全文摘要
本实用新型涉及气固或液固两相流测量技术领域，公开一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其包括：探头，其包括探头本体、光源管和信号耦合管；电路板；光源管，其电连接在电路板上且正对光源管设置；光电管，其电连接在电路板上且正对信号耦合管设置；信号接收件，其与电路板连接；端盖，信号接收件固定连接在端盖上。本实用新型公开的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针结构紧凑、使用方便，光源管发出的光通过光源耦合管进入探头本体，进而传输至固体颗粒，固体颗粒反射光到信号耦合管，光电管接收光信号并转为电信号传输到电路板，电路板将电信号传送至信号接收件进而测得固体颗粒的运动速度。
主设计要求
1.一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，包括：探头(1)，所述探头(1)包括探头本体和位于所述探头本体一端的光源耦合管(17)和信号耦合管(18)；电路板(2)；光源管(3)，所述光源管(3)电连接在所述电路板(2)上且正对所述光源耦合管(17)设置；光电管(4)，所述光电管(4)电连接在所述电路板(2)上且正对所述信号耦合管(18)设置，所述光电管(4)被配置为接收所述信号耦合管(18)传送的光信号并将所述光信号转换为电信号；信号接收件(5)，所述信号接收件(5)与所述电路板(2)连接，且所述信号接收件(5)被配置为接收所述电信号；端盖(7)，所述端盖(7)限定出第一腔室(71)，所述信号接收件(5)固定连接在所述端盖(7)上，所述光源管(3)的一端位于所述第一腔室(71)内。
设计方案
1.一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，包括：
探头(1)，所述探头(1)包括探头本体和位于所述探头本体一端的光源耦合管(17)和信号耦合管(18)；
电路板(2)；
光源管(3)，所述光源管(3)电连接在所述电路板(2)上且正对所述光源耦合管(17)设置；
光电管(4)，所述光电管(4)电连接在所述电路板(2)上且正对所述信号耦合管(18)设置，所述光电管(4)被配置为接收所述信号耦合管(18)传送的光信号并将所述光信号转换为电信号；
信号接收件(5)，所述信号接收件(5)与所述电路板(2)连接，且所述信号接收件(5)被配置为接收所述电信号；
端盖(7)，所述端盖(7)限定出第一腔室(71)，所述信号接收件(5)固定连接在所述端盖(7)上，所述光源管(3)的一端位于所述第一腔室(71)内。
2.根据权利要求1所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述信号接收件(5)包括信号插座(51)和信号接收件本体(53)，所述信号插座(51)与所述电路板(2)电连接。
3.根据权利要求2所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述信号插座(51)的一端设有导线(52)，所述导线(52)焊接在所述电路板(2)上。
4.根据权利要求1所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针还包括探头座(6)，所述探头座(6)与所述端盖(7)固定连接，所述探头座(6)限定出第二腔室(61)、光源耦合孔(62)及信号耦合孔(63)，所述光源耦合孔(62)和所述信号耦合孔(63)分别与所述第二腔室(61)连通，所述探头(1)穿过所述第二腔室(61)且所述光源耦合管(17)伸入所述光源耦合孔(62)的一端，所述光源管(3)伸入所述光源耦合孔(62)的另一端，至少部分所述信号耦合管(18)伸入所述信号耦合孔(63)，所述光电管(4)位于所述信号耦合孔(63)的另一端。
5.根据权利要求4所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述信号耦合孔(63)包括第一信号耦合孔(631)和第二信号耦合孔(632)，所述第一信号耦合孔(631)靠近所述第二腔室(61)设置，且所述第一信号耦合孔(631)的直径小于所述第二信号耦合孔(632)的直径，至少部分所述信号耦合管(18)穿过所述第一信号耦合孔(631)伸入所述第二信号耦合孔(632)内，所述光电管(4)位于所述第二信号耦合孔(632)内。
