一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，由电导传感器部分，电导传感器切换电路，信号处理电路组成；电导传感器部分主要由电极、接线端子、柔性电路板、导线组成，实现在不破坏壁面的情况下获取并传输液膜厚度信号的功能；传感器切换电路部分可分为传感器切换信号发生电路与传感器切换开关电路两部分，主要由施密特触发器、JK触发器、译码器、虚拟开关、滤波电路、放大电路、加法电路、接线端子组成，实现对电导传感器的切换功能；信号处理电路由整流电路、滤波电路组成，实现对电导传感器输出信号的预处理并传输给信号接收装置的功能。本发明专利技术在不对壁面进行改造的基础上解决了现有测量系统不能实现液膜厚度的多点连续测量的问题。

A device for realizing multi-point real-time measurement of wall liquid film thickness

The invention provides a multi point real-time measurement device for the thickness of the wall liquid film, which is composed of the conductance sensor part, the switch circuit of the conductance sensor and the signal processing circuit, and the conductance sensor is composed mainly of electrodes, terminal terminals, flexible circuit boards and wires, which can be obtained and transmitted without destroying the wall. The sensor switching circuit can be divided into two parts, which are sensor switching signal generator and sensor switching switch circuit, which are composed of Schmidt trigger, JK flip-flop, decoder, virtual switch, filter circuit, amplifying circuit, addition circuit and terminal terminal. The signal processing circuit is composed of the rectifier circuit and the filter circuit to realize the preprocessing of the output signal of the conductance sensor and transmit to the function of the signal receiving device. The invention solves the problem that the existing measuring system can not realize the multi-point continuous measurement of the liquid film thickness on the basis of the modification of the wall.

【技术实现步骤摘要】
一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置
本专利技术涉及一种液膜厚度测量装置，尤其涉及一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，可应用于核能、化工等领域的液膜厚度监测工作。
技术介绍
反应堆安全壳是阻止放射性物质泄漏到环境中的最后一道屏障。在发生堆芯熔毁事故时，安全壳内温度及压力逐渐上升，最终可能会破坏安全壳的完整性，造成放射性物质的外泄。为了防止此类事故的发生，AP1000反应堆采用降膜冷却的方式来控制安全壳内的压力，即通过钢制安全壳外表面薄液膜的蒸发换热作用对安全壳进行降温，从而使安全壳内部蒸汽冷凝，降低安全壳内压力，使安全壳免于遭受破坏。在降膜冷却过程中钢制安全壳外壁面上附着的液膜分布面积、位置以及液膜的波动特性都是影响非能动安全壳冷却系统运行性能的主要因素，此环境下的液膜具有覆盖范围广、波动形态不稳定、所附着的壁面有一定曲率且导电的特点。因此对安全壳壁面上液膜覆盖范围、厚度分布及其波动情况进行实时测量是安全壳降膜冷却性能研究中所需要的重要技术。目前测量液膜厚度的方法主要有光学法和电导法。光学法应用电磁波穿过液膜时强度的衰减特性测量液膜厚度，能够提供较高的时间分辨率和空间分辨率，但由于其测量精度对液膜表面和壁面曲率以及各测量设备间的相对位置有很大依赖性，因此不适合测量非平直壁面上液膜的厚度。