一种基于摩擦起电与静电感应的文丘里管空化在线监测装置

技术领域

本发明涉及空化在线监测技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于摩擦起电与静电感应的文丘里管空化在线监测装置。

背景技术

水力空化是流体压力变化时，气泡在流体中迅速形成和破裂的现象。空化会造成材料剥蚀，使设备效率降低，并产生振动和噪声等危害，因此应尽量避免。

空化“热点效应”能量巨大，可采用适当的方法加以利用。在实际应用中空化发生的程度至关重要。空化程度太低达不到预期的作用效果，空化程度太高又会增加能耗，损坏设备，所以有必要对空化的发生程度进行监测。

目前空化监测技术有高速摄像法，涂层腐蚀法，噪声测量法，光束偏转探头法等。其中高速摄像法和光束偏转探头法要求发生空化的装置透明，限制了这些技术对非透明装置的空化监测。涂层腐蚀法需要在停机状态观察涂层的腐蚀程度，无法实现对空化的实时监测。噪声测量法受环境噪声的干扰严重，容易误导工作人员。因此有待研究一种新型的空化监测装置。

发明内容

本发明提供了一种基于摩擦起电与静电感应的文丘里管空化在线监测装置。以解决现有空化监测局限性、无法实时监测以及可靠性不高的问题。本发明结构简单，操作方便，无需损坏设备便可实时监测空化发生的程度。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于摩擦起电与静电感应的文丘里管空化在线监测装置，包括：

摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机布置于文丘里管扩张部分，用以用于响应所述文丘里管的振动而产生电信号，所述摩擦纳米发电机包括支撑结构，所述支撑结构的下部被设置为能够适应并容纳文丘里管扩张部分形状凹槽结构，所述支撑结构的上部凹刻有楔形槽，所述楔形槽底面水平设置，其上设置有异型电极，所述异型电极将所述楔形槽底面限定为间隔排列的电极区域和非电极区域，同时楔形槽内设置有滚珠，所述滚珠在电极区域和非电极区域滚动；

A/D转换器，所述A/D转换器用以测量所述摩擦纳米发电机产生的电信号，并将所述测量结果由模拟量转为数字量后传输至单片机；

单片机，所述单片机接收A/D转换器发出的测量结果，并将所述测量结果传输至计算机；

计算机，所述计算机对接收的测量结果进行处理得到空化程度结果，并将空化程度结果显示出来。

进一步地，所述异型电极一端连接有金属导线，所述金属导线穿过设置在所述支撑结构侧边的线孔与A/D转换器相连。

进一步地，还包括WiFi模块，所述WiFi模块用以将所述单片机输出的测量结果以无线方式传输至所述计算机。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块用以向所述A/D转换器、单片机以及WiFi模块供电。

进一步地，所述滚珠采用电负性材料。

进一步地，所述异型电极为异型铜片。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明结构简单，操作方便，无需损坏文丘里管便可实时监测空化发生的程度。并且无需文丘里管透明，也不受环境噪声的干扰等。当空化发生时会产生强烈的微冲击力，使得小球在异型电极上滚动。空化强度越大，小球运动越剧烈。由于摩擦起电与静电感应现象会使异型电极上产生电信号，小球运动越剧烈，产生的信号越大。此外，本发明对防止空化以及利用空化具有借鉴意义。

基于上述理由本发明可在空化在线监测领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中空化监测装置的硬件结构示意图。

图2是本发明实施例中文丘里管与摩擦纳米发电机配合示意图。

其中，1、文丘里管；2、支撑结构；3、线孔；4、异型电极；5、滚珠。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供了一种基于摩擦起电与静电感应的文丘里管空化在线监测装置，包括摩擦纳米发电机、A/D转换器、单片机以及计算机。

摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机布置于文丘里管扩张部分，用以用于响应所述文丘里管的振动而产生电信号，所述摩擦纳米发电机包括支撑结构2，所述支撑结构2的下部被设置为能够适应并容纳文丘里管扩张部分形状凹槽结构，所述支撑结构的上部凹刻有楔形槽，所述楔形槽底面水平设置，其上设置有异型电极4，所述异型电极将所述楔形槽底面限定为间隔排列的电极区域和非电极区域，同时楔形槽内设置有滚珠5，所述滚珠5在电极区域和非电极区域滚动。进一步地，所述楔形槽底面上凹刻有适应于异型电极4形状的容置部，容置部的深度与异型电极4的厚度匹配，将异型电极4放置在容置部中，使得异型电极4的上表面与楔形槽底面平齐。

具体来说支撑结构2，所述结构2的下表面刚好与文丘里扩张管部分贴合，并通过双面胶粘合。摩擦纳米发电机布置于结构2上面的楔形槽部分。优选地，摩擦纳米发电机包括异型电极4一个或者若干电负性小球5以及一根两端端部打磨过的铜导线。异型电极4材料优选为铜片，电负性滚珠5材料优选为PTFE。所述铜导线一端与异型电极4相连，所述铜导线的另一端通过线孔3与A/D转换器相连。当空化发生时会产生强烈的微冲击力，使得小球在异型电极上滚动。空化强度越大，小球运动越剧烈。由于摩擦起电与静电感应现象会使异型电极上产生电信号，小球运动越剧烈，产生的信号越大。信号经铜导线传给A/D转换器。

A/D转换器用以测量所述摩擦纳米发电机产生的电信号，并将所述测量结果由模拟量转为数字量后传输至单片机。

单片机接收A/D转换器发出的测量结果，将所得信号经WiFi模块以WiFi的形式，传给对数据处理并显示结果的计算机。所述A/D转换器，单片机，WiFi模块由同一电源供电。

计算机，计算机对接收的测量结果进行空化程度运算，并将运算结果显示出来。进一步地，所述计算机对接收的测量结果进行空化程度运算，包括根据以下公式计算空化程度：

其中，C

装置在工作状态下，当文丘里管内流体发生空化时，会在文丘里管扩张部分产生强烈的微射流，冲击文丘里管扩张部分，引起文丘里管强烈振动，使得小球在异型电极上滚动。空化强度越大，小球运动越剧烈。由于摩擦起电与静电感应现象会使异型电极上产生电信号，小球运动越剧烈，产生的信号越大。产生的信号分别经铜导线，A/D转换器和单片机传给对数据处理并显示结果的计算机。操作人员根据计算机显示的结果可得知空化发生的程度，通过改变文丘里管进出口压力等对空化程度进行调整。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。