CN108344468A - 一种环形电容传感器阵列及其构成的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多相流流体分界面检测领域，具体涉及一种环形电容传感器阵列及以其为核心构成的传感器整体。环形电容传感器阵列由若干个用金属薄圆环等间距安放在一绝缘管上构成。这些金属圆环是电容传感器的极板，每两个极板构成一个环形电容传感器；传感器整体从内向外分别由内层、中层和外层组成。本发明利用环绕环形电容传感器周围的三维空间分布的检测场进行界面测量，这种分布形式增强了对被测物介电常数变化的敏感度，而且强化了环形电容传感器阵列的抗粘附能力，从而大大地降低了环形电容传感器阵列的维护工作量。
Description
所属技术领域
本发明属于对多相流体中存在的分界面所处位置的检测技术领域，具体涉及一种环形电容传感器阵列及其构成的传感器。
技术背景
液/固、液/气、液/液或液/气/固等多相或难测流体大量的存在于工业生产中，例如矿物工业，石油工业，食品工业，化工工业，制药工业等等。在涉及多相或难测流体的生产过程中，对流体中存在的分界面所处位置常常难以测量，这个问题的存在严重地阻碍了生产过程全面自动化的实现，从而也严重地阻碍了生产效率的提高。比如，在矿物工业的浮选过程中，矿浆与泡沫分界面以及泡沫与空气分界面的位置对浮选过程具有重要影响，直接关系到选别矿物的品位、回收率，生产效率和浮选过程自动化的实现。
迄今，国内外曾经出现过的试用于多相流体分界面测量的仪表装置有：电容式界面仪、电导式界面仪、静压式界面仪、吹气式界面仪、浮球/浮子式界面仪和超声和浮球相结合式界面仪等。上述仪表原本是为测量单相流体液位而设计，当其用于多相或难测流体时，例如用于矿浆时，则由于矿浆为气、液、固三相流体，其比重、电导率和介电率是时变的，从而导致上述基于浮力原理、静压原理、电学原理的仪表装置无法正常工作；而且由于矿浆温度和环境温度的波动，导致上述基于超声波技术的仪表装置无法正常工作；特别是当仪表装置粘附挂料后，上述各种传感器会一律地不能正常地工作。
近年芬兰的AUTOTEC推出的一款基于电阻成像原理的浮选界面测量装置是该测量领域中的最为先进的产品。
本发明的独特之处在于利用电容纵向剖面成像原理进行传感器设计，从而克服了传统上的传感器不能适用于多相流体或难测流体的缺点。本发明的环形电容传感器阵列的特点是受物料粘附的影响极低，从而实现对多相流体或难测流体中的分界面的可靠测量。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提出一种环形电容传感器阵列及其构成的传感器。
一种环形电容传感器阵列，由多个环形电极及电极引线构成；
所述多个环形电极等间距设置，所述电极引线的一端连接环形电极，所述电极引线的另一端作为环形电容传感器阵列的输出端；
所述任意两个相邻或不相邻的环形电极均可构成一电容传感器。
所述电极引线为带有屏蔽介质的金属导线。
所述环形电极为金属箔圆环。
采用所述环形电容传感器阵列构成的传感器，包括三层结构，从内向外分别为屏蔽层、阵列层和保护层；
所述阵列层由所述环形电容传感器阵列安装在绝缘管段上构成；
所述阵列层中各环形电极的电极引线均通过屏蔽层内部的一端引出并作为传感器的输出端；
所述屏蔽层为一金属管段。
采用所述环形电容传感器阵列构成的传感器，包括两层结构，从内向外分别为阵列层和保护层；
所述阵列层由所述环形电容传感器阵列安装在绝缘管段上构成。
所述保护层为一绝缘管段或直接涂于环形电容传感器阵列表面上的绝缘涂料。
所述屏蔽层、阵列层和保护层之间的空隙均采用绝缘物质进行灌封。
所述阵列层和保护层之间的空隙均采用绝缘物质进行灌封。
所述阵列层中各环形电极的电极引线的长度均相同。
本发明的有益效果：
本发明提出一种环形电容传感器阵列及其构成的传感器，环形电容传感器阵列利用环绕其周围的