1背景2原理3探针等效图4探针选择和标定5电路原理图6.docVIP

背景 原理 探针等效图 探针选择和标定 电路原理图 电路特性曲线 仿真 实验数据和结果 确定U和 f，每次插入1mm，看输出，算精度。 结论 本文设计并制作了测量持液率的双平行电导探针（驱动电路） The two-parallel electronic conductance probes are designed and developed for measuring the liquid hold up. 1、背景： 液膜厚度的测量是研究界面波及含液率的基础。目前液膜厚度的测量方法主要有电导法、电容法、射线法和高速摄影法。电容法由于测量精度的缘故，目前已基本不采用，射线法和高速摄影法由于对操作者有严格的要求，应用的也不普遍。电导法是目前比较常用的方法。而采用双平行电导探针测量气液两相流的液膜厚度是切实可行的。 研究的内容就是基于双平行电导探针驱动电路的设计与实现。 通过理论分析设计并制作了测量气液两相流持液率的双平行电导探针驱动电路。 2、测量原理 双平行电导探针的测量原理：在流体成分和温度不变的情况下,导电流体的电导率是固定的，两探针之间液膜的电导随液膜高度的变化而变化，并且有确定的关系。通过适当方法测量该位置的电导，并通过对探针标定，就可以得到液膜高度。 对于流体成分和温度固定的导电流体，其电导率是固定的。根据电导定义[A]，其表达式为 式中为电导；为电阻；为电阻率；为导体有效面积；为导体有效长度；为电导率。探针结构示意图见图？，由图？知，导体有效长度为2个电极之间的距离。通电电极在流体中形成电场，电力线主要分布在两极之间，导体有效面积可以用浸入流体中的电极有效面积近似。电极间距离不变，故导体有效面积与流体液膜高度成正比。由于电导率和电极之间的距离均为常数，所以，电极之间的流体电导正比于导体有效面积，因而正比于流体液膜高度。保持通电电极两端的电压不变，根据欧姆定律，流过电极的电流与两极间流体电阻成反比，即与两极间流体电导成正比，因此，电极电流与流体液膜高度成正比。电导探针测量电路的输出信号就反映了流体液膜高度的变化。 [A] 胡宗定,王一平.工程电导测试技术[M].天津:天津大学出版社,1990.1-40. 事实上，直接测量的探针电极两端的电导中除了流体电导外还包括电极的电导和容纳值。图？为电导探针电极等效图。电极与流体中剩余电荷相互作用，会在接触面形成双电层，双电层的建立是带电粒子通过两相界面迁移的结果[B] [B] 胡茂圃.腐蚀电化学[M].北京:冶金出版社,1991.50-54. 由于有双电层容抗的存在，当直流电通过流体时，测量的流体电阻会存在相当大的误差。为了避免上述误差，需要采用交流电作为激励，一般来说,从降低极化作用的观点出发，提高激励的频率是有利的。但频率太高时，较长引线产生的引线电容值将增加很多，造成较大的激励电流由此旁路流过，引起很大的测量误差。根据实验，激励的频率在100 kHz左右比较合适。电导测量对交流激励信号的波形没有太高要求，只要求波形的正半周与负半周对称。 3、探针等效图。 4、探针选择和标定 为了弄清电导探针的输出信号与持液率之间的定量关系，在探针使用前必须对其进行标定。 电导探针测量液膜高度的原理在于液膜电阻与探针输出信号在一定的环境条件下(温度和压力变化不大)存在必然的联系。但目前双平行电导探针的理论还不成熟，因此在使用前必须进行标定，以获得液膜厚度与输出电压的关系。同时由于温度、压力等条件的变化，探针在使用过程中必须消除液体电导率变化所带来的误差。 为解决这一问题，在实验中利用一参考探针来消除液体电导率对液膜测量的影响。此探针两电极用直径0.1mm的铂丝制作，两极间距离为2mm。参考探针安装在实验段的后部,它使用的处理电路与测量液膜厚度的探针使用的信号处理电路完全相同,只是参考探针所测量的液膜厚度是恒定的(4mm)，因此其输出信号的变化就反映了液体电导率的变化。用于液膜厚度测量的探针的输出除以参考探针的输出而变成无量纲量，一旦测量探针标定成其无量纲输出与液膜厚度的定量关系，流体的电导率就与标定曲线没有任何关系，这样也就消除了实验过程中由于液体电导率变化而引起所测液膜厚度的误差。 研究发现，探针之间的距离与探针的直径大小是降低探针衰减影响的重要因素。 电极直径的选择是探针设计能否成功的关键。一方面,电极直径应足够大以使其电阻与液膜电阻相比为最小；另一方面又应当足够小以尽量减小对流动的干扰。下面两个流体效应决定电极直径的选择：第一是电极直径应足够小以使之对电极产生的振动可以忽略；第二是界面效应可以忽略不计。 探针两电极之间的间距也是探针设计的关键,间距越大，探针分辨率越低，但二者之间的干扰较小；相反，间距越小，探针的空间分辨率越高，但此时两电极之间的干扰越大。因此应当根