專利名稱：三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于氣液兩相流的空隙率計(jì)，尤其是涉及三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)。
目前測量空隙率較為新穎的旋轉(zhuǎn)電場法，其原理是基于氣液兩相流體具有不同的導(dǎo)電率，混合相的電導(dǎo)率隨氣液兩相的比例，即空隙率的變化而改變。當(dāng)氣液兩相流流經(jīng)管道時(shí)，在管壁外的三對(duì)條形電極的三相正弦波信號(hào)激勵(lì)下，測出其兩相流體的電導(dǎo)值，就可間接測出空隙率值。這種方法的主要缺點(diǎn)是對(duì)三相正弦波信號(hào)激勵(lì)源要求甚嚴(yán)，另外各極板上一直有電壓存在，給相鄰極板帶來電場干擾，使測量引入很大誤差，且當(dāng)液相導(dǎo)電率變化時(shí)，不能自動(dòng)補(bǔ)償參數(shù)也將給測量帶來誤差，其條形傳感器制造工藝復(fù)雜，成本較高。
本實(shí)用新型的目的是提供一種在線測量的三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)。
以下結(jié)合附圖加以說明。


圖1是三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)的結(jié)構(gòu)連接圖；圖2a是傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，b是傳感器A－A剖面圖；圖3是三相測量電橋和電導(dǎo)測量中的一路電路圖；圖4是三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源的電路圖；圖5是信號(hào)處理電路圖。
圖1示出了空隙率計(jì)的結(jié)構(gòu)連接圖。它包括傳感器、脈沖電源部分和空隙率轉(zhuǎn)換部分。圖中測量傳感器1，它有A、B和C三對(duì)電極，參比傳感器2，它有A′、B′和C′三對(duì)電極。將測量傳感器1和參比傳感器2各對(duì)應(yīng)電極相互串聯(lián)連接，其接點(diǎn)分別接入三路電導(dǎo)測量電路4A、4B和4C；1和2串聯(lián)后的兩端分別接入三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源3中的EA－EA′、EB－EB′和EC－EC′，且這兩端再與三對(duì)兩個(gè)相串聯(lián)的高阻精密電阻GOA，GOB和GOC并聯(lián)。兩個(gè)高阻精密電阻的串聯(lián)連接點(diǎn)GOA接4A，GOB接4B，GOC接4C。4A、4B和4C的輸出，分別對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)處理電路5，其輸出送至下一級(jí)顯示電路6。圖中測量和參比傳感器與GOA，GOB，GOC電阻構(gòu)成三對(duì)電導(dǎo)測量電橋。電橋的兩端接脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源，另外兩端將電橋的輸出信號(hào)接至電導(dǎo)測量電路4，由于它的輸入阻抗極高，故能很好地與電導(dǎo)電橋進(jìn)行阻抗匹配。信號(hào)處理電路的目的在于使前級(jí)輸入的正負(fù)交替的信號(hào)進(jìn)行取正，以便能進(jìn)行求和運(yùn)算，并送至顯示電路。
圖2示出了傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖中D為有機(jī)玻璃管道，E為塑料標(biāo)準(zhǔn)連接法蘭。管道與法蘭的連接采用熱塑焊接。F為不銹鋼電極，外部加工成M8螺紋。在有機(jī)玻璃管外部園周上等分成六等份，與不銹鋼電極的M8螺紋相連接。電極F的M3螺孔為電板輸出引線的固定孔。
