气固两相流螺旋式电容传感器的仿真设计.pdf

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1、2013矩仪表技术与传感器ZUlj第10期InstrumentTechniqueandSensorNo．10气／固两相流螺旋式电容传感器的仿真设计李文涛，叶俊(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010)摘要：针对气／固两相流浓度测量的要求，建立了一种螺旋式电容传感器的数学模型，并基于该模型对传感器结构进行仿真设计。仿真结果表明：传感器电容值与固相浓度具有良好的线性关系，测量点的线性相对偏差小于5．2％，适用于气／固两相流固相浓度的测量。文中还提出了一种电容检测电路，它为气／固两相流速度的测量奠定了基础。关键词：电容传感器；气／固两相流；数学模型；固相浓度；电容检

2、测中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)10—0005—03SimulationDesignofCapacitiveSensorwithHelicalShapedPlatesinGas／solidTwo-phaseFlowLIWen—tao，YEJun(SchoolofInformationEngineering，InnerMongoHaUniversityofScienceandTechnology，Baotou014010，China)Abstract：Aimedattherequirementforthemeasuremento

3、fsolidconcentrationingas／solidtwo—phaseflow，amathematicalmodelwasestablishedandsimulatedforthestructureofahelicalcapacitivesensorforthemeasurementofsolidconcentrationingas／solidtwo—phaseflow．Experimentalresultsshowthatthereexistsalinearrelationshipbetweenthemeasuredcapacitanceandsolidconc

4、entration．Thedeviationofmeasurementpointsfromthelinearregressionlineislessthan5．2％．Thestructuresensorcanmeasurephaseconcentrationparameterinair／liquid，air／solidtwo—phaseflowandithasawideapplicationforeground．Thepaperalsoputsforwardacapacitancedetectioncircuit，itisabasisforgas／solidtwophas

5、eflowvelocitymeasurement．Keywords：capacitivesensor；gas／solidtwo-phaseflow；mathematicalmodel；solidconcentration；capacitancedetection0引言把其中的一平行极板与激励电压源相连接作为源电极，另一极在工业生产过程中，两相流(气／液、气／固、液／固)参数的板作为检测电极。设传感器两极板间检测空间的体积为，固测量和控制是一个急需解决的问题。例如，高炉炼铁过程中，相、气相所占的体积分别为和，那么固相的体积分数可工艺过程逐渐由喷油过渡到喷煤粉，为了使煤粉能在

6、高炉中均表示为：匀燃烧，很好地控制炉温并且降低焦比，需要对喷出的煤粉速=(2)度和浓度进行检测与控制。气／固两相流流体在流动时，各组分空间分布并不均匀，会随着时间作出随机性的变化，这就要气固二相的混合介电常数与各自介电常数s有关：l，求传感器只能对固相体积分数敏感，而与它的空间分布情况无s=}8Vgg=。+(1一)sg(3)关，也就是说传感器检测场的灵敏度空间分布要均匀。针对以式中：s、分别为固相和气相的介电常数。上问题，以电容法测量两相流的离散相浓度为基础，设计了基对于已知的气／固两相流，它们均为已知，于是于双螺旋极板结构的电容传感器。双螺旋结构具有均匀的电场分布J，可

7、以通过仿真来确定气／固两相流浓度与电容值Cx=-，-Z1=ko[s+(1一)占g]=kl+k2(4)之间的关系。式中：ko=A／d；kl=ko(s一8g)；k2=‰E．1电容法测量固相体积分数的基本原理由此可见，检测出电容C的大小即可检测出固相体积分对于平行板电容器，当流体通过电极板形成检测场时，固数Ot．相体积分数的变化会使极板间的介电常数s发生变化，从而导2电容传感器的ANSYS建模致电容值的改变。当两极板相对面积A与极板间距离6一定采用CMATRIX的宏命令，分别求得接地的自电容矩阵和时，可以通过检测电容值的变化来推算出