电子探针法液滴粒度自动测量系统的改进研究
摘要：介绍了电子探针传感器液滴粒度自动测量系统的改进设计，此系统适用于测量气液两相流中液 滴粒度及其分布，为气液两相流特征参数的检测研究提供了一个更加有效的手段．红外线测温仪| 温湿度仪| 红外线温度计| 露点仪| 亮度计| 温度记录仪| 温湿度记录仪| 光功率计| 粒子计数器| 粉尘计
A 液滴粒度及其分布是气液两相流的重要特征 参数之一，对其测量技术的研究越来越受到化工、 石油化工和航空等行业研究人员的普遍关注．以 前研究的测量系统将传感器的输出经由分立元件 构成的峰值保持电路、A／D板送给PC机处理，信 号处理装置体积大，测量稳定性及可靠性较差，使 测量精度和适用范围受到了限制．为此，对原测量 系统进行了改进研究，采用单片机及新型集成电 路对系统进行了智能化设计，可实现对液滴粒度 及其分布的在线实时测量，并解决上述存在的问 题(11．
1 测量机理 气液两相流中的液滴随机碰撞电子探针传感 器时，可视为一阻容串联支路与传感器电路接通， 使电路状态发生变化，进人过渡过程，每个液滴对 应一个脉冲信号．研究表明：脉冲电压的峰值Um 与液滴粒度D之间单值对应且呈线性关系(经标 定得到)，即通过测量脉冲电压峰值即可测得液滴 粒度及其分布l2 J．
2 硬件设计
2．1 系统组成框图 测量系统组成框图如图l所示，电路原理图 如图2所示．
2．2 电子探针传感器 传感器由金属探针和信号放大电路组成．探 针的材质为不锈钢针，直径0．3 mm，针体由聚四 氟乙稀管及内装不锈钢管封装固定，伸出套管外 长为30 mm．液滴碰撞探针产生的电压脉冲信号 经由集成运放构成的放大电路放大输出． 图1 测量系统组成框图
2．3 滤波电路 由于钡4试现场一般都存在较为严重的50 Hz 工频干扰，因此在传感器的输出端加人一RC零 网络滤波电路，通过选择合适的阻、容值及微调电 位器，即可将此干扰消除，以保证测量的精度．
2．4 峰值保持电路 原系统的峰值保持电路全部由分立元件构 成，元件多，电路复杂，经改进的峰保电路由采样 保持器LF398和运放CA3140两块集成芯片组 成，电路简单、可靠．当由滤波电路传来的脉冲信 号达到峰值Um时，比较器发生电平跳变，输出 低电平发出“中断”请求，单片机响应此“中断”，控 制LF398保持并输出此峰值直到下一个液滴信 号的到来，以供A／D转换．
2．5 单片机及A／D转换电路 原系统采用A／D板及PC机来完成逻辑功能 的控制及对数据的采集和存储．经改进后，系统以 89C5 l单片机为核心，A／D转换器选用ADC0809 集成芯片．A／D转换器将采集到的对应每个液滴 粒度的电压脉冲峰值进行模数转换并传送给单片 机存储，以供上位机的调用及最后的数据处理，当 达到定义的采样点数或采样时间时，一次测量结 束．单片机技术及A／D芯片的采用，较大程度上 提升了系统的整体性能和测量精度．
2．6 上位机及通讯电路 该系统增加了上、下位机之间的通讯功能， 通讯接口电路采用能在恶劣环境下工作的RS． 232串行接口电路芯片MAX202，其四个工作电 容皆为0．01 uF，单一+5 V供电，它的发射、接 收端口能耐受15 kV的静放电冲击．这样，通过 上位机友好界面的控制及上、下位机的通讯联 络，即可实现对数据的采集、存储、数值处理及 输出． 行口将各种参数和控制命令送到下位机，采样结 束时，采集到的数据传送回上位机，由上位机对数 据进行处理，求出一组数据中每个液滴的直径、平 均直径及空间分布参数，并对结果进行显示、 输出．
3 软件设计 气液两相流特征参数的电子测量 数据处理、通讯、控制界面等程序．上位机通过串
4 结 论 经过改进设计的电子探针法液滴粒度自动测 量系统，在北京化工大学流体传递研究室的课题 研究中获得了应用，表明：该系统构成简单、可靠实用，解决了以往存在的问题，为气液两相流特征 参数的检测研究提供了一个更加有效的手段．
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