一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于冷凝器产品技术领域，具体公开基于冷凝通道冷凝长度的测量装置及其方法，所述测量装置包括穿入在冷凝通道并浸没在冷凝通道的工质中的毛细管，所述毛细管内填充有导热硅油，还包括光纤布拉格光栅阵列，所述光纤布拉格光栅阵列装置穿入在毛细管内，所述毛细管上有光纤连接器的一端还与光纤布拉格光栅传感器装置连接，所述光纤布拉格光栅传感器装置通过以太网与计算机相连。该装置结构简单，具有较高的空间分辨率及较高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置及其方法
本专利技术属于冷凝器产品
，特别涉及一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置及其方法。
技术介绍
冷凝器在传热领域扮演着一个极其重要的角色。影响冷凝器的换热效果的因素很多，如冷凝器的几何结构、流体工质的物性参数、工质的流动状态等，因此直接测量冷凝器的冷凝换热系数并不容易。而在工程运用中，人们往往关心的是冷凝器是否能达到预期的冷凝效果，直接测量冷凝通道中气液两相与单相的转折点的位置，可为不同工况下冷凝效果是否充足给出最直观的判断。也即测量冷凝通道中气液两相与全液相的比例，定义冷凝通道中气液两相所占的区域为整个冷凝段的比例为冷凝长度，通过冷凝长度来反映整个冷凝段的冷凝效果，为冷凝器换热系数的测量提供有力的支持。Traviss等利用推导出的冷凝换热关系式给出了根据冷凝换热系数、冷凝器进出口温差、进口干度和工质流量等因素来计算冷凝长度。由于该方法是根据冷凝器工质进口工况，通过分段积分而得出总的冷凝长度，因此该方法也适用于其他的冷凝换热的冷凝长度计算。在已知冷凝器进口工况的情况下，可利用冷凝换热系数来评估冷凝长度的大小；反之，也可根据冷凝长度的大小，反推冷凝器冷凝换热系数的大小。目前，针对冷凝长度测量的手段有以下几种：电阻参数测量装置，分布式温度测量间接测得冷凝长度，以及测量工质密度分布法测量冷凝长度。第一种，电阻参数测量装置是在冷凝通道中加入电阻元件，如铜丝，利用不同的冷凝长度对应不同的延程温度分布，而不同温度下电阻元件的阻值不同的特点，建立冷凝长度与电阻元件阻值的对应关系，从而实现测量冷凝长度的目的，该方法冷凝长度的测量精度低。第二种，分布式温度测量方法是通过红外成像、沿程布置热电偶等温度传感器方法实现沿程温度测量。在结构紧凑的冷凝结构中，红外成像将无法达到预期的目的。而沿程布置热电偶温度传感器等方法，冷凝长度的空间分辨率低，并且对于结构紧凑的冷凝结构，沿程布置热电偶等温度传感器将无法实现。此外，若要在冷凝器内部或外部布置多个温度点，安装工艺较为复杂，且需考虑冷凝器管壁漏热等，在实际工程应用中难以广泛应用。第三种，测量工质密度分布法测量冷凝长度是利用电阻法、电容法测量测量工质的物性参数，从而获得工质的密度值，又由于工质在不同工况下密度不同，根据工质的密度反推冷凝器的冷凝长度。另外，还可以通过高能射线，如X射线等透射冷凝通道，通过分析工质的透射性能来得出工质的密度差异。这几种通过测量冷凝通道的密度分布的方法，方法比较复杂，不适合常规工程应用。因此，研发一种结构简便，空间分辨率高、测量精度高的测量冷凝长度方法迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，具体公开一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，该装置结构简单，具有较高的空间分辨率及较高的测量精度。为了达到上述技术目的，本专利技术是按以下技术方案实现的：本专利技术所述的一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，包括穿入在冷凝通道并浸没在冷凝通道的工质中的毛细管，所述毛细管内填充有导热硅油，还包括光纤布拉格光栅阵列，所述光纤布拉格光栅阵列装置穿入在毛细管内，所述毛细管上有光纤连接器的一端还与光纤布拉格光栅传感器装置连接，所述光纤布拉格光栅传感器装置通过以太网与计算机相连。作为上述技术的进一步改进，所述光纤布拉格光栅传感器装置包括相互连接的宽光源、分光镜以及CDD电荷耦合器件，所述CDD电荷耦合器件通过以太网与计算机连接，所述分光镜与毛细管的有光纤连接器的一端相连。作为上述技术的更进一步改进，所述毛细管的直径是0.3-0.5mm。作为上述技术的更进一步改进，所述冷凝通道上用于穿过毛细管的穿孔直径范围是0.8-1mm。作为上述技术的更进一步改进，所述毛细管与冷凝通道的穿孔之间通过半透明环氧树脂结构胶进行密封。