6.根据权利要求4所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述光源耦合孔(62)的中心轴线及所述信号耦合孔(63)的中心轴线均与所述探头座(6)的中心轴线平行，且所述信号耦合孔(63)的直径大于所述信号耦合管(18)的直径。
7.根据权利要求4所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述探头座(6)靠近所述端盖(7)的一端设有若干安装孔，若干所述安装孔沿所述端盖(7)的端面周向分布，连接杆(8)的一端固定在安装孔内，另一端与所述电路板(2)固定连接。
8.根据权利要求4所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述探头座(6)靠近所述端盖(7)的一端设有凹槽(65)，所述凹槽(65)沿所述探头座(6)的外壁周向设置以使至少部分所述探头座(6)伸入所述第一腔室(71)内。
9.根据权利要求1至8任一项所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述光源管(3)为发光管或者激光管。
10.根据权利要求1至8任一项所述的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，其特征在于，所述信号耦合管(18)的个数为两个，两个所述信号耦合管(18)并列设于所述探头本体的一端。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及气固或液固两相流测量技术领域，尤其涉及一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针。
背景技术
气固或液固流态化在工业生产中起着重要的作用，气固流态化与生产过程的节能、降耗和开发新工艺过程密切相关，已在化工、石油、制药、农业、食品、发电等工业得到广泛应用。液固流化床以液体为流化介质，与生产过程的离子交换、吸收和催化裂化过程密切相关，已应用于湿法冶金、选矿、化工、石油化工、生物化工、离子交换、聚合反应、吸收等领域。因此，流化床反应器中的流动特性一直都是研究热点，对流化床中固体颗粒速度、气固两相空隙率、液固两相空隙率等特征参数的准确测量，对于流化床内的流动行为、轴向及径向混合、传热、传质特性的研究具有重要意义。
颗粒参数的测试方法大致分为两类：一类是非接触式，主要有激光多普勒测速仪(LDV)和粒子图像测速技术(PIV)，激光多普勒测速仪的测量精度高、响应快，但不适用于测量高浓度和较大颗粒的运动速度，且在测量前期需进行复杂的标定，对实验环境也有较高的要求；粒子图像测速技术具有实验速度快、效率高、可测的速度范围大、可对整个区域内的二维或三维流场进行无干扰测量，但也不适用高浓度和较大颗粒运动速度的测量，并且价格昂贵。另一类是接触式，常用的有光纤颗粒速度探头测量以及冲击力法、等速采样法和热平衡法等测量，上述方式存在的共同缺点是测量精度不高。
这些方法中大多检测方法都还处在实验室应用研究阶段，己商品化的为数很少。
实用新型内容
基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，能够测量高浓度颗粒运动速度，结构紧凑、使用方便。
为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，包括：电路板；探头，所述探头包括探头本体和位于所述探头本体一端的光源耦合管和信号耦合管；光源管，所述光源管电连接在所述电路板上且正对所述光源耦合管设置；光电管，所述光电管电连接在所述电路板上且正对所述信号耦合管设置，所述光电管被配置为接收所述信号耦合管传送的光信号并将所述光信号转换为电信号；信号接收件，所述信号接收件与所述电路板连接，且所述信号接收件被配置为接收所述电信号；端盖，所述端盖限定出第一腔室，所述信号接收件固定连接在所述端盖上，所述光源管的一端位于所述第一腔室内。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述信号接收件包括信号插座和信号接收件本体，所述信号插座与所述电路板电连接。