[发明专利]一种水电导掺气测量仪

摘要

本发明涉及一种水电导掺气测量仪，包括：设定和规范电导池的电极，电极与信号获取电路连接，信号获取电路与基准校正电路连接，基准校正电路与信号输出电路、A/D转换电路连接，A/D转换电路与运算电路连接，运算电路与显示电路。本发明通过假定液态水和空气是各自具备固有导电特质的无限均匀介质，一定条件下二者既能按任意体积配比混匀形成均质导体，又能自由分离成相互独立的原始状态。在一对相对平行、尺度固定的平面电极所规范的电导池内形成均匀微弱电场，推导出均匀掺混的气水两相流体的综合电导正相关于气水两相流体中水相介质的体积。建立的一个通过电导比计算线性体积掺气浓度的公式，不但提高了计算的准确性，而且大大简化了计算过程。

主权项

1.一种水电导掺气测量仪，其特征在于，包括：设定和规范电导池的电极，所述的电极与信号获取电路连接，所述的信号获取电路与基准校正电路连接，所述基准校正电路与信号输出电路、A/D转换电路连接，所述A/D转换电路与进行运算的运算电路连接，所述运算电路与显示电路连接，其中：C_L为线性掺气浓度；G_c为带肉眼显见空气泡的混合介质的电导；G₀为清水的电导，所述的公式基于如下设定：基于气体的可压缩性，以空气泡在常温水域时的基本物理属性，完全服从于理想弹性气体的基本运动规律为假定条件；根据掺气浓度的定义：单位体积的气水两相流体中气相体积占两相流体总体积的体积百分比；这一定义的要义是掺气浓度量值，既具有鲜明而准确的物理意义，又直接体现了两相流体的综合密度变化；必须择取绝对压强参照系的零为基点；首先，液态水和常态的空气，二者都是各向无限均匀的导电介质，且二者各有不同的导电特性；第二，液态水和常态空气这两种介质，二者既能够自由分离为相互独立的原始状态，又能按任意的体积配比相互掺混成为各向无限细微的均匀状态，形成一均质的导体；将混合物中水与气的各自独立成份假想为可相间排列的、在分层厚度上可无限均匀细微的叠合状态；亦即，在电导池有限电场尺度范围，单个气泡的体积可以作为上述假定状态的等效表现来理解；第三，电导检测所使用的交变电场为1伏特以下的均匀弱电场；所述的公式的推导为：假设由一对等面积A及固定间距L的相对立的平行电极组成一个固定的电导池，假设该电导池内可以气、水两种具备某特征电导值的均匀介质，单独填充或二者的均匀混合物来完全填充；当液态水充满全电导池时，其对应的电导设为G₀，且：                                       (1)当空气充满全电导池时，其对应的电导设为G_aF，且：                                             (2)其中， k_W为液态水的电导率，k_a为空气的电导率，以下字母脚标中a均代表空气w均代表水；参照固态导体并联合成电阻关系式：                             (3)其中：脚标1、2指代的是两个并联电阻的计算通式；当液态水和空气按某种比例混匀并充满该电导池时，其复合电导为G_c，即液态或气态混合流体合成电导关系式：                             (4)对于某种定比例混合的两种流态介质而言，依据前面对无限均匀混合与可有效分离假定，电导池电极的总面积A一定时，可以等效的分离面积来描述；即：A= A_W + A_a；其中，A_W、A_a分别代表清水和空气两种流质所浸占有效电极的分面积；定比例混合流质的合成电导可表述为：                               (5)其中，k_W、 k_a分别代表清水介质和空气介质的电导率，假定在弱电场条件下的空气电导率为0，亦即：k_a=0，则：         (6)根据体积掺气浓度的定义，电导池两电极之间电场的有效域内，其掺气浓度C_L可由下式描述：                                  (7)依据体积置换原则，也可写为：                               (8)由式（1）和式（6）得到：，，将其代入式（8），可得：                               (9)若以式（6）代入式（9），则可以通式形式表达为：。