电容层析成像技术在气固两相流检测中的应用

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1、20O9年仪表技术与传感器20o9第5期InstⅢmentTechniqueandSensorN0．5电容层析成像技术在气固两相流检测中的应用穆忠波，康宁民，侯成林，杨道业(第二炮兵装备研究院，北京1ooo85)摘要：电容层析成像是一种对绝缘介质内部状态实现可视化的技术。文中介绍了一种应用于气固高压密相输送的小口径电容层析成像系统。电容传感器采用8电极结构，内径为l0mm，管道内压力达2MPa．基于交流法的电容检测电路可以实现高分辨率测量，交流和直流两级增益可调可以实现宽范围电容检测。系统的成像速度达10o帧／s．关键词：电容测量；交流法；层析成像中图分类号

2、：TB934文献标识码：A文章编号：l002—184l(2O09)05—0l36—03Applicati0n0fElectricalCapacitanceTOm0graphyinSuperPhasePulverized-cOalTranspOrtati0nMUZhong_bo，KANGNing—min，HOUCheng—lin，YANGDao—ye(ordIIanceResearchInstitute0fthe2ndArtiuery，BeijiIIg100o85，Cllina)AllstIact：Electdcalc印acitancetomography(E

3、cT)isthe￡echnol0gywhichcanvjsualizetheinlemalbebavior0findust矗alpmcesscomprisingdielectricc0mp0nents．Anac_hasedc印acitancet0mography，usedindense—phasetransponation0fgasangs0l·idwithsmall—diameterpipewasintmduced．Theinsidedi踟eter0fECTpipelinesensorwasl0mm，theworkingpressureinpipe-lin

4、ewas2MPa．Theac-hasedcapacitancemeasuringcircuithasahiresolution．widemngecapacitanceva1uecanbemeasuredbyac_basedanddc．basedpmgmmmablegainamplier．Itcanc01lec¨omo印hicimagedataat10oflramespersec0nd．Keyword：capacitancemeasurement；ac-based；tom0graphyO引言电容传感器中对尺寸精度的要求相对较高，电极数少也可以降电容层析成像技术

5、(EcT)成本低廉、响应速度快、非侵入低对尺寸精度的要求，采用8电极传感器是比较合理的选择。性、适用范围广、安全性好⋯。目前已经研究的电容传感器多图1为8电极小口径高压力电容传感器结构图。工作在中低压力，而对较高压力下电容层析成像系统的研究很少。文中介绍的电容层析成像系统应用于气固高压密相的过程检测，传感器内部工作压力大(2MPa)，对传感器和检测电路的要求比通常工况下的系统高得多。系统的传感器管径很小(10mm)，这样对电容层析成像系统应用于微型检测提出可能，拓宽了电容层析成像技术的应用领域。1电容层析成像系统传感器1．1传感器结构设计．图l8电极小口径高

6、压力电容传感器示意图高压力一方面要求管材拉伸强度大，另一方面，在足够的1．2对传感器的仿真计算强度下还需要一定的管道厚度作为保证。电容传感器高灵敏电容传感器电极间电容值主要由电极大小确定。在给定区多集中在电极附近⋯，但管壁占据了该区域，壁厚的增加将电极数和电极张角情况下，电极问电容大小和电极轴向长度成使得静态电容值增加；而管壁越厚对电容值随介电常数的线性正比_3]，但电极太长会造成空间滤波效应，使传感器对流体空度影响越大，所以在保证机械强度的情况下采用管壁相对较问结构的高频信号失去响应能力。薄的传感器对于提高系统灵敏度是有利的。管道材料选用拉图2为用有限元分

7、析软件ANsYs9．0对电容传感器做单位伸强度大的石英玻璃，通过计算得出选用3mm壁厚可保证高长度二维计算的结果。电极1为激励，与其他7个电极构成8压力(2MPa)条件下管道机械强度要求。对电容。设固体粉末、空气、管道、填充层的相对介电常数分别虽然管壁只有3册m，但是管道内径只有1Omm，管壁占据为3．5，1，8和2．5。极片内部区域约3／5的面积，且为高灵敏区，这使得电容传感从仿真结果可知，相邻电极间的静态电容约为60pF／m，比器的灵敏度受到很大影响。为了降低电容检测电路的难度，只其他电极大1～2个数量级。而相邻电极对的空／满管电容变能减少电极片数以提高

8、电极对问的电容值。另一方面，小口径化为O．53pF／