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述信号插座的一端设有导线，所述导线焊接在所述电路板上。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针还包括探头座，所述探头座与所述端盖固定连接，所述探头座限定出第二腔室、光源耦合孔及信号耦合孔，所述光源耦合孔和所述信号耦合孔分别与所述第二腔室连通，所述探头穿过所述第二腔室内且所述光源耦合管伸入所述光源耦合孔的一端，所述光源管伸入所述信号耦合孔内，至少部分所述信号耦合管伸入所述信号耦合孔的一端，所述光电管位于所述信号耦合孔的另一端。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述信号耦合孔包括第一信号耦合孔和第二信号耦合孔，所述第一信号耦合孔靠近所述第二腔室设置，且所述第一信号耦合孔的直径小于所述第二信号耦合孔的直径，至少部分所述信号耦合管穿过所述第一信号耦合孔伸入所述第二信号耦合孔内，所述光电管位于所述第二信号耦合孔内。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述光源耦合孔的中心轴线及所述信号耦合孔的中心轴线均与所述探头座的中心轴线平行，且所述信号耦合孔的直径大于所述信号耦合管的直径。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针还包括端盖，所述端盖限定出第一腔室，所述端盖与所述探头座固定连接，所述信号接收件固定连接在所述端盖上，所述光源管的一端位于所述第一腔室内。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述探头座靠近所述端盖的一端设有若干安装孔，若干所述安装孔沿所述端盖的端面周向分布，连接杆的一端固定在安装孔内，另一端与所述电路板固定连接，所述电路板位于所述第一腔室内。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述探头座靠近所述端盖的一端设有凹槽，所述凹槽沿所述探头座的外壁周向设置以使至少部分所述探头座伸入所述第一腔室内。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述光源管为发光管或者激光管。
作为一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的优选方案，所述信号耦合管的个数为两个，两个所述信号耦合管并列设于所述探头本体的一端。
本实用新型的有益效果为：本实用新型公开的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针结构紧凑、使用方便，将信号接收件固定连接在端盖上，光源管的一端伸入第一腔室内，光源管发出的光通过光源耦合管进入探头本体，进而传输至固体颗粒，固体颗粒反射光到信号耦合管，光电管接收光信号并转为电信号传输到电路板，电路板将电信号传送至信号接收件，信号接收件将接收到的电信号进行分析，最终测得固体颗粒的运动速度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型具体实施例提供的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针的拆分结构的剖视图；
图2是本实用新型具体实施例提供的探头(套管未示出)的结构示意图；
图3是本实用新型具体实施例提供的探头(套管未示出)的剖视图；
图4是图2在一个位置的径向截面剖视图；
图5是图2在另一个位置的径向截面剖视图；
图6本实用新型具体实施例提供的探头的结构示意图；
图7是本实用新型具体实施例提供的探头座在一个方向上的示意图；
图8是本实用新型具体实施例提供的探头座在另一个方向上的示意图；
图9是本实用新型具体实施例提供的探头座的剖视图；
图10是本实用新型具体实施例提供的端盖的剖视图。
图中：
1、探头；11、探针杆；12、探针头管；13、基座；131、第一螺纹孔；14、光纤束；141、发射光纤；142、接收光纤；15、套管；16、连接件；17、光源耦合管；18、信号耦合管；19、封盖；
2、电路板；
