一種低溫電容式空泡率測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及低溫制冷工程技術領域，尤其設及一種低溫電容式空泡率測量裝置。
【背景技術】
[0002] 低溫氣液兩相流動廣泛存在于能源、空分、航空航天等領域中，空泡率作為兩相流 動中的重要參數，與流形、局部氣液速度密切相關；對于空泡率的測量與監(jiān)測，對兩相流系 統的正常運行與過程控制有著重要影響。
[0003] 基于介電常數測量兩相流動中空泡率的方法，具有響應快，成本低，對流場無干擾 的特性，被廣泛應用于兩相流動的實時測量中，如油-水-氣相含量測量，制冷劑流動狀態(tài) 監(jiān)測等。其測量原理為布置在流道兩側上的電極形成一個電容器，電容值為兩相的介電常 數和相含率的函數，通過測量電容值來計算相含率。大部分氣體的相對介電常數都非常接 近于1，而相比于常溫流體水、制冷劑等，低溫流體的介電常數與對應的氣體差別要更小，如 表1。
[0004] 同時，由于低溫環(huán)境會使得有機材料的介電常數發(fā)生變化，也會對測量過程造成 影響。因此，目前只有俄羅斯核工程研究院應用電容法對低溫環(huán)境下的兩相流動進行了測 量，但是其選擇射頻方法測量電容速度較慢，難W滿足測量波動特性。
[0005] 也有文獻報道了可用于深低溫環(huán)境下應用類似方法的測量裝置，中國專利CN 102759492公布了一種應用介電常數法測量低溫流體密度的裝置，但該發(fā)明側重于測量靜 止穩(wěn)定狀態(tài)下的低溫兩相混合物密度，不能滿足測量處于流動狀態(tài)下的低溫流體。申請?zhí)?為201410146048. 3公布的一種氣液兩相流相含率實時電容測量系統及其測量方法，其要 求液相介電常數遠大于氣相介電常數，不適用于氣液相介電常數差別小的低溫流體。美國 專利US5291791公布了一種測量多項流動的多電極裝置，其主要內容為通過改變電場測量 平均空泡率，不針對特定流形，而且對低溫環(huán)境沒有特別說明，不適用于低溫下的分層流 動。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明提供一種結構簡單、測試方便、測試結果準確的低溫電容式空泡率測量裝 置，該裝置能夠較精確地測量低溫管道內兩相流的相含量，進而便于監(jiān)測管內工況。
[0007] 本發(fā)明的技術方案如下； 一種電容式測量低溫兩相流空泡率裝置包括實驗管路、曲面電極、電磁屏蔽層、真空套 層W及數據采集系統，所述曲面電極和電磁屏蔽層貼和于實驗管路的管壁上，共同至于真 空套層中，所述數據采集系統由電容數字轉換電路、I2C總線和計算機組成，其中的電容數 字轉換電路與實驗管道兩側的極板共同置于真空層內，數字信號經過真空數據線接頭后連 接至I2C總線，與計算機進行通訊。
[000引所述實驗管道，是耐低溫薄壁絕緣管路，實驗管道的兩端設置有進出接口，整體放 在真空套層中，真空套層上具有真空數據線接頭。
[0009] 所述曲面電極，為兩片與實驗管路曲率相同的金屬片，緊貼試驗管路外壁面兩側 并對稱布置，曲面電極外側焊接導線，連接至電容數字轉換電路，曲面電極外側同時用絕緣 化布包衷。
[0010] 所述電磁屏蔽層，為寬度大于曲面電極的長金屬片，并將曲面電極完全覆蓋，內側 為包有絕緣膠布的兩片曲面電極，二者之間由絕緣膠布隔開，電磁屏蔽層焊接導線，連接至 電容數字轉換電路中接地。
[0011] 所述電容數字轉換電路，由電容數字轉換巧片及外圍電路組成，完成電容數據采 集和模擬量到數字量的轉換工作，要求有效分辨率達到4aF，同時要更新速率達到20化W 上，W滿足實時性的測量要求。
[0012] 所述真空套層，內徑大于實驗管路，具有真空數據線接頭。
[0013] 本發(fā)明為一種低溫電容式空泡率測量裝置，采用非侵入式設計，結構簡單、測試方 便，對原有流場沒有影響；同時測量速度快，可W對流場有實時動態(tài)響應。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明低溫電容式空泡率測量裝置結構剖面圖； 圖2為本發(fā)明低溫電容式空泡率測量裝置結構示意圖； 圖3為多次穩(wěn)定流動電容和流量變化。
[0015] 圖4為電容與液面高度變化驗證。
[0016] 圖中：1、實驗管路，2、曲面電極，3、電磁屏蔽層，4、真空套層，5、絕緣膠布，6、實驗 管路接口，7、電容數字轉換器，8真空數據接口。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0018] 如圖1和2所示，一種電容式測量低溫兩相流空泡率裝置包括實驗管路1、曲面電 極2、電磁屏蔽層3、真空套層4W及數據采集系統，所述曲面電極2和電磁屏蔽層3貼和 于實驗管路1的管壁上，共同至于真空套層4中，所述數據采集系統由電容數字轉換電路7、 I2C總線和計算機組成，其中的電容數字轉換電路與實驗管道1兩側的極板共同置于真空 層4內，數字信號經過真空數據線接頭8后連接至I2C總線，與計算機進行通訊。
[0019] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述實驗管道1，是耐低溫薄壁絕緣管路，實驗管道1 的兩端設置有進出接口 6,整體放在真空套層中4,真空套層上具有真空數據線接頭8。
[0020] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述曲面電極2,為兩片與實驗管路曲率相同的金屬 片，緊貼試驗管路1外壁面兩側并對稱布置，曲面電極外側焊接導線，連接至電容數字轉換 電路7,曲面電極2外側同時用絕緣膠布5包裹。
[0021] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述電磁屏蔽層3,為寬度大于曲面電極2的長金屬 片，并將曲面電極2完全覆蓋，內側為包有絕緣膠布5的兩片曲面電極2,二者之間由絕緣膠 布5隔開，電磁屏蔽層3焊接導線，連接至電容數字轉換電路7中接地。
[0022] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述