双阵列式电容传感器特性研究-论文.pdf

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1、第２７卷第１０期传感技术学报Ｖｏｌ?２７Ｎｏ?１０２０１４年１０月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＡＣＴＵＡＴＯＲＳＯｃｔ.２０１４∗ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＴｗｉｎ￣ＡｒｒａｙＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＳｅｎｓｏｒ∗ＹＡＮＧＤａｏｙｅꎬＸＵＸｉｎｆｅｎｇꎬＬＩＰｅｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１１８１６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｗｉｎ￣ａｒｒａｙｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒ

2、ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ(ＥＣＴ).Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｎｅｉｇｈｂｏｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｅｎｓｏｒｐｉｐｅｌｉｎｅ.ＴｈｅｓｅｎｓｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｎｕｍｂｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙＦｉｎｉｔｅＥｌ￣ｅｍｅ

3、ｎｔＭｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｃｏｖｅｒａｇｅｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｉｎ￣ｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ.Ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｓｅｎｓｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｌｏｃａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａ￣ｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｎｅｉｇｈｂｏｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｏｆａｒｒａｙｃａｐａｃ

4、ｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒꎻｔｗｉｎ￣ａｒｒａｙꎻｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｍａｐꎻｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｅｒｒｏｒꎻｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙＥＥＡＣＣ:６１４０Ｃｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－１６９９.２０１４.１０.００７∗双阵列式电容传感器特性研究∗杨道业ꎬ徐锌锋ꎬ李鹏(南京工业大学自动化与电气工程学院ꎬ南京２１１８１６)摘要:针对电容层析成像技术的局限性ꎬ提出了新型双阵列电容传感器ꎮ利用传感器相邻极板

5、灵敏度不均匀的特点ꎬ通过测量相邻极板电容以获得传感器内部局部浓度ꎬ重建管道内部传感器截面的相浓度分布ꎮ建立有限元模型ꎬ对不同电极数的电容传感器结构进行分析ꎬ研究了管道介电常数、电极覆盖率等传感器参数对灵敏场不均匀度的影响ꎬ得出优化的传感器参数ꎮ实验结果显示ꎬ该方法可以有效获取传感器截面局部浓度ꎮ关键词:电容传感器ꎻ双阵列ꎻ灵敏场ꎻ均匀性误差ꎻ电容层析成像中图分类号:ＴＢ９３４文献标识码:Ａ文章编号:１００４－１６９９(２０１４)１０－１３３６－０７气固两相流广泛存在于化工、发电、制药和食品浓度分布和速度分布对气固两相流动过程进行诊断

6、[１－３]等行业ꎬ研究并认识气固两相流的测试方法对和流型识别等ꎮ大大减少测量电容的数量ꎬ省去复杂于深层次揭示气固两相流动过程的内在规律和物理的图像重建ꎬ直接获得截面浓度分布和速度分布ꎬ有[４－５]机理具有重要价值ꎮ过程层析成像(ＰＴ)技效提高检测频率ꎮ相邻电极电容值远大于其他电极[６－８]术是随着信息和检测技术的进步迅速发展起来电容ꎬ有效降低了对电容检测电路的要求ꎮ的新一代过程检测技术ꎬ而在气固流中以电容层析相邻电极灵敏场的灵敏区域存在于两相邻电极[９－１１]层析成像(ＥＣＴ)技术应用最为广泛ꎮ但也存在附近ꎬ相邻电极电容和电极附近区

7、域浓度有密切关一定的问题ꎬ比如软场效应ꎬ图象重建中的非线性误系ꎮ利用相邻电容传感器灵敏场不均匀的特性ꎬ优差ꎬ传感器电容过小ꎬ检测系统复杂等ꎮ化传感器结构ꎬ使得电极对电容只依赖于灵敏区域在电容层析成像中ꎬ由于传感器的灵敏场不均的介质ꎬ而其他区域对其影响很小ꎮ希望电极电容匀ꎬ给图像重建质量带来一定的影响ꎬ如边缘区域和只与特定灵敏区域的介质介电常数有关ꎬ也即建立中心区域成像效果差别大等ꎬ但却给用阵列式电容传电极电容和灵敏区域的离散相浓度的关系ꎮ感器测量局部浓度提供了可能ꎮ作者提出用相邻电本文深入分析电极覆盖率、管壁介电常数等参极电容计算局

8、部浓度ꎬ将双阵列电容传感器两个截面数对灵敏场和目标函数的影响ꎬ为双阵列式电容传的多个位置浓度作相关计算得到离散相速度ꎬ再根据感器优化设计提供参考依据ꎮ项目来源:国家自然科学基金项目(５１１０６０７０)ꎻ华东理工大学煤气化及能源化工教育