電子探針法液滴粒度自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)研究
摘要：介紹了電子探針傳感器液滴粒度自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)適用于測(cè)量氣液兩相流中液 滴粒度及其分布，為氣液兩相流特征參數(shù)的檢測(cè)研究提供了一個(gè)更加有效的手段．紅外線測(cè)溫儀| 溫濕度儀| 紅外線溫度計(jì)| 露點(diǎn)儀| 亮度計(jì)| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計(jì)| 粒子計(jì)數(shù)器| 粉塵計(jì)
A 液滴粒度及其分布是氣液兩相流的重要特征 參數(shù)之一，對(duì)其測(cè)量技術(shù)的研究越來越受到化工、 石油化工和航空等行業(yè)研究人員的普遍關(guān)注．以 前研究的測(cè)量系統(tǒng)將傳感器的輸出經(jīng)由分立元件 構(gòu)成的峰值保持電路、A／D板送給PC機(jī)處理，信 號(hào)處理裝置體積大，測(cè)量穩(wěn)定性及可靠性較差，使 測(cè)量精度和適用范圍受到了限制．為此，對(duì)原測(cè)量 系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)研究，采用單片機(jī)及新型集成電 路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴粒度 及其分布的在線實(shí)時(shí)測(cè)量，并解決上述存在的問 題(11．
1 測(cè)量機(jī)理 氣液兩相流中的液滴隨機(jī)碰撞電子探針傳感 器時(shí)，可視為一阻容串聯(lián)支路與傳感器電路接通， 使電路狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)人過渡過程，每個(gè)液滴對(duì) 應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)．研究表明：脈沖電壓的峰值Um 與液滴粒度D之間單值對(duì)應(yīng)且呈線性關(guān)系(經(jīng)標(biāo) 定得到)，即通過測(cè)量脈沖電壓峰值即可測(cè)得液滴 粒度及其分布l2 J．
2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)組成框圖 測(cè)量系統(tǒng)組成框圖如圖l所示，電路原理圖 如圖2所示．
2．2 電子探針傳感器 傳感器由金屬探針和信號(hào)放大電路組成．探 針的材質(zhì)為不銹鋼針，直徑0．3 mm，針體由聚四 氟乙稀管及內(nèi)裝不銹鋼管封裝固定，伸出套管外 長(zhǎng)為30 mm．液滴碰撞探針產(chǎn)生的電壓脈沖信號(hào) 經(jīng)由集成運(yùn)放構(gòu)成的放大電路放大輸出． 圖1 測(cè)量系統(tǒng)組成框圖
2．3 濾波電路 由于鋇4試現(xiàn)場(chǎng)一般都存在較為嚴(yán)重的50 Hz 工頻干擾，因此在傳感器的輸出端加人一RC零 網(wǎng)絡(luò)濾波電路，通過選擇合適的阻、容值及微調(diào)電 位器，即可將此干擾消除，以保證測(cè)量的精度．
2．4 峰值保持電路 原系統(tǒng)的峰值保持電路全部由分立元件構(gòu) 成，元件多，電路復(fù)雜，經(jīng)改進(jìn)的峰保電路由采樣 保持器LF398和運(yùn)放CA3140兩塊集成芯片組 成，電路簡(jiǎn)單、可靠．當(dāng)由濾波電路傳來的脈沖信 號(hào)達(dá)到峰值Um時(shí)，比較器發(fā)生電平跳變，輸出 低電平發(fā)出“中斷”請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)此“中斷”，控 制LF398保持并輸出此峰值直到下一個(gè)液滴信 號(hào)的到來，以供A／D轉(zhuǎn)換．
2．5 單片機(jī)及A／D轉(zhuǎn)換電路 原系統(tǒng)采用A／D板及PC機(jī)來完成邏輯功能 的控制及對(duì)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)．經(jīng)改進(jìn)后，系統(tǒng)以 89C5 l單片機(jī)為核心，A／D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809 集成芯片．A／D轉(zhuǎn)換器將采集到的對(duì)應(yīng)每個(gè)液滴 粒度的電壓脈沖峰值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳送給單片 機(jī)存儲(chǔ)，以供上位機(jī)的調(diào)用及最后的數(shù)據(jù)處理，當(dāng) 達(dá)到定義的采樣點(diǎn)數(shù)或采樣時(shí)間時(shí)，一次測(cè)量結(jié) 束．單片機(jī)技術(shù)及A／D芯片的采用，較大程度上 提升了系統(tǒng)的整體性能和測(cè)量精度．
2．6 上位機(jī)及通訊電路 該系統(tǒng)增加了上、下位機(jī)之間的通訊功能， 通訊接口電路采用能在惡劣環(huán)境下工作的RS． 232串行接口電路芯片MAX202，其四個(gè)工作電 容皆為0．01 uF，單一+5 V供電，它的發(fā)射、接 收端口能耐受15 kV的靜放電沖擊．這樣，通過 上位機(jī)友好界面的控制及上、下位機(jī)的通訊聯(lián) 絡(luò)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、數(shù)值處理及 輸出． 行口將各種參數(shù)和控制命令送到下位機(jī)，采樣結(jié) 束時(shí)，采集到的數(shù)據(jù)傳送回上位機(jī)，由上位機(jī)對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，求出一組數(shù)據(jù)中每個(gè)液滴的直徑、平 均直徑及空間分布參數(shù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示、 輸出．
3 軟件設(shè)計(jì) 氣液兩相流特征參數(shù)的電子測(cè)量 數(shù)據(jù)處理、通訊、控制界面等程序．上位機(jī)通過串
4 結(jié) 論 經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)的電子探針法液滴粒度自動(dòng)測(cè) 量系統(tǒng)，在北京化工大學(xué)流體傳遞研究室的課題 研究中獲得了應(yīng)用，表明：該系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、可靠實(shí)用，解決了以往存在的問題，為氣液兩相流特征 參數(shù)的檢測(cè)研究提供了一個(gè)更加有效的手段．
業(yè)務(wù)：