一种液膜位置和波动的测量装置及基于其的测量方法-9479威尼斯

专利名称：一种液膜位置和波动的测量装置及基于其的测量方法

专利类型：发明专利

专利申请号：cn202011312616.4

专利申请（专利权）人：海口图腾新能源应用研发有限公司
权利人地址：海南省海口市秀英区白水塘路25号骏豪仕家11#商务楼10层11-1022房

专利发明（设计）人：张俊霞,王泽华

主权利要求：1.一种液膜位置和波动的测量装置，其特征在于，包括丝杆（1）、电压计（17）、电阻（20）、电源（21）、变压器（29）、第一开关（23）、固定端（30）、电机（3）和控制单元；
丝杆（1）的测点端与液膜（22）接触，非测点端依次连接电阻（20）、电源（21）、变压器（29）、第一开关（23）和固定端（30），固定端（30）固定在金属壁面上，电压计（17）并联设置在电阻（20）两端，丝杆（1）、电压计（17）、电阻（20）、电源（21）、变压器（29）、第一开关（23）及固定端（30）构成导电环路；
丝杆（1）的非测点端还与电机（3）连接，电机（3）与控制单元连接，控制单元包括cpu芯片（7），和与cpu芯片（7）分别连接的时钟电路（25）、复位电路（27）、显示屏和放大器，放大器通过接收器（16）与电位计连接；控制单元、放大器及接收器（16）集成在pc板（8）上；
接收器（16）用于接收电位计发送的电压值，放大器用于将电压信号进行放大并传送给cpu芯片（7），cpu芯片（7）根据电压信号控制电机（3）工作；时钟电路（25）用于计算相邻两次导电环路的通断时间间隔，复位电路（27）用于让电机（3）恢复到初始位置；
cpu芯片（7）还连接有第二开关（10）；
cpu芯片（7）依次通过指令线（6）、伺服控制线（5）和控制线（4）与电机（3）连接。
2.根据权利要求1所述的一种液膜位置和波动的测量装置，其特征在于，电机（3）采用步进电机。
3.根据权利要求1所述的一种液膜位置和波动的测量装置，其特征在于，cpu芯片（7）采用at89c51单片机。
4.根据权利要求1所述的一种液膜位置和波动的测量装置，其特征在于，丝杆（1）长度为150mm，测点端直径为1mm，非测点直径为5mm，丝杆（1）有效行程为100mm。
5.根据权利要求1所述的一种液膜位置和波动的测量装置，其特征在于，电源（21）采用
24v电源。
6.根据权利要求1所述的一种液膜位置和波动的测量装置，其特征在于，显示屏采用液晶显示器（12）。
7.权利要求1‑6任意一项所述一种液膜位置和波动的测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、接通第一开关（23），对控制单元进行初始化，令电机（3）复位；
s2、查看电路电压，如果无电压值，则表明丝杆（1）没有接触到液膜（22），cpu芯片（7）控制电机（3）移动，直至丝杆（1）的测电端与液膜（22）接触，导电环路导通，电位计测得电压值，并经接收器（16）发送给放大器，电压信号经放大器放大后传送给cpu芯片（7），cpu芯片（7）接收到电压信号后控制电机（3）停止移动，时钟电路（25）记录电机（3）初次位移时间，并显示在显示屏上；
s3、随着液膜（22）的波动，一段时间以后，丝杆（1）的测点端与液膜（22）不接触，导电环路断开，无电路电压，时钟电路（25）记录相邻两次导电环路的通断时间间隔，并显示在显示屏上；
同时，cpu芯片（7）再次控制电机（3）移动，直至丝杆（1）的测电端与液膜（22）接触，导电环路再次导通，cpu芯片（7）控制电机（3）停止移动，时钟电路（25）记录电机（3）第二次位移时间，并显示在显示屏上；