而电导法则利用电极间液体电阻大小与液膜厚度间的关系对液膜厚度进行测量。由于电信号的传输不受空间尺寸、壁面曲率以及设备相对位置的影响，所以电导法测量液膜是最常用、便捷的测量方法之一。由于电导法测量液膜厚度具有独特优势，因此目前已有一些公开的专利中提到了使用电导法测量液膜厚度的方案，如中国专利申请文本《一种界面波动含气液膜厚度实时测量装置及测量方法》(公开日2012年9月19日，公开号CN102175130B，申请日2011年3月3日)公开了一种测量圆管内液膜厚度的电导测量系统，其基本原理是电导探针在液膜附近移动时输出电压信号与液膜厚度存在比例关系。也就是说，当电导探针在液膜附近移动时，液膜与探针的接触与分离会使系统输出一组高低电压序列。结合高低电压序列的变化和电导探针的法向位置可以推断出液膜的厚度。此测量系统工作时需要根据液膜的大致厚度调试探针在液膜法向的位置，在液膜流动形态多变的环境中需要人为不断调试探针位置以适应液膜厚度的大幅变化。如果用此方法对安全壳表面大面积覆盖的液膜进行测量，需要安装多套探针，并且需要多人操作，存在多个位置处的测量数据难以同步的问题。中国专利申请文本《一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的实验装置及测量方法》(公开日2016年4月6日，公开号CN105466326A，申请日2015年12月16日)公开了一种可直接测量液膜厚度的电导测量装置，此专利采用C51芯片上各管脚与水接触时导通与否判断液膜的位置，从而将液膜厚度离散化，避免了人为调整探针位置的复杂操作，具有不需标定、不受液膜电导率影响的优点。但此专利所采用的芯片具有固定的管脚数，所以不能实现液膜的高精度和大范围测量，并且每个管脚上安装的探针未做除尖端外的绝缘处理，因此当探针与液膜接触时测量点的液面径向位置都不同，这就限制了液膜厚度测量的精确度。另外，若要对多个位置处的液膜厚度进行测量则需布置多套所述装置，而多套装置测量信号的同步问题给多点测量带来困难。中国专利申请文本《实时测量多相管流中相含率和相界面的电导探针测量系统》(公开日2008年11月19日，公开号CN100434906C，申请日2006年3月27日)也公开了一种实时测量、显示液膜厚度的测量装置，其特点是采用单片机将电导探针获取的电压信号经单片机里预设的标定函数转化为表示液膜厚度的数字信号传入计算机，从而省去了计算机上对探针信号处理的步骤。此专利的实施需要在测量管段或壁面布置双平行探针或环形探针，这两种探针的安装会对壁面造成破坏从而影响液膜的正常流动，且这两种探针对于小直径管道内液膜厚度的测量具有优势。而对于大型安全壳外壁面的液膜厚度测量而言，无疑给探针的安装布置带来很大的困难。如果采用多套此种类型的探针进行壁面液膜覆盖率的多点实时测量，更是难上加难。另外，专利中所述的电路是针对单个探针的信号处理而设计的。若采用多套装置测量多个位置的液膜厚度，该电路无法同时处理多个探针的信号，因此需要为每个探针配置信号处理电路，这样处于通电状态的电导探针之间会发生信号串扰，并且无法满足各点探针测量信号采集的同步性，从而使测量精度受到影响。综上所述，目前这些电导液膜厚度测量装置都具有一定的局限性，不能实时测量多个位置处的液膜厚度，难以实现对大型带曲率安全壳外壁面上液膜分布及波动特性的精确测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，种在不破坏壁面情况下对液膜厚度多点实时测量的电导测量装置，在不对壁面进行改造的基础上解决了现有测量系统不能实现液膜厚度的多点连续测量的问题。本专利技术的目的是这样实现的：包括信号发生器1、传感器切换电路2、电导传感器3、信号处理电路4和信号接收装置5，信号发生器1为电路提供载波信号，驱动电导传感器3两电极间产生电流信号，将液膜厚度信息转化为电流大小；信号处理电路4将传感器输出的交流电流信号进行处理后输出为直流电压信号，实现液膜厚度信息到电压大小的转化并将信号输入信号接收装置5；传感器切换电路2对多个传感器进行高频率切换，保证任意时刻只有一个传感器工作，防止传感器间出现信号串扰，传感器高频率的切换又保持了各个位置处液膜厚度测量的同时性；测量装置工作时信号发生器1产生交流电压信号并将其加载到电导传感器3上并使其输出代表液膜厚度的交流电流信号，传感器切换电路2控制电导传感器3切换使其输出各个位置的液膜厚度信号，传感器3输出的交流电流信号经信号处理电路4处理后转化为方便读取的直流电压信号并被信号接收装置5接收与储存。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.所述电导传感器3为柔性电路板，包括基板3.1、两个薄片电极3.2、3.3与接线端子3.4，两个薄片电极3.2、3.3间以基板3.1作为绝缘区，使无液膜覆盖时传感器处于关闭状态，当传感器被液膜覆盖时由于水的导电性，两个薄片电极3.2、3.3处于接通状态，两个薄片电极上加载的由信号发生器产生的载波电压信号结合不同厚度液膜自身的电阻产生不同大小的电流信号，电流信号经导线传输至接线端子3.4，然后传输至信号处理电路。