3、光源管；
4、光电管；
5、信号接收件；51、信号插座；52、导线；53、信号接收件本体；
6、探头座；61、第二腔室；62、光源耦合孔、63、信号耦合孔；631、第一信号耦合孔；632、第二信号耦合孔；64、固定孔；65、凹槽；66、第二螺纹孔；67、第三螺纹孔；
7、端盖；71、第一腔室；72、第四螺纹孔；73、第五螺纹孔；74、第六螺纹孔；
8、连接杆。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实施例提供一种气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针，如图1至图10所示，包括电路板2、探头1、光源管3、光电管4、端盖7及信号接收件5，探头1包括探头本体和位于探头本体一端的光源耦合管17和信号耦合管18，光源管3、光电管4及信号接收件5分别与电路板2电连接，光源耦合管17正对光源管3设置，光电管4正对信号耦合管18设置，光电管4被配置为接收信号耦合管18传送的光信号并将光信号转换为电信号，信号接收件5被配置为接收电信号。具体地，本实施例的光源管3为发光管，当然，在本实用新型的其他实施例中，光源管3还可以为激光管，具体根据实际需要设置。端盖7限定出第一腔室71，信号接收件5固定连接在端盖7上，光源管3的一端位于第一腔室71内。
本实施例提供的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针结构紧凑、使用方便，将信号接收件5固定连接在端盖7上，光源管3的一端伸入第一腔室71内，光源管3发出的光通过光源耦合管17进入探头本体，进而传输至固体颗粒，固体颗粒反射光到信号耦合管18，光电管4接收光信号并转为电信号传输到电路板2，电路板2将电信号传送至信号接收件5，信号接收件5将接收到的电信号进行分析，最终测得固体颗粒的运动速度。
如图2至图6所示，本实施例的探头本体包括探针杆11、探针头管12、基座13、光纤束14及连接件16。其中，本实施例中探针杆11为直线探针杆，连接件16为阶梯杆，探针头管12设有多个，连接件16的小径段插入探针杆11内，另一端伸出探针杆11，并将探针杆11与连接件16密封连接。为了避免连接件16的设置对测量固体颗粒的速度造成影响，连接件16的大径段的外径小于探针杆11的外径且大于探针杆11的内径。连接件16上设有安装孔，探针头管12与安装孔对应设置，每个探针头管12的一端通过对应的安装孔插入探针杆11内。
在本实施例中，基座13的一端连接于探针杆11的另一端，基座13的另一端设有光源耦合端口及与探针头管12一一对应的信号耦合端口，在本实施例中，探针杆11的一端插入基座13内，基座13的周向侧壁设有三个第一螺纹孔131，三个第一螺纹孔131沿基座13的周向均匀分布，锁紧件穿过第一螺纹孔131并抵接于探针杆11外壁，锁紧件与基座13螺纹连接，通过旋拧锁紧件实现探针杆11与基座13之间的连接。
如图4所示，光纤束14与探针头管12一一对应，每个光纤束14的一端包裹于探针头管12内，每个光纤束14的发射光纤141均通过光源耦合端口从基座1引出并由一个光源管3照射，每个光纤束14的接收光纤142分别通过对应的信号耦合端口从基座1引出。本实施例采用多个光纤束14与探针头管12形成的探针头部结构插入气液两相流或气固两相流中，采集多个光纤信号可以测量得到位于速度测量探头1的头部的固体颗粒的二维运动速度，提高测量精度以及对固体颗粒的反应灵敏度，实现对高浓度颗粒运动速度的测量；而且本实施例提供的探头1结构简单，测量成本低。
如图5所示，上述探头本体还包括套管15和封盖19，套管15套设于探针杆11外并使探针杆11连接探针头管12的一端伸出套管15。光源耦合管17和信号耦合管18均设于封盖19上，信号耦合管18的个数为两个，光源耦合管17的个数为一个，两个信号耦合管18和一个光源耦合管17并列设于封盖19上。优选地，上述光源耦合管17和信号耦合管18均采用不锈钢材料制成，光源耦合管17与封盖19、信号耦合管18与封盖19以及封盖19与基座13均密封连接。其中，上述光源耦合管17的中心轴线方向、信号耦合管18的中心轴线方向与基座13的延伸方向平行。