s4、cpu芯片（7）计算出水膜的初始距离、波动周期和液膜（22）波峰谷差，并显示在显示屏上。 说明书 : 一种液膜位置和波动的测量装置及基于其的测量方法技术领域[0001] 本发明属于流体流动和相变换热的技术领域，涉及一种液膜位置和波动的测量装置及基于其的测量方法。背景技术[0002] 在水力学工况和相变换热中，液膜位置确定，以及其波动会重要的影响水力学参数和冷凝换热参数，然而，液膜位置和波动的测量和计算一直以来是一个难题，直到目前为止，也没有一款合适的测量液膜波动的仪器。为了开展界面波动对水动力学特性和冷凝换热影响的研究。有必要发明一种操作便捷、测量精度高、响应快的可自动调节的液膜位置，及其波动的测量方法和装置。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种液膜位置和波动的测量装置及基于其的测量方法，克服目前缺少液膜波动测量仪器的缺陷。[0004] 本发明是通过以下技术方案来实现：[0005] 一种液膜位置和波动的测量装置，包括丝杆、电压计、电阻、电源、变压器、第一开关、固定端、电机和控制单元；[0006] 丝杆的测点端与液膜接触，非测点端依次连接电阻、电源、变压器、第一开关和固定端，固定端与液膜接触，电压计并联设置在电阻两端，丝杆、电压计、电阻、电源、变压器、第一开关及固定端构成导电环路；[0007] 丝杆的非测点端还与电机连接，电机与控制单元连接，控制单元包括cpu芯片，和与cpu芯片分别连接的时钟电路、复位电路、显示屏和放大器，放大器通过接收器与电位计连接；控制单元、放大器及接收器集成在pc板上；[0008] 接收器用于接收电位计发送的电压值，放大器用于将电压信号进行放大并传送给cpu芯片，cpu芯片根据电压信号控制电机工作；时钟电路用于计算相邻两次导电环路的通断时间间隔，复位电路用于让电机恢复到初始位置。[0009] 进一步，cpu芯片还连接有第二开关。[0010] 进一步，cpu芯片依次通过指令线、伺服控制线和控制线与电机连接。[0011] 进一步，电机采用步进电机。[0012] 进一步，cpu芯片采用at89c51单片机。[0013] 进一步，丝杆长度为150mm，测点端直径为1mm，非测点直径为5mm，丝杆有效行程为100mm。[0014] 进一步，电源采用24v电源。[0015] 进一步，显示屏采用液晶显示器。[0016] 本发明还公开了所述一种液膜位置和波动的测量装置的测量方法，包括以下步骤：[0017] s1、接通第一开关，对控制单元进行初始化，令电机复位；[0018] s2、查看电路电压，如果无电压值，则表明丝杆没有接触到液膜，cpu芯片控制电机移动，直至丝杆的测电端与液膜接触，导电环路导通，电位计测得电压值，并经接收器发送给放大器，电压信号经放大器放大后传送给cpu芯片，cpu芯片接收到电压信号后控制电机停止移动，时钟电路记录电机初次位移时间，并显示在显示屏上；[0019] s3、随着液膜的波动，一段时间以后，丝杆的测点端与液膜不接触，导电环路断开，无电路电压，时钟电路记录相邻两次导电环路的通断时间间隔，并显示在显示屏上；[0020] 同时，cpu芯片再次控制电机移动，直至丝杆的测电端与液膜接触，导电环路再次导通，cpu芯片控制电机停止移动，时钟电路记录电机第二次位移时间，并显示在显示屏上；[0021] s4、cpu芯片计算出水膜的初始距离、波动周期和液膜波峰谷差，并显示在显示屏上。[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：[0023] 本发明公开了一种液膜位置和波动的测量装置及其测量方法，包括丝杆、电机、pc板、cpu芯片、接收器、放大器、电阻、电压计、开关和显示器，丝杆、电压计、电阻、电源、固定端开关构成导电环路，当丝杆的测点端与液膜接通时，导电环路中会有电压，该电压被接收器接收后经放大器放大，放大后可转换为导通信号；cpu芯片通过伺服电机带动丝杆前进或后退实现导电环路的通断，从而测得相邻两次通断距离、间隔时间，来得到液膜波动的波峰和波谷距离和波动周期，该装置可以方便的安装在垂直液膜旁侧、水平液膜正上方、倾斜液膜法线方向上，来通过电机平移运动来实现丝杆与液膜的接触。该装置结构简单紧凑、成本低廉、操作安全、测量效率高。附图说明[0024] 图1为本发明的结构示意图。