圖3示出了三相測量電橋和電導(dǎo)測量中的一路電路。圖中測量傳感器1和參比傳感器2串聯(lián)連接，再與兩個(gè)串聯(lián)的高阻的精密電阻G0相并聯(lián)，其連接處接至三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源。測量和參比傳感器的串聯(lián)接點(diǎn)接G2電阻，G2電阻另一端接運(yùn)放U2的同相端，U2的反相端與輸出端相連再接G6電阻，G6的另一端接運(yùn)放U4的同相端。兩個(gè)G0串聯(lián)的連接點(diǎn)接電阻G1，G1另一端接運(yùn)放U1的同相端，U1的反相端與輸出端相連，再與電阻G3相連。G3另一端接運(yùn)放U3的同相端，U3的反相端分別接電阻G4，G5，G4另一端接地，G5另一端接U3的輸出端，再與電阻G7相連，G7另一端分別接U4反相端和電阻G8，G8另一端接U4的輸出，U4的輸出再與信號(hào)處理電路的輸入端相連。
圖中測量電橋由測量傳感器1，參比傳感器2以為高阻精密電阻G0構(gòu)成。其中參比傳感器的結(jié)構(gòu)，材料與測量傳感器相同。它的設(shè)置能有效地克服因介質(zhì)變化所引起的測量誤差，使參比橋臂的分布電容、電感等參數(shù)完全與測量橋臂一致，免去復(fù)雜的補(bǔ)償調(diào)節(jié)。
電導(dǎo)測量電路中的高阻輸入電路可由單片四運(yùn)放LM324構(gòu)成。電路中的G0為100K精密電阻。G1～G8全部采用金屬膜10KΩ電阻。
圖4示出了三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源的電路。圖中時(shí)基電路U7的4.8兩腳接正5V電源，7腳接R1和R2電阻，R1另一端接正5V，R2另一端接6腳和2腳再與電容C1相連，C1另一端接地。1腳接地，5腳接電容C2，C2另一端接地。U7的3腳輸出至D觸發(fā)器U8的11腳和3腳。U8的12腳與5腳連接后再接D觸發(fā)器U10的3腳和多路開關(guān)U6的10腳。U8的8腳與與非門U9的1腳相連。U9的2腳與U8的6腳相連。U9的3腳與5腳和6腳相連。U9的4腳與U8的2腳相連。U8的7腳與U6的9腳相連。U10的2腳與6腳相連。U10的5腳連接電阻R3。R3的另一端接運(yùn)放U5的同相端3腳，并再與電阻R6相連。R6的另一端接U5的輸出端6腳，并與電阻R7相連。R7另一端接U6的13腳，并與穩(wěn)壓管DW1相連，DW1另一端與其反向的穩(wěn)壓管DW2串聯(lián)，DW2另一端接地。U5的2端接電阻R5，R5另一端接電阻R4，并再與二極管D1的負(fù)端相連。D1正端與D2的負(fù)端相連，D2的正端與D3的負(fù)端相連，D3的正端接地。R4的另一端接正5V電源。U6的16腳接正6.2V；U6的7腳接負(fù)6.2V；U6的6腳、11腳、1腳、8腳和3腳接地。U6的12腳輸出EA，14腳輸出EB，15腳為輸出EC；4腳為EA′輸出，2腳為EB′輸出，5腳為EC′輸出。
圖中U7為時(shí)基電路NE555，U8和U10為D觸發(fā)器74LS74，U9為與非門CD4011，U5為運(yùn)放LM725，U6為多路電子開關(guān)CD4052。電阻R1為4.7K，R2為可調(diào)電阻，R3，R4和R5均為2.4K，R6為18K，R7為1K。電容C1為0.1μ，C2為0.01μ。二極管D1、D2和D3為IN4001。穩(wěn)壓管DW1和DW2的穩(wěn)壓值為4.3伏。
圖4所示的脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源，由U7時(shí)基電路NE555構(gòu)成振蕩輸出頻率為900Hz，占空比為1／3的矩形波，經(jīng)D觸發(fā)器U8和與非門U9構(gòu)成分頻和移相電路，其輸出頻率為300Hz。D觸發(fā)器U10和運(yùn)放U5構(gòu)成輸出頻率為150Hz，正負(fù)5V的方波位號(hào)。經(jīng)多路電子開關(guān)U6的調(diào)制后就形成了三相正負(fù)交替的脈沖輸出。三相輸出EA，EA′與EB，EB′相位差60°；EB，EB′與EC，EC′相位差60°。這低頻三相輸出就構(gòu)成了三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源。它在任何瞬間，只在一對(duì)極上施加電壓，其余極板處于高阻懸浮狀態(tài)，避免了相互極板間的干擾；正負(fù)交替脈沖有效地克服了水的極化現(xiàn)象，減小了測量誤差。提高了測量精度。
