侵入式电导率相位探测探头、系统和探测方法

本发明涉及相位探测仪，尤其是涉及侵入式电导率相位探测探头、系统和探测方法。

背景技术：

1、传统的测量技术会受到水气两相界面运动飞溅的干扰，造成读数不准确，例如皮托管、声学多普勒测速仪(adv)、激光多普勒风速仪(lda)、粒子图像测速仪(piv)等等。侵入式相位检测探头能很好的克服这一点且在高速流动的环境下也能正常发挥作用。常见的相位检测探头，包括光纤(fo)和电导率探头(cp)，电导率探头制作简便造价低，备受青睐。

2、大多数侵入式电导率相位探头测量的都是气泡相关参数，例如昆士兰大学水力学实验室开发的单尖端电导率探头用于测量多步骤模型中的空气浓度；上海交通大学王凡等制作的四电导探针，用来测量竖直上升管内泡状局部界面浓度。而双电导探针多用于测量水气界面气泡的弦长和速度。对于细小的界面波动的捕捉和界面面积测量，没有相应的探头探测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出侵入式电导率相位探测探头、系统和探测方法，解决现有技术中对于细小的界面波动的捕捉和界面面积测量设备欠缺的技术问题。

2、为达到上述技术目的，第一方面，本发明的技术方案提供一种侵入式电导率相位探测探头，包括：

3、绝缘孔杆，设置有相互独立的第一通孔、第二通孔和第三通孔；

4、第一探针，固定穿设于所述第一通孔内，所述第一探针除针尖和针尾外的针体均设置有防水绝缘涂层；

5、第二探针，固定穿设于所述第二通孔内，所述第二探针除针尖和针尾外的针体均设置有防水绝缘涂层；

6、第三探针，固定穿设于所述第三通孔内，所述第三探针除针尖和针尾外的针体均设置有防水绝缘涂层，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的针尖相对于所述绝缘孔杆的高度各不相同，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的针尾均电连接有导线。

7、与现有技术相比，本发明提供的侵入式电导率相位探测探头的有益效果包括：

8、本发明使用侵入式电导率相位探测探头进行水气界面探测，采用三根探针并固定小间距，三根探针露出的长度各不相同，探针外涂防水涂层即使高速流动发生飞溅也不影响使用。此外小尺寸的结构能有效解决关于水气界面微小波动的界面面积测量困难的问题，而不受到两相流中水气界面处的气泡问题干扰。在水面产生细小波动时，三根露出距离长短不一的探针接在触波高不同的水面时，能立刻产生电压，多方位、小面积、短时间的探测能够更好的在水面发生细小波动时捕捉信号，从而获得被测区域的水气两相间界面面积的相关参数，测量空气-水界面之间的相关参数的效果很好。

9、根据本发明的一些实施例，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的针尾与所述导线焊接连接，所述导线缠绕设置于所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的针尾部分，在所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针缠绕有导线的针尾部分还套设有热缩管，所述热缩管用于对所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针缠绕有导线的针尾部分防水加固。

10、根据本发明的一些实施例，在所述绝缘孔杆的截面上所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔呈正三角形设置。

11、根据本发明的一些实施例，所述绝缘孔杆由多个形状相同的亚克力孔板组成。

12、根据本发明的一些实施例，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针为银质探针，所述第一探针和所述第二探针针尖的高度差为0.10-0.14mm，所述第二探针和所述第三探针的高度差为0.04-0.5mm，所述第一探针高于所述第二探针，所述第二探针高于所述第三探针。

13、第二方面，本发明的技术方案提供一种侵入式电导率相位探测系统，包括：如第一方面中任意一项所述的侵入式电导率相位探测探头、第一电阻、第二电阻、第三电阻、数据采集系统、电源和导电片；

14、第一探针的针尾通过导线与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电源的正极连接，所述电源的负极连接到所述导电片，所述导电片在使用过程中放置于待检测的液体中；