具体地，如图1、图7至图9所示，本实施例的气固或液固两相流中固体颗粒的速度测量探针还包括探头座6，探头座6与端盖7固定连接，探头座6限定出第二腔室61、光源耦合孔62及信号耦合孔63，光源耦合孔62及信号耦合孔63中间隔开，光源耦合孔62的中心轴线及信号耦合孔63的中心轴线均与探头座6的中心轴线平行，光源耦合孔62和信号耦合孔63分别与第二腔室61连通。探头1穿过第二腔室61且光源耦合管17伸入光源耦合孔62的一端，光源管3的一端穿过电路板2并伸入光源耦合孔62的另一端，光源管3的另一端位于第一腔室71内，信号耦合管18伸入信号耦合孔63的一端，光电管4伸入信号耦合孔63的另一端。进一步地，本实施例的信号耦合孔63由同中心轴线的第一信号耦合孔631和第二信号耦合孔632组成，其中，第一信号耦合孔631靠近第二腔室61设置，且第一信号耦合孔631的直径小于第二信号耦合孔632的直径，至少部分信号耦合管18穿过第一信号耦合孔631伸入第二信号耦合孔632内，光电管4嵌入第二信号耦合孔632内。为了避免光源耦合孔62对信号端的光串扰，本实施例的第一信号耦合孔631的直径略微大于信号耦合管18的直径，第二信号耦合孔632的直径和与其耦合的光电管4的外径适合。
为了实现探头1与探头座6的固定连接，在探头座6上设有三个沿探头座6周向均匀分布的第二螺纹孔66，如图9所示，第二螺纹孔66的中心轴线与探头座6的中线轴线垂直，将探头1插入探头座6内后，使用螺丝穿过第二螺纹孔66并抵接在探头1上，实现探头1与探头座6的固定连接。当然，在本实用新型的其他实施例中，第二螺纹孔66的个数并不限于本实施例的三个，还可以为一个、两个或者其他个数，具体根据实际需要设置。
具体地，如图9和图10所示，探头座6靠近端盖7的一端设有凹槽65，凹槽65沿探头座6的外壁周向设置以使至少部分探头座6伸入第一腔室71内，实现端盖7与探头座6的初步定位。探头座6沿周向设有三个第三螺纹孔67，三个第三螺纹孔67均位于凹槽65上，端盖7上设有与第三螺纹孔67对应的第四螺纹孔72，紧固件依次穿过第四螺纹孔72和第三螺纹孔67，实现端盖7与探头座6的固定连接，紧固件可以为螺丝或者顶丝。当然，在本实用新型的其他实施例中，第三螺纹孔67和第四螺纹孔72的个数并不限于本实施例的三个，还可以为一个、两个或者其他个数，具体根据实际需要设置。
如图1所示，本实施例的信号接收件5包括信号插座51和信号接收件本体53，信号插座51的一端设有导线52，导线52的一端焊接在电路板2上，另一端与信号插座51连接，以实现信号插座51与电路板2电连接。本实施例的端盖7上设有第五螺纹孔73和第六螺纹孔74，第五螺纹孔73的中心轴线和第六螺纹孔74的中心轴线垂直，信号插座51的外侧的一端设有与第五螺纹孔73的内螺纹配合的外螺纹，安装时，将信号插座51旋入第五螺纹孔73，紧固件穿过第六螺纹孔74并抵接于信号插座51，实现信号插座51与端盖7的固定连接。优选地，本实施例的信号接收件本体53为测量仪器或电脑等设备，用来接收信号插座51传输的电信号。
本实施例的探头座6靠近端盖7的一端设有四个固定孔64，如图8所示，四个固定孔64沿端盖7的端面周向分布，连接杆8的一端固定在固定孔64内，另一端与电路板2固定连接，电路板2位于第一腔室71内，本实施例的连接杆8为铜柱。当然，在本实用新型的其他实施例中，固定孔64的个数并不限于本实施例的四个，还可以为一个、两个或者其他个数，具体根据实际需要设置。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921543377.6
申请日:2019-09-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209690349U
授权时间:20191126
主分类号:G01P5/26
专利分类号:G01P5/26
范畴分类:31D;
申请人:中国科学院过程工程研究所;南京九章化工科技有限公司
第一申请人:中国科学院过程工程研究所
申请人地址:100190 北京市海淀区中关村北二条1号
发明人:李媛媛;杨超;张贺森;张伟鹏;梁爽;李峥;李国征;毛在砂
第一发明人:李媛媛
当前权利人:中国科学院过程工程研究所
代理人:胡彬
代理机构:11332
代理机构编号:北京品源专利代理有限公司 11332
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：光电管论文;