專利名稱：數字式溫度噪聲相關流速測量裝置的制作方法
技術領域：
數字式溫度噪聲相關流速測量裝置是屬于熱工水力參量測試技術領域中測量管道流體流速的裝置。
在已有技術中，本世紀六十年代中期就出現了研究采用噪聲作為互相關信號的流速測量方法，但多數是利用超聲波為信號源來研究相關流速測量，至今在國內、外仍未形成一套利用溫度噪聲作為互相關信號的流速在線測量裝置。
在熱工水力參量測試技術領域中，對具有高溫、高壓、強輻射或強腐蝕等特性的困難流體，難以采用常規方法測量流速，本實用新型發明的目的就是為了解決對上述困難流體的流速測量，便于對測量儀表進行日常檢修，達到對這些困難流體的器(例如反應堆器)進行優化設計、精確控制和安全、經濟運行的目的。
本實用新型發明的流速測量裝置是由兩套熱電偶探頭，兩套信號放大濾波電路和8031單片機數據處理器組成，在要測量流速的管道上、下游相隔一定距離的管道中心處，分別設置兩只熱電偶探頭，利用熱電偶探測出流體流動時固有的溫度噪聲所產生的隨機信號，通過放大濾波電路將此信號進行放大、調制、濾波后變成方波信號送到單片機數據處理器。在單片機內通過比較上、下游流動溫度噪聲信號的相似性，采用過零極性相關算法，實時進行相關處理，以確定溫度脈動信號在上、下游熱電偶之間的傳遞時間，可直接顯示出管道中心線上流體的流速。
圖1是數字式溫度噪聲相關流速測量裝置原理框圖圖中1是熱電偶探頭，2是放大濾波電路，3是8031單片機數據處理器，4是測量流速的管道。
圖2是熱電偶探頭結構原理圖圖中5是熱電偶絲，6是絲網屏蔽層，7是銅套管，8是不銹鋼針狀套管，9是塑料套管。
圖3是放大濾波電路結構原理圖圖中10是運算放大器，11是一階無源低通濾波器，12是載波等幅信號發生器，13是調制電路，14是隔調離變壓器，15是二階有源濾波器，16是電源。
圖4是8031單片機數據處理器結構原理圖圖中17是并行接口8155，18是鍵盤顯示電路8279，19是鍵盤(KEY)，20是數碼顯示管(KED)，21是EPROM2764，22是RAM6264，23是8031CPU，24是驅動器74LS373。
本實用新型的具體實施是該流速測量裝是由兩套熱電偶探頭1，兩套放大濾波電路2和8031單片機數據處理器3組成。熱電偶探頭1中直徑為0.1mm，外表面涂有聚烯亞胺涂層的熱電偶絲5套在用不銹鋼針頭做成的外徑為0.53mm，長100mm的針狀套管8內，在針狀套管8外面套有外徑為4mm的銅套管7，在熱電偶探頭1輸出端加有絲網屏蔽層6，其正、負極輸線上套有塑料管9，熱電偶探頭1采用銅塊冷端補償。
放大濾波電路2是由兩套運算放大器10，一階無源低通濾波器11，載波等幅信號發生器12，調制電路13，隔離變壓器14，兩套二階有源濾波器15和兩套穩壓電源16組成。放大倍數均為1000倍的兩只運算放大器10分別置于放大濾波電路2的輸入和輸出處，隔離變壓器14將放大、濾波電路2分成前后兩部分，這兩部分無公共地線并且使用各自的獨立電源16供電。這樣就能有效地克服共模干擾，并能防止由熱電偶帶電而對后級儀器設備造成的不良影響。
8031單片機數據處理器3是測量裝置數據處理和顯示部分，由并行接口815517，鍵盤顯示電路827918，鍵盤(KEY)19，數碼顯示管(LED)20，EPROM276421，RAM626422，8031CPU23驅動器74LS37324等組成。
兩只熱電偶探頭1分別置于測量流速管道4上、下游一定距離的管道中心處。上、下游兩熱電偶測點間距離是根據測量流速管道4的管徑和雷諾數Re值來確定。熱電偶探頭1探測出流體在管道內流動時產生的溫度噪聲隨機信號Sx(t)和Sy(t)，該信號通過放大濾波電路2進行放大、調制濾波后變成相應的方波信號x(t)，y(t)后送到8031單片機數據處理器3內，采用過另極性相關算法，通過比較上、下游流動溫度噪聲信號x(t)和y(t)的相似性，進行實時互相關處理，確定溫度脈動信號在上、下游熱電偶之間的傳遞時間，而測出測量管道中心線處流體的流速，由數碼管20作出實時數字顯示。
該裝置能對湍流區(Re＞3300)的單相流體的流速進行實時相關測量，該裝置對流場干擾小，具有較強的靈活性，特別適用于高溫、高壓、強輻射、強腐蝕特性的困難流體流速或流量的測量。
權利要求1.一種由兩只熱電偶探頭1，兩只放大濾波電路2和8031單片機數據處理器3組成的數字式溫度噪聲相關流速測量裝置，其特征在于熱電偶探頭1的熱電偶絲5套在不銹鋼針頭做成的針狀套管8內，在針狀套管8外面套有銅套管7，在熱電偶探頭1輸出端加有絲網屏蔽層5、其輸出的正負極線上套有塑料管9。放大濾波電路2是由兩只運算放大器10，一階無源低通濾波器11，載波等幅信號發生器12，調制電路13、隔離變壓器14，兩只二階有源濾波器15和兩只穩壓電源16組成，8031單片機數據處理器3是由并行接口81551 7，鍵盤顯示電路827918，鍵盤(KEY)19，數碼顯示管(LED)20，EPROM276421，RAM626422、8031CPU23驅動器74LS37324等組成。
2.由權利要求1所述的數字式溫度噪聲相關流速測量裝置，其特征在于熱電偶絲5的直徑為0.1mm，熱電偶絲5的外表面涂有聚烯亞胺涂層，不銹鋼針頭套管8的外徑為0.53mm，長為100mm，銅套管7外徑為4mm，熱電偶探頭1的冷端采用銅塊冷端補償。
3.由權利要求1所述的數字式溫度噪聲相關流速測量裝置，其特征在于兩只放大倍數均為1000倍的運算放大器10分別置于放大濾波電路2的輸入和輸出處，隔離變壓器14將放大濾波電路2分成前后兩部分，兩部分無公共地線，分別由兩只獨立供電電源116供電。
專利摘要數字式溫度噪聲相關流速測量裝置是屬于熱工水力參量測試技術中測量管道流體流速的設備,該裝置是由兩只熱電偶探頭1,兩只放大濾波電路2和單片機數據處理器3組成,在單片機數據處理系統內,對由兩只熱電偶探頭1探測到并經放大濾波電路2放大濾波后的管道上、下游溫度噪聲信號進行實時相關處理后顯示出流速或流量,該裝置對流場干擾小、具有較強的靈活性,特別適用于高溫、高壓、強輻射、強腐蝕特性的困難流體流速的測量。
文檔編號G01P5/10GK2276162SQ96229970
公開日1998年3月11日 申請日期1996年5月24日 優先權日1996年5月24日
發明者徐濟鋆, 張琴舜, 戴正熙, 翁羿浩, 宗慎言 申請人:上海交通大學