本专利技术还公开了上述基于冷凝通道冷凝长度的测量装置的测量方法，其具体步骤是：(1)将光纤布拉格光栅阵列穿入毛细管中，毛细管内填充导热硅油；(2)将毛细管穿入冷凝通道中，毛细管浸没在冷凝通道的工质中，且两端延伸出冷凝通道外，有光纤连接器的一端与光纤布拉格光栅传感器装置连接；(3)所述光纤布拉格光栅传感器装置用以太网线与计算机相连；(4)所述光纤布拉格光栅传感器装置中的宽光源发出一束光，通过分光镜进入光纤布拉格光栅，当冷凝通道中的工质温度发生变化时，光纤中的光栅阵列反射的布拉格波长将发生偏移，反射光通过分光镜进入CCD电荷耦合器，CCD电荷耦合器将光信号转换成电信号，进入计算机，从而可以测出冷凝通道沿程温度分布，又由于工质处于气液两相且压力一定时，气液两相工质的温度为该压力下的饱和温度，而过冷时工质温度降低的特点，找出气液两相与全液相得转变点，从而得出冷凝长度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过光纤布拉格光栅测量冷凝通道的冷凝长度，可为工质在不同工况下冷凝效果是否充足给出最直观的判断，为冷凝器换热系数的测量提供有力的支持；(2)本专利技术有效地解决了温度与应变耦合问题：在冷凝通道中工质流动会对光纤布拉格光栅产生应变，而应变也会使布拉格波长产生偏移，从而影响测量结果。为此，将光纤布拉格光栅穿入毛细管中，减少应变测量结果的影响，但加入毛细管引入了新的问题，光纤与毛细管之间有间隔，充满空气，影响测量结果，进一步将毛细管中充满导热性较好的硅油，使光纤布拉格光栅测温更加准确。(3)本专利技术还有效地解决了光纤密封问题：要将光纤放入冷凝通道中，最关键的问题是如何对冷凝通道进出口位置光纤进行密封，在冷凝通道进出口设有穿孔，将套有毛线管的光纤穿入该穿孔中，采用半透明环氧树脂结构胶对其进行密封，具有较好的密封效果；此外，毛细管中填充硅油是为了使光纤与毛细管壁导热良好，能较好地减少实验误差。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做详细的说明：图1是光纤布拉格光栅测温原理图；图2是本专利技术所述的基于冷凝通道冷凝长度的测量装置结构示意图。具体实施方式如图1所示，布拉格光栅是利用光纤材料的光敏性，即外界入射光I和纤芯10相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接斜入法在单模光纤的纤芯内形成空间相位光栅，于是特定波长(布拉格反射光II)的光波在这个区域内将被反射，反射的中心波长信号跟光栅周期和纤芯10的有效折射率有关。而布拉格波长对外界应力、热负荷等极为敏感，当外界温度、应变及压力等参量发生改变时，布拉格波长将会发生偏移，通过测量波长的偏移量，可以反推出外界温度、应变等参量的变化。如图2所示，本专利技术所述的一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，包括穿入在冷凝通道1并浸没在冷凝通道1的工质7中的毛细管2，所述毛细管2内填充有导热硅油3，所述毛细管2内还穿入有括光纤布拉格光栅阵列4，导热硅油3的加入使光纤布拉格光栅4测温更加准确，所述毛细管2上有光纤连接器8的一端还与光纤布拉格光栅传感器装置5连接，所述光纤布拉格光栅传感器装置5通过以太网线9与计算机6相连。所述光纤布拉格光栅传感器装置5包括相互连接的宽光源51、分光镜52以及CDD电荷耦合器件53，所述CDD电荷耦合器53通过以太网与计算机6连接，所述分光镜52与毛细管2的有光纤连接器的一端相连。所述毛细管2的直径是0.3-0.5mm，所述冷凝通道1上用于穿过毛细管2的穿孔直径范围是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，其特征在于：包括穿入在冷凝通道并浸没在冷凝通道的工质中的毛细管，所述毛细管内填充有导热硅油，还包括光纤布拉格光栅阵列，所述光纤布拉格光栅阵列装置穿入在毛细管内，所述毛细管上有光纤连接器的一端还与光纤布拉格光栅传感器装置连接，所述光纤布拉格光栅传感器装置通过以太网与计算机相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，其特征在于：包括穿入在冷凝通道并浸没在冷凝通道的工质中的毛细管，所述毛细管内填充有导热硅油，还包括光纤布拉格光栅阵列，所述光纤布拉格光栅阵列装置穿入在毛细管内，所述毛细管上有光纤连接器的一端还与光纤布拉格光栅传感器装置连接，所述光纤布拉格光栅传感器装置通过以太网与计算机相连。2.根据权利要求1所述的基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，其特征在于：所述光纤布拉格光栅传感器装置包括相互连接的宽光源、分光镜以及CDD电荷耦合器件，所述CDD电荷耦合器件通过以太网线与计算机连接，所述分光镜与毛细管的有光纤连接器的一端相连。3.根据权利要求2所述的基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，其特征在于：所属毛细管的直径是0.3-0.5mm。4.根据权利要求3所述的基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，其特征在于：所述冷凝通道上用于穿过毛细管的穿孔直径范围是0.8-1mm。5.根据权利要求4所述的基于冷凝通道冷凝长度的测量装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟晨，何振辉，温世喆，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44