双探针的电导探头信号质量的研究.pdfVIP

双探针电导探头信号质量的研究1 1 1 2 2 1 2 韩梅 ，伍倩 ，张念 ，王铁峰 ，沙作良 ，王金福 1 天津科技大学海洋学院，天津（300457 ） 2 清华大学化学工程系，北京（100084 ） E-mail: wangtf@ 摘 要：制作了一种双探针电导探头，研究了探针参数、测试电路和采样方法对探针信号质 量的影响，并提出了改进方法。实验结果表明，探针导通距离越小，信号响应越快，当导通 距离小于0.025 mm 时，对信号响应影响不明显。探针电极必须与测试电路的负极相连，否 则会导致探针发生电氧化腐蚀，造成探针损坏。选取小阻值探针，并根据探针在液相中的阻 值大小对外接限流电阻进行优化，可实现采样电路的电阻匹配，从而获得理想的信号响应幅 值。通过对所分析的各影响因素进行控制后，得到了电压幅值变化达3 V、噪音小且响应快 的电导探针气泡信号。 关键词：双探针电导探头；信号响应；信号幅值差；信号噪音；电氧化腐蚀 中图分类号：TQ016.1/.5 文献标识码：A 0 引言 双探针电导探头测试技术可用于测量局部流体力学行为，具有信号易处理和可进行大样 本实时测量的优点。虽然电导探头属于接触式测量，但由于探针体积小，可置于被测设备中 任意位置而对流场干扰较小。与光纤探针相比，电导探针机械强度高，可用于气速和固含率 较高的体系，已作为一种有效的测试手段被广泛应用于气-液两相和气-液- 固三相体系下的气 [1-7] 泡行为参数的研究 。 孙科霞等[8]通过将探针导通距离控制在 0.02 mm 以内，减小了信号响应滞后问题，获得 了响应快的脉冲信号；高正明[9]和杨健等[10]提出在算法处理中应用概率统计方法能得到更可 靠的气泡行为参数；Wu 和 Ishii[11]考虑到气泡侧向运动及探针间距对气泡丢失造成的影响， 引入校正因子改进了双探针电导探头法测量气泡行为。然而，关于双探针电导探头整个测试 方法和影响信号质量因素的研究报道却很少。 本文介绍了一种双探针电导探头的制作方法。以实验测得的数据信号为基础，结合电导 测试理论，从探针制作工艺、测试电路和采样方法三方面，详细地分析了信号质量的影响因 素，并提出了改进信号质量的方法。 1 双探针电导探头 1.1 双探针电导探头的制作方法 双探针电导探头用经过特殊工艺加工过的 SKH-钢针作为电极针，表面镀有镍、金，除 顶端极小一锥状部分裸露外，其余表面均涂有去湿性较好的 Teflon 绝缘漆，总直径为 0.15 mm 。首先将电极针经焊锡插入连有信号线的外径 0.3 mm 的铜管中，保证两者连接牢固、 导通良好，制成电极。再用环氧树脂将电极铜管表面绝缘、固化，并保持平滑。截取一小段 4 号注射针头，套在涂有绝缘漆的电极针外部，用环氧树脂固定后，再插入 6 号注射针头内， 两个不同型号的注射针头彼此导通，但均与电极绝缘。将上述两根电极并行插入管径为 2 mm 的不锈钢支撑管内，调节探针垂直间距H ，并保证两电极在同一水平面内，用环氧树脂将不 锈钢支撑管与注射针头的接口固封，并保证两者的导通。最后取两根导线分别与信号线相连， 1本课题得到国家自然科学基金，高校博士点专项科研基金（20050003030）的资助。 - 1 - 另取一导线与不锈钢管壁焊接相连，制作完成后的双探针电导探头结构如图 1 所示，电导探 头的两探针彼此间互不导通，将探头放入水中时，每根探针均与不锈钢支撑管导通。 图 1 双探针电导探头结构示意图 图2 测试电路示意图 Fig. 1 Schematic of the double-tip electrical con