圖5示出了信號(hào)處理電路。電阻R8與圖3中的運(yùn)放U4的輸出端相連，并與電阻R9相連，R9的另一端分別連接電阻R12，電阻R13和運(yùn)放U11的6腳。R13的另一端與U11的7腳和12腳相連。U11的5腳接電阻R14，R14的另一端接地。R12的另一端與電阻R10和二極管D5的負(fù)端相連。R10的另一端與D4的正端，U11的2腳以及R8′的另一端相連。D5的正端與D4的負(fù)端和U11的1腳相連。U11的3腳接電阻R11，R11另一端接地。U11的13腳與14腳相連后接電位器W1的定片，W1的另一端定片接地。W1的動(dòng)片接R15。由于有三路信號(hào)，與前所述的三路同樣信號(hào)分別接入R15、R16和R17。R15、R16、R17的另一端相互連接后，接電阻R21和運(yùn)放U12的6腳。R21的另一端接U12的7腳和電阻R22，R22的另一端接可變電阻W3的一端和U12的2腳。W3的另一端接U12的1腳并輸出至下一級(jí)的顯示電路。U12的3腳接電阻R23，R23另一端接地。U12的5腳接電阻R18，R18的另一端接電位器W2的動(dòng)片，W2的兩定片分別接電阻R19和電阻R20，R19的另一端接正15V電源，R20的另一端接負(fù)15V的電源。
圖5中的U11，U12可由運(yùn)放LM348構(gòu)成。電阻R8，R9和R10為20KΩ，電阻R11，R12和R14為10K，電阻R13為20K。電阻R15、R16、R17、R21和R22的阻值為24K，R18的阻值為6.2K。電阻R19、R20為10K。電阻R23的阻值為12K。電位器W1的阻值為33K；電位器W3的阻值為47K；電位器W3為1K的精密多圈線繞電位器。
圖5信號(hào)處理電路的作用是將各電導(dǎo)測量電路所輸入的正負(fù)交替的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電平，以提供3 1/2 位數(shù)字電壓表顯示數(shù)據(jù)。
由U11所構(gòu)成的精密絕對(duì)值電路將測量電路送入的信號(hào)取正。由于電導(dǎo)測量是由三對(duì)電極交替工作的，因此須有三路同樣的電導(dǎo)測量橋路和取正電路，它們各自的輸出幅值由W1進(jìn)行調(diào)整。
為能獲得管道空間范圍內(nèi)的平均空隙率，三對(duì)電極間的電導(dǎo)信號(hào)必須作一次平均值處理。實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的電路由圖5中的U12構(gòu)成，它是一個(gè)由運(yùn)算放大器所構(gòu)成的加法電路。電位器W2的設(shè)置是為了調(diào)整整個(gè)儀表的零點(diǎn)。調(diào)整時(shí)，在參比和測量管路中都充滿液體，調(diào)節(jié)W2，使儀表輸出指示置零。U的作用有兩個(gè)一方面將U的輸出信號(hào)倒相。使輸出信號(hào)為正；另一方面它可調(diào)節(jié)整機(jī)的靈敏度，通過調(diào)節(jié)W3來調(diào)整儀表的滿度輸出。
另外運(yùn)放U12將三相信號(hào)疊加后，為消除各相疊加中的高頻干擾，以及線路傳輸過程中的干擾信號(hào)等，須接高低通濾波器，以消除影響。由于電極間電導(dǎo)的相對(duì)變化量與空隙率之間的關(guān)系呈非線性，因此U12所輸出的信號(hào)須進(jìn)行一定的非線性修正，它可由折線電路近似修正或由微機(jī)進(jìn)行軟件修正以提高測量精度。