[实用新型]一种测量掺气浓度的传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于水电工程水力学原型观测领域，具体涉及一种测量掺气浓度的传感器。

背景技术

对于水利水电工程泄水建筑物而言，泄槽是约束和引导水流的通道，当泄槽水流流速较高时，泄水建筑物混凝土表面容易发生空蚀破坏，通常的解决方案是在泄槽内设置底部掺气设施和侧壁掺气设施，利用掺气设施的作用强迫高速水流掺气，以达到减免空蚀破坏的目的。水流掺气浓度是衡量掺气设施有效性的重要指标。根据电导率测量仪的工作原理，我们可以通过测量清水的电导率和掺气水流的电导率，然后求算清水电阻和掺气电阻，进而计算水流的掺气浓度。

麦克斯韦尔提出了计算两种不同电阻率材料的整个圆球电阻率的计算模型，将电阻率计算公式应用于掺气水流中，取空气的电阻率为无穷大，得到掺气水流中掺气浓度的计算公式C：

其中，C为掺气浓度；R₀为不含气泡的清水电阻(零值电阻)；R_c为掺气电阻。

我国幅员辽阔，各个地区河道水体中的电解质含量各不相同，水流的电导率差异很大，对电导率传感器的灵敏度提出了很高的要求。影响传感器灵敏度的主要因素有极片面积或两个极片相邻边的线性长度，面积越大或线性长度越长，传感器的灵敏度越高。目前，测量水流掺气浓度的传感器由两个平行的电极片构成，极板平面向上，如图1所示。在传感器外周尺寸一定的条件下，长方形电极片难以有效增加线形长度，灵敏度难以提高；长方形极片传感器有较强的方向性，安装传感器时极片的长边方向应与水流方向平行，对于同一个测点而言，由于水力条件的不同，水流的方向是不完全相同的，长方形极片传感器不能适应水流方向的变化；传感器的测量区域为两个电极片的外包络线所包围的区域，区域狭长，代表性不强。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种使用方便、测量精度高的测量水流掺气浓度的传感器，减小测量误差。

本实用新型的技术方案为：一种测量掺气浓度的传感器，包括本体，所述本体内设置有圆柱形电极和圆环形电极，所述圆柱形电极和圆环形电极的中心轴线重合，所述圆柱形电极的直径小于圆环形电极的内径；所述圆柱形电极和圆环形电极各自与一根相应的引出线连接。

进一步地，所述圆柱形电极和圆环形电极的上端均与本体的上表面平齐。

进一步地，所述圆柱形电极和圆环形电极均由石墨制成。

优选地，所述石墨的肖氏硬度不小于60。

进一步地，所述圆柱形电极的直径为20～30mm，长度为30～50mm；

进一步地，所述圆环形电极的内径为40～50mm，外径为40～60mm，长度为30～50mm。

进一步地，所述本体为圆柱形，本体的直径为50～70mm，长度为50～100mm。

进一步地，所述本体由绝缘材料制成。

优选地，所述绝缘材料为环氧树脂、聚酯、聚氨酯、有机硅树脂中的一种或多种。

本实用新型的测量方法是：首先将本实用新型的传感器与已标定的电导率传感器或氯化钾标准溶液进行比对测量，建立本实用新型的传感器与已标定的电导率传感器的对应关系；将本实用新型的传感器本体埋置在混凝土内，传感器本体上端面与混凝土表面齐平。实际测量时，采集传感器的电导率动态数据样本，然后根据对应关系对数据样本进行修正，经过统计分析求取掺气电阻、清水电阻，最后用麦克斯韦尔公式计算水流的掺气浓度。

本实用新型的创新之处在于，将传感器本体直接埋置在混凝土内，一次性安装完成，无需后期装配；传感器本体外周尺寸较小，且与混凝土构成一个整体，不会成为空化源，对泄水建筑物无不利影响；另外，本实用新型采用了圆柱形电极和圆环形电极，可以适应任意不同的水流方向，同时传感器现场安装不受方向限制，更加便利；本实用新型的传感器的测量区域为圆环形电极的外圆所包围的区域，相对于长方形电极的狭长区域，测量域更广，代表性更强，可减小随机测量误差；在传感器本体外周尺寸一定的条件下，圆柱形和圆环形的电极型式能够最大限度地增加圆柱形电极的直径，从而增大圆柱形电极和圆环形电极之间有效的露置的线性长度，提高电导率量测值，降低零值电阻，从而提高传感器的灵敏度。