[0025] 其中：1为丝杆；2为接线；3为电机；4为控制线；5为伺服控制线；6为指令线；7为cpu芯片；8为pc板；9为开关线；10为第二开关；11为液晶显示器接线；12为液晶显示器；13为放大器接线；14为放大器；15为接收器接线；16为接收器；17为电压计；18为导线回路；19为电阻线；20为电阻；21为电源；22为液膜；23为第一开关；24为金属壁面；25为时钟电路；26为时钟线；27为复位电路；28为复位电路线；29为变压器；30为固定端。具体实施方式[0026] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。[0027] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0028] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：[0029] 参见图1，本发明公开了一种液膜位置和波动的测量装置，包括丝杆1、电压计17、电阻20、电源21、变压器29、第一开关23、固定端30、电机3和控制单元；丝杆1的测点端与液膜22接触，非测点端依次连接电阻20、电源21、变压器29、第一开关23和固定端30，固定端30固定在金属壁面24上，电压计17并联设置在电阻20两端，丝杆1、电压计17、电阻20、电源21、变压器29、第一开关23及固定端30构成导电环路；丝杆1的非测点端还与电机3连接，电机3与控制单元连接，控制单元包括cpu芯片7，与cpu芯片7分别连接的时钟电路25、复位电路27、显示屏和放大器，放大器通过接收器16与电位计连接；接收器16用于接收电位计发送的电压值，放大器用于将电压信号进行放大并传送给cpu芯片7，cpu芯片7根据电压信号控制电机3工作；时钟电路25用于计算相邻两次导电环路的通断时间间隔，复位电路27用于让电机3恢复到初始位置。[0030] 具体地，金属壁面24上面流动有液膜22，丝杆1用来接触液膜22与空气接触的界面，丝杆1的末端分别和接线2和导线回路18的一端相连接，接线2的另一端和电机3相连接，电机3的另一端和控制线4相连接，控制线4的另一端和伺服控制线5相互连接，伺服控制线5的另一端和指令线6相互连接；在pc板8上集成安装有cpu芯片7、开关线9、显示屏12、放大器14和接收器16，指令线6的另一端和cpu芯片7相连接，开关10通过开关线9接在cpu芯片7上，显示屏12通过液晶显示器接线11接在cpu芯片7上，放大器14通过放大器接线13接在cpu芯片7上，放大器14通过接收器接线15接在指令线6上，指令线6与电压计17相互连接。[0031] 导线回路18通过它的两个端头和丝杆1、金属壁面24相互接触构成环路，在该环路上分别安装有电压计17、第一开关23、变压器29、电源21，在电压计17两端通过电阻线19安装有电阻20。[0032] 在pc板8上设置有时钟电路25，通过时钟线26连接在cpu芯片7上；在cpu芯片7上通过复位电路线28连接着复位电路27。[0033] cpu芯片7还连接有第二开关10，用于控制电源21的通断。[0034] 本发明公开的一种位移可自动调节的液膜波动测量装置，在使用时：[0035] 当液膜22在金属金属壁面24上流动时，接通第二开关10和第一开关23，当丝杆1接触到液膜22时，18的两端分别与金属壁面24和液膜22构成导电回路，在导电回路中安装有电源21时，在电阻20的作用下，电压计17会有电压值显示，该电压值被接收器16接收后，将信号传递给放大器14，该放大信号进一步传送给cpu芯片7，然后cpu芯片7给出导通信号，传送给液晶显示器；如果丝杆1没有接触到液膜22，而是接触到空气，则导线回路18中的电压表17没有示值，该信号通过接收器16、放大器14被传送到cpu芯片7中，cpu芯片7通过指令线6传送信号给伺服控制线5，伺服控制线5将指令发送给电机3，电机3将带动丝杆1向前移动，直到碰到液膜22表面，导线回路18导通，压力计17有示值，该信号再次通过导线回路18和放大器14传送给cpu芯片7，cpu芯片7中显示导通从显示屏12中输出，由时钟电路25计算时间间隔，显示在显示屏12上，每次测量开始，复位电路27会让电机3恢复到初始位置。