一种低温电容式空泡率测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及低温制冷工程技术领域，尤其设及一种低温电容式空泡率测量装置。
【背景技术】
[0002] 低温气液两相流动广泛存在于能源、空分、航空航天等领域中，空泡率作为两相流 动中的重要参数，与流形、局部气液速度密切相关；对于空泡率的测量与监测，对两相流系 统的正常运行与过程控制有着重要影响。
[0003] 基于介电常数测量两相流动中空泡率的方法，具有响应快，成本低，对流场无干扰 的特性，被广泛应用于两相流动的实时测量中，如油-水-气相含量测量，制冷剂流动状态 监测等。其测量原理为布置在流道两侧上的电极形成一个电容器，电容值为两相的介电常 数和相含率的函数，通过测量电容值来计算相含率。大部分气体的相对介电常数都非常接 近于1，而相比于常温流体水、制冷剂等，低温流体的介电常数与对应的气体差别要更小，如 表1。
[0004] 同时，由于低温环境会使得有机材料的介电常数发生变化，也会对测量过程造成 影响。因此，目前只有俄罗斯核工程研究院应用电容法对低温环境下的两相流动进行了测 量，但是其选择射频方法测量电容速度较慢，难W满足测量波动特性。
[0005] 也有文献报道了可用于深低温环境下应用类似方法的测量装置，中国专利CN 102759492公布了一种应用介电常数法测量低温流体密度的装置，但该发明侧重于测量静 止稳定状态下的低温两相混合物密度，不能满足测量处于流动状态下的低温流体。申请号 为201410146048. 3公布的一种气液两相流相含率实时电容测量系统及其测量方法，其要 求液相介电常数远大于气相介电常数，不适用于气液相介电常数差别小的低温流体。美国 专利US5291791公布了一种测量多项流动的多电极装置，其主要内容为通过改变电场测量 平均空泡率，不针对特定流形，而且对低温环境没有特别说明，不适用于低温下的分层流 动。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种结构简单、测试方便、测试结果准确的低温电容式空泡率测量装 置，该装置能够较精确地测量低温管道内两相流的相含量，进而便于监测管内工况。
[0007] 本发明的技术方案如下； 一种电容式测量低温两相流空泡率装置包括实验管路、曲面电极、电磁屏蔽层、真空套 层W及数据采集系统，所述曲面电极和电磁屏蔽层贴和于实验管路的管壁上，共同至于真 空套层中，所述数据采集系统由电容数字转换电路、I2C总线和计算机组成，其中的电容数 字转换电路与实验管道两侧的极板共同置于真空层内，数字信号经过真空数据线接头后连 接至I2C总线，与计算机进行通讯。
[000引所述实验管道，是耐低温薄壁绝缘管路，实验管道的两端设置有进出接口，整体放 在真空套层中，真空套层上具有真空数据线接头。
[0009] 所述曲面电极，为两片与实验管路曲率相同的金属片，紧贴试验管路外壁面两侧 并对称布置，曲面电极外侧焊接导线，连接至电容数字转换电路，曲面电极外侧同时用绝缘 化布包衷。
[0010] 所述电磁屏蔽层，为宽度大于曲面电极的长金属片，并将曲面电极完全覆盖，内侧 为包有绝缘胶布的两片曲面电极，二者之间由绝缘胶布隔开，电磁屏蔽层焊接导线，连接至 电容数字转换电路中接地。
[0011] 所述电容数字转换电路，由电容数字转换巧片及外围电路组成，完成电容数据采 集和模拟量到数字量的转换工作，要求有效分辨率达到4aF，同时要更新速率达到20化W 上，W满足实时性的测量要求。
[0012] 所述真空套层，内径大于实验管路，具有真空数据线接头。
[0013] 本发明为一种低温电容式空泡率测量装置，采用非侵入式设计，结构简单、测试方 便，对原有流场没有影响；同时测量速度快，可W对流场有实时动态响应。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明低温电容式空泡率测量装置结构剖面图； 图2为本发明低温电容式空泡率测量装置结构示意图； 图3为多次稳定流动电容和流量变化。
[0015] 图4为电容与液面高度变化验证。
[0016] 图中：1、实验管路，2、曲面电极，3、电磁屏蔽层，4、真空套层，5、绝缘胶布，6、实验 管路接口，7、电容数字转换器，8真空数据接口。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0018] 如图1和2所示，一种电容式测量低温两相流空泡率装置包括实验管路1、曲面电 极2、电磁屏蔽层3、真空套层4W及数据采集系统，所述曲面电极2和电磁屏蔽层3贴和 于实验管路1的管壁上，共同至于真空套层4中，所述数据采集系统由电容数字转换电路7、 I2C总线和计算机组成，其中的电容数字转换电路与实验管道1两侧的极板共同置于真空 层4内，数字信号经过真空数据线接头8后连接至I2C总线，与计算机进行通讯。
[0019] 在本发明的一个实施例中，所述实验管道1，是耐低温薄壁绝缘管路，实验管道1 的两端设置有进出接口 6,整体放在真空套层中4,真空套层上具有真空数据线接头8。
[0020] 在本发明的一个实施例中，所述曲面电极2,为两片与实验管路曲率相同的金属 片，紧贴试验管路1外壁面两侧并对称布置，曲面电极外侧焊接导线，连接至电容数字转换 电路7,曲面电极2外侧同时用绝缘胶布5包裹。
[0021] 在本发明的一个实施例中，所述电磁屏蔽层3,为宽度大于曲面电极2的长金属 片，并将曲面电极2完全覆盖，内侧为包有绝缘胶布5的两片曲面电极2,二者之间由绝缘胶 布5隔开，电磁屏蔽层3焊接导线，连接至电容数字转换电路7中接地。
[0022] 在本发明的一个实施例中，所述