[实用新型]数字式温度噪声相关流速测量装置

说明书

数字式温度噪声相关流速测量装置是属于热工水力参量测试技术领域中测量管道流体流速的装置。

在已有技术中，本世纪六十年代中期就出现了研究采用噪声作为互相关信号的流速测量方法，但多数是利用超声波为信号源来研究相关流速测量，至今在国内、外仍未形成一套利用温度噪声作为互相关信号的流速在线测量装置。

在热工水力参量测试技术领域中，对具有高温、高压、强辐射或强腐蚀等特性的困难流体，难以采用常规方法测量流速，本实用新型发明的目的就是为了解决对上述困难流体的流速测量，便于对测量仪表进行日常检修，达到对这些困难流体的器(例如反应堆器)进行优化设计、精确控制和安全、经济运行的目的。

本实用新型发明的流速测量装置是由两套热电偶探头，两套信号放大滤波电路和8031单片机数据处理器组成，在要测量流速的管道上、下游相隔一定距离的管道中心处，分别设置两只热电偶探头，利用热电偶探测出流体流动时固有的温度噪声所产生的随机信号，通过放大滤波电路将此信号进行放大、调制、滤波后变成方波信号送到单片机数据处理器。在单片机内通过比较上、下游流动温度噪声信号的相似性，采用过零极性相关算法，实时进行相关处理，以确定温度脉动信号在上、下游热电偶之间的传递时间，可直接显示出管道中心线上流体的流速。

图1是数字式温度噪声相关流速测量装置原理框图

图中1是热电偶探头，2是放大滤波电路，3是8031单片机数据处理器，4是测量流速的管道。

图2是热电偶探头结构原理图

图中5是热电偶丝，6是丝网屏蔽层，7是铜套管，8是不锈钢针状套管，9是塑料套管。

图3是放大滤波电路结构原理图

图中10是运算放大器，11是一阶无源低通滤波器，12是载波等幅信号发生器，13是调制电路，14是隔调离变压器，15是二阶有源滤波器，16是电源。

图4是8031单片机数据处理器结构原理图

图中17是并行接口8155，18是键盘显示电路8279，19是键盘(KEY)，20是数码显示管(KED)，21是EPROM2764，22是RAM6264，23是8031CPU，24是驱动器74LS373。

本实用新型的具体实施是该流速测量装是由两套热电偶探头1，两套放大滤波电路2和8031单片机数据处理器3组成。热电偶探头1中直径为0.1mm，外表面涂有聚烯亚胺涂层的热电偶丝5套在用不锈钢针头做成的外径为0.53mm，长100mm的针状套管8内，在针状套管8外面套有外径为4mm的铜套管7，在热电偶探头1输出端加有丝网屏蔽层6，其正、负极输线上套有塑料管9，热电偶探头1采用铜块冷端补偿。

放大滤波电路2是由两套运算放大器10，一阶无源低通滤波器11，载波等幅信号发生器12，调制电路13，隔离变压器14，两套二阶有源滤波器15和两套稳压电源16组成。放大倍数均为1000倍的两只运算放大器10分别置于放大滤波电路2的输入和输出处，隔离变压器14将放大、滤波电路2分成前后两部分，这两部分无公共地线并且使用各自的独立电源16供电。这样就能有效地克服共模干扰，并能防止由热电偶带电而对后级仪器设备造成的不良影响。

8031单片机数据处理器3是测量装置数据处理和显示部分，由并行接口815517，键盘显示电路827918，键盘(KEY)19，数码显示管(LED)20，EPROM276421，RAM626422，8031CPU23驱动器74LS37324等组成。

两只热电偶探头1分别置于测量流速管道4上、下游一定距离的管道中心处。上、下游两热电偶测点间距离是根据测量流速管道4的管径和雷诺数Re值来确定。热电偶探头1探测出流体在管道内流动时产生的温度噪声随机信号Sx(t)和Sy(t)，该信号通过放大滤波电路2进行放大、调制滤波后变成相应的方波信号x(t)，y(t)后送到8031单片机数据处理器3内，采用过另极性相关算法，通过比较上、下游流动温度噪声信号x(t)和y(t)的相似性，进行实时互相关处理，确定温度脉动信号在上、下游热电偶之间的传递时间，而测出测量管道中心线处流体的流速，由数码管20作出实时数字显示。

该装置能对湍流区(Re＞3300)的单相流体的流速进行实时相关测量，该装置对流场干扰小，具有较强的灵活性，特别适用于高温、高压、强辐射、强腐蚀特性的困难流体流速或流量的测量。