[0036] 该仪器适用于的可测工质为水或水溶液，该仪器适用于的可测环境温度为20～200℃，该仪器适用的可测环境压力为01～0.6mpa。[0037] 电路中电源21可采用24v电源。[0038] 变压器29可采用220v向24v或35v变压的规格，用来将220v电压转换为导电环路所需要的小电压。[0039] cpu芯片7可采用at89c51单片机，是美国atmel公司生产的带4kflash存储器的低电压、高性能coms8位微处理器。[0040] 电机3可选择功率为50w～60w，220v的微型直流松下伺服电机。电机3采用步进电机，可带动丝杆平移，平移速度可达到0.5mm/s。[0041] 显示屏12可采用飞利浦或三星液晶显示器。[0042] 该仪器采用的丝杆1长度为150mm，测点端的直径为1mm，非测点端的直径为5mm，丝杆1有效行程为100mm，可采用金属或其他导电材质加工，比如铜、不锈钢等。[0043] 固定端30可以采用与丝杆不同的金属加工。[0044] 该仪器测量时间响应小于或等于1s。[0045] 该仪器可以实现以下的测量要求：[0046] 1)测量垂直水膜、倾斜水膜、水平水膜的波动幅度；[0047] 通过将该测量装置固定安装在垂直水膜侧方来测量垂直水膜的波动幅度，通过将该测量装置固定安装在倾斜水膜法线方向来测量倾斜水膜的波动幅度，通过将该测量装置固定安装在水平水膜上方来测量水平水膜的波动幅度；通过记录丝杆1相邻两次导通的电机3移动位移来测得波动幅度。[0048] 2)测量垂直断续水流的间隔时间；[0049] 固定测量装置在垂直水流法线方向的正下方，通过测量丝杆1相邻两次导通状态的时间间隔。[0050] 3)测量垂直断续水流的直径。[0051] 固定测量装置在垂直水流法线方向的下方旁侧，然后将丝杆1在电机3的作用下平移，通过测量丝杆1相邻两次导通的距离，来获得垂直断续水流的直径。[0052] 该仪器的测量步骤：[0053] 1)固定好丝杆1，接通系统电源21，为测量装置通电，打开第二开关10和pc板8的第一开关23，对测量系统进行初始化，另电机3复位；[0054] 2)查看电路电压，如果无电压值，则表明丝杆1没有接触到液膜22，pc脉冲指令给出电机3脉冲数，电机3将发生平移，带动丝杆1平移；[0055] 3)如果测点导通，电机3停下来，记录固定端30通断时间和移动距离，在显示屏12上显示读数；[0056] 4)如果测点未导通，电机3继续前进，直到导通，记录固定端30通断时间和移动距离。[0057] 5)计算两次距离相减所得值，获得液膜22波峰谷差。[0058] 实施例1[0059] 采用本发明对垂直水膜的位置、波长、周期进行检测，将装置水平固定在距离水膜一定距离的右前方，然后调节电机3向左前方平移速度为1mm/s，32s后液晶显示屏上显示电路导通，关闭电机3，持续0.5s后，液晶显示屏上显示电路断开，继续打开电机3让电机3前移，1.3s后液晶显示屏上显示电路导通，关闭电机3。由此计算得到水膜在正前方32mm处，波动周期为3.6s，峰谷差为1.8mm。[0060] 实施例2[0061] 采用本发明对水平水膜的位置、波长、周期进行检测，将本装置垂直固定在距离水膜上方的一定距离，然后调节电机3向垂直下方平移速度为1mm/s，46.5s后液晶显示屏上显示电路导通，关闭电机3，持续0.8s后，液晶显示屏上显示电路断开，继续打开电机3让电机3垂直下移，1.7s后液晶显示屏上显示电路导通，关闭电机3。由此计算得到水膜在正下方46.5mm处，水膜波动周期为5s，峰谷差为2.5mm。

专利地区：海南

专利申请日期：2020-11-20

专利公开日期：2024-02-23

专利公告号：cn112525770b