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、安裝方便，顯示直觀清晰且制造容易，造價(jià)低廉適合于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)，它包括傳感器、脈沖電源部分和空隙率轉(zhuǎn)換部分，空隙率傳換部分有三路電導(dǎo)測量電路[4A]、[4B]和[4C]，其輸出分別對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)處理電路[5]，接著送至顯示電路[6]，其特征在于所說的傳感器及脈沖電源部分，其電路為測量傳感器[1]，它有A，B和C三對(duì)電極，參比傳感器[2]，它有A′、B′和C′三對(duì)電極；將測量傳感器[1]和參比傳感器[2]各對(duì)應(yīng)電極相互串聯(lián)連接，其接點(diǎn)分別接入三路電導(dǎo)測量電路[4A]、[4B]和[4C]；[1]和[2]串聯(lián)后的兩端分別接入三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源[3]中的EA-E′A、EB-E′B和EC-E′C，且這兩端再與三對(duì)兩個(gè)相串聯(lián)的高阻精密電阻GOA，GOB和GOC并聯(lián)；兩個(gè)高阻精密電阻的串聯(lián)連接點(diǎn)GOA接至[14A]、GOB接至[4B]、GOC接至[4C]；所說的三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源的電路為時(shí)基電路U7的4.8兩腳接正5V電源，7腳接R1和R2電阻，R1另一端接正5V，R2另一端接6腳和2腳再與電容C1相連，C1另一端接地，1腳接地，5腳接電容C2、C2另一端接地，U7的3腳輸出至D觸發(fā)器U8的11腳和3腳，U8的12腳與5腳連接后再接D觸發(fā)器U10的3腳和多路開關(guān)U6的10腳，U8的8腳與與非門U9的1腳相連，U9的2腳與U8的6腳相連，U9的3腳與5腳和6腳相連，U9的4腳與U8的2腳相連，U8的7腳與U6的9腳相連，U10的2腳與6腳相連，U10的5腳連接電阻R3，R3的另一端接運(yùn)放U5的同相端3腳，并再與電阻R6相連，R6的另一端接U5的輸出端6腳，并與電阻R7相連，R7另一端接U6的13腳，并與穩(wěn)壓管DW1相連，DW1另一端與其反向的穩(wěn)壓管DW2串聯(lián)，DW2另一端接地，U5的2端接電阻R5，R5另一端接電阻R4，并再與二極管D1的負(fù)端相連，D1正端與D2的負(fù)端相連，D2的正端與D3的負(fù)端相連，D3的正端接地，R4的另一端接正5V電源，U6的16腳接正6.2V，U6的7腳接負(fù)6.2V，U6的6腳、11腳、1腳、8腳和3腳接地，U6的12腳輸出EA，14腳輸出EB，15腳為輸出EC，4腳為E′A輸出，2腳為E′B輸出，5腳為E′C輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)，其特征在于所說的傳感器的結(jié)構(gòu)為在有機(jī)玻璃管道〔D〕兩端熱塑焊接有塑料標(biāo)準(zhǔn)連接法蘭〔E〕，并在管道外部園周上六等分地開有螺孔，其上旋有不銹鋼電極〔F〕，在電極上開有電極輸出引線的固定孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三相脈沖電導(dǎo)式空隙率計(jì)，它包括測量傳感器和參比傳感器，它們分別有三對(duì)電極，將兩傳感器各對(duì)應(yīng)電極相互串聯(lián)連接，其接點(diǎn)分別接入三路電導(dǎo)測量電路。兩傳感器串聯(lián)后的兩端分別接入三相脈沖電導(dǎo)激勵(lì)源，且這兩端再與三對(duì)兩個(gè)相串聯(lián)的高阻精密電阻并聯(lián)。兩個(gè)高阻精密電阻串聯(lián)連接點(diǎn)分別與三路電導(dǎo)測量電路相接，其輸出、分別對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)處理電路，再送至顯示電路。本實(shí)用新型操作簡單、安裝方便、顯示直觀清晰、適于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N27/06GK2089174SQ91204878
公開日1991年11月20日 申請(qǐng)日期1991年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月26日
發(fā)明者胡赤鷹, 周澤魁, 陳虹, 李海青 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)