15、第二探针的针尾通过导线与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述电源的正极连接；

16、第三探针的针尾通过导线与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述电源的正极连接；

17、所述数据采集系统所述第一电阻的两端连接，所述数据采集系统所述第二电阻的两端连接，所述数据采集系统所述第二电阻的两端连接，所述数据采集系统用于采集所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的电信号变化，并计算得到待检测的液体的电导率。

18、根据本发明的一些实施例，所述数据采集系统的采集器为ni-usb6212采集器。

19、第三方面，本发明的技术方案提供一种侵入式电导率相位探测方法，应用于如第二方面所述的侵入式电导率相位探测系统，包括步骤：

20、将侵入式电导率相位探测系统的导电片放置于待检测的液体中，将侵入式电导率相位探测探头的探针针尖放置于水面位置；

21、通过数据采集系统采集第一电阻、第二电阻和第三电阻的电压信号变化，并生成电压变化曲线；

22、根据所述电压变化曲线计算得到第一探针、第二探针和第三探针与水面接触的时间和面积，根据所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针与水面接触的时间和面积获得水气两相界面面积参数。

23、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种侵入式电导率相位探测探头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的侵入式电导率相位探测探头，其特征在于，所述第一探针(110)、所述第二探针(120)和所述第三探针(130)的针尾与所述导线(160)焊接连接，所述导线(160)缠绕设置于所述第一探针(110)、所述第二探针(120)和所述第三探针(130)的针尾部分，在所述第一探针(110)、所述第二探针(120)和所述第三探针(130)缠绕有导线(160)的针尾部分还套设有热缩管(150)，所述热缩管(150)用于对所述第一探针(110)、所述第二探针(120)和所述第三探针(130)缠绕有导线(160)的针尾部分防水加固。

3.根据权利要求1所述的侵入式电导率相位探测探头，其特征在于，在所述绝缘孔杆(140)的截面上所述第一通孔(210)、所述第二通孔(220)和所述第三通孔(230)呈正三角形设置。

4.根据权利要求1所述的侵入式电导率相位探测探头，其特征在于，所述绝缘孔杆(140)由多个形状相同的亚克力孔板层叠组成。

5.根据权利要求1所述的侵入式电导率相位探测探头，其特征在于，所述第一探针(110)、所述第二探针(120)和所述第三探针(130)为银质探针，所述第一探针(110)和所述第二探针(120)针尖的高度差为0.10-0.14mm，所述第二探针(120)和所述第三探针(130)的高度差为0.04-0.5mm，所述第一探针(110)高于所述第二探针(120)，所述第二探针(120)高于所述第三探针(130)。

6.一种侵入式电导率相位探测系统，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任意一项所述的侵入式电导率相位探测探头、第一电阻、第二电阻、第三电阻、数据采集系统(430)、电源(410)和导电片(420)；

7.根据权利要求6所述的侵入式电导率相位探测系统，其特征在于，所述数据采集系统(430)的采集器为ni-usb6212采集器。

8.一种侵入式电导率相位探测方法，应用于如权利要求6所述的侵入式电导率相位探测系统，其特征在于，包括步骤：

技术总结
本发明公开了侵入式电导率相位探测探头、系统和探测方法，相位探测探头包括：绝缘孔杆，设置有相互独立的第一通孔、第二通孔和第三通孔；第一探针，固定穿设于第一通孔内，第一探针除针尖和针尾外的针体均设置有防水绝缘涂层；第二探针，固定穿设于第二通孔内，第二探针除针尖和针尾外的针体均设置有防水绝缘涂层；第三探针，固定穿设于第三通孔内，第三探针除针尖和针尾外的针体均设置有防水绝缘涂层，第一探针、第二探针和第三探针的针尖相对于绝缘孔杆的高度各不相同，第一探针、第二探针和第三探针的针尾均电连接有导线。本申请能够应用于细小的界面波动的捕捉和界面面积测量领域。

技术研发人员：叶子,钱宇,朱志伟
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15