1)設(shè)置交流激勵源的激勵頻率為f，輸出電壓為Uin，在該激勵信號作用下，五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器形成一個交流通路，等效電路總阻
抗
權(quán)利要求
1.一種小通道流體流速流量測量裝置，其特征在于包括絕緣管道(1)、第一電極O)、 第二電極(3)、第三電極G)、第四電極(5)、第五電極(6)、交流激勵源(7)、調(diào)幅解調(diào)電路 (8)、數(shù)據(jù)采集模塊(9)、微型計算機(10)；絕緣管道(1)外側(cè)順次設(shè)有第一電極O)、第二電極(3)、第三電極0)、第四電極(5)、第五電極(6)，第一電極⑵與交流激勵源(7)相連，第二電極(3)、第三電極G)、第四電極( 分別與調(diào)幅解調(diào)電路(8)相連，調(diào)幅解調(diào)電路⑶、數(shù)據(jù)采集模塊(9)、微型計算機(10)順次相連，第五電極(6)接地；由第一電極(2)、 第二電極(3)、第三電極G)、第四電極( 和第五電極(6)構(gòu)成五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器，第一電極⑵作為激勵電極，第五電極(6)為接地電極，第二電極(3)、第三電極(4)和第四電極(5)為五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器的輸出端，由絕緣管道(1)、第二電極C3)和第三電極(4)構(gòu)成上游電導(dǎo)傳感器，由絕緣管道(1)、第三電極(4)和第四電極( 構(gòu)成下游電導(dǎo)傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小通道流體流速流量測量裝置，其特征在于所述的調(diào)幅解調(diào)電路(8)為第二耦合電容(Cx2) —端、第二電阻(R2) —端與第一運算放大器(A1)的正向輸入端相連接，第一電阻(R1)的一端、第一電容(C1)的一端與第一運算放大器(A1)的反相輸入端相連接，第二電阻(R2)另一端、第一電容(C1)另一端、第三電阻( )的一端相連接，第三電阻( )的另一端接地，第三耦合電容(Cx3) —端、第五電阻(R5) —端與第二運算放大器(A2)的正向輸入端相連接，第四電阻(R4)的一端、第二電容(C2)的一端與第二運算放大器(A2)的反相輸入端相連接，第五電阻(R5)另一端、第二電容(C2)另一端、第六電阻 (R6)的一端相連接，第六電阻Og的另一端接地，第四耦合電容(Cx4) —端、第八電阻(R8) 一端與第三運算放大器(A3)的正向輸入端相連接，第七電阻(R7)的一端、第三電容(C3)的一端與第三運算放大器(A3)的反相輸入端相連接，第八電阻(R8)另一端、第三電容(C3)另一端、第九電阻(R9)的一端相連接，第九電阻(R9)的另一端接地，第一運算放大器(A1)的輸出端、第一電阻(R1)的另一端與第一儀用放大器(Y1)的正向輸入端相連接，第二運算放大器(A2)的輸出端、第四電阻(R4)的另一端與第一儀用放大器(Y1)的反向輸入端、第二儀用放大器α2)的正向輸入端相連接，第三運算放大器(A3)的輸出端、第七電阻(R7)的另一端與第二儀用放大器(Y2)的反向輸入端相連接，第一儀用放大器(Y1)的輸出端與第一乘法器 (M1)的一個輸入端相連接，第二儀用放大器(Y2)的輸出端與第二乘法器(M2)的一個輸入端相連接，交流激勵源(7)與第一乘法器(M1)的另一個輸入端、第二乘法器(M2)的另一個輸入端相連接，第一乘法器(M1)的輸出端通過第十電阻(Rltl)與第四電容(C4)的一端、第十二電阻(R12)的一端、第四運算放大器(A4)的反向輸入端相連接，第四運算放大器(A4)的正向輸入端通過第十六電阻(R16)接地，第四運算放大器(A4)的輸出端通過第十四電阻(R14)與第六電容(C6)的一端相連接，第六電容(C6)的另一端接地，第二乘法器(M2)的輸出端通過第十一電阻(R11)與第五電容(C5)的一端、第十三電阻(R13)的一端、第五運算放大器(A5) 的反向輸入端相連接，第五運算放大器(A5)的正向輸入端通過第十七電阻(R17)接地，第五運算放大器(A5)的輸出端通過第十五電阻(R15)與第七電容(C7)的一端相連接，第七電容 (C7)的另一端接地。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的小通道流體流速流量測量方法，其特征在于它的步驟如下1)設(shè)置交流激勵源⑵的激勵頻率為f，輸出電壓為Uin，在該激勵信號作用下，五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器形成一個交流通路，等效電路總阻抗 第一電位輸出端(V1)的電位值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小通道流體流速流量測量裝置及方法。包括交流激勵源、絕緣管道、五電極非接觸式電導(dǎo)傳感器、調(diào)幅解調(diào)電路、數(shù)據(jù)采集模塊以及微型計算機。五電極非接觸電導(dǎo)傳感器的第一電極作為激勵電極，第五電極為接地電極以構(gòu)成交流通路。在第一電極上施加交流電壓信號，在第二電極、第三電極間和第三電極、第四電極間分別獲得兩組獨立地反映管內(nèi)流體電導(dǎo)信息的電壓信號，經(jīng)調(diào)幅解調(diào)電路和數(shù)據(jù)采集模塊傳送至微型計算機，利用互相關(guān)原理對所獲得的兩組電壓信號進行互相關(guān)運算，獲得被測流體的流速，并進而獲得流體的流量。本發(fā)明的裝置為非接觸式，對管內(nèi)流體流動無影響，壓力損失小，為解決小通道內(nèi)非均質(zhì)流體的流速流量測量提供了有益手段。
文檔編號G01F1/712GK102360025SQ201110263408
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者冀海峰, 李海青, 王保良, 高學(xué)敏, 黃志堯 申請人:浙江大學(xué)