2.传感器切换电路2的切换信号发生模块包括两个施密特触发器U22，U23、三个JK触发器U5A，U5B，U15A、3-8译码器U7，3-8译码器U7的左侧1、2、3号管脚接收一组3位二进制信号，3-8译码器U7的右侧7、9、10、11、12、13、14、15号管脚输出一组8位二进制数，3-8译码器U7输出的8位二进制信号传输两个虚拟开关S1，S2控制其断开与闭合；三个JK触发器U5A，U5B，U15A组成计数器，且三个JK触发器U5A，U5B，U15A右侧的15、11、15管脚与3-8译码器U7的1、2、3号管脚相连；计数器中的JK触发器U5A1号管脚接收方波脉冲，计数器右侧3个输出管脚输出3位二进制信号，且每接收一个方波脉冲计数器输出的信号值就在原有值上增加1，直至输出值为111后再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：包括信号发生器(1)、传感器切换电路(2)、电导传感器(3)、信号处理电路(4)和信号接收装置(5)，信号发生器(1)为电路提供载波信号，驱动电导传感器(3)两电极间产生电流信号，将液膜厚度信息转化为电流大小；信号处理电路(4)将传感器输出的交流电流信号进行处理后输出为直流电压信号，实现液膜厚度信息到电压大小的转化并将信号输入信号接收装置(5)；传感器切换电路(2)对多个传感器进行高频率切换，保证任意时刻只有一个传感器工作，防止传感器间出现信号串扰，传感器高频率的切换又保持了各个位置处液膜厚度测量的同时性；测量装置工作时信号发生器(1)产生交流电压信号并将其加载到电导传感器(3)上并使其输出代表液膜厚度的交流电流信号，传感器切换电路(2)控制电导传感器(3)切换使其输出各个位置的液膜厚度信号，传感器(3)输出的交流电流信号经信号处理电路(4)处理后转化为方便读取的直流电压信号并被信号接收装置(5)接收与储存。

【技术特征摘要】
1.一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：包括信号发生器(1)、传感器切换电路(2)、电导传感器(3)、信号处理电路(4)和信号接收装置(5)，信号发生器(1)为电路提供载波信号，驱动电导传感器(3)两电极间产生电流信号，将液膜厚度信息转化为电流大小；信号处理电路(4)将传感器输出的交流电流信号进行处理后输出为直流电压信号，实现液膜厚度信息到电压大小的转化并将信号输入信号接收装置(5)；传感器切换电路(2)对多个传感器进行高频率切换，保证任意时刻只有一个传感器工作，防止传感器间出现信号串扰，传感器高频率的切换又保持了各个位置处液膜厚度测量的同时性；测量装置工作时信号发生器(1)产生交流电压信号并将其加载到电导传感器(3)上并使其输出代表液膜厚度的交流电流信号，传感器切换电路(2)控制电导传感器(3)切换使其输出各个位置的液膜厚度信号，传感器(3)输出的交流电流信号经信号处理电路(4)处理后转化为方便读取的直流电压信号并被信号接收装置(5)接收与储存。2.根据权利要求1所述的一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：所述电导传感器(3)为柔性电路板，包括基板(3.1)、两个薄片电极(3.2、3.3)与接线端子(3.4)，两个薄片电极(3.2、3.3)间以基板(3.1)作为绝缘区，使无液膜覆盖时传感器处于关闭状态，当传感器被液膜覆盖时由于水的导电性，两个薄片电极(3.2、3.3)处于接通状态，两个薄片电极上加载的由信号发生器产生的载波电压信号结合不同厚度液膜自身的电阻产生不同大小的电流信号，电流信号经导线传输至接线端子(3.4)，然后传输至信号处理电路。3.根据权利要求2所述的根据权利要求1所述的一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：传感器切换电路(2)的切换信号发生模块包括两个施密特触发器(U22，U23)、三个JK触发器(U5A，U5B，U15A)、3-8译码器(U7)，3-8译码器(U7)的左侧1、2、3号管脚接收一组3位二进制信号，3-8译码器(U7)的右侧7、9、10、11、12、13、14、15号管脚输出一组8位二进制数，3-8译码器(U7)输出的8位二进制信号传输两个虚拟开关(S1，S2)控制其断开与闭合；三个JK触发器(U5A，U5B，U15A)组成计数器，且三个JK触发器(U5A，U5B，U15A)右侧的15、11、15管脚与3-8译码器(U7)的1、2、3号管脚相连；计数器中的JK触发器(U5A)1号管脚接收方波脉冲，计数器右侧3个输出管脚输出3位二进制信号，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷海峰，于汇宇，周艳民，孙中宁，陈皞，曹夏昕，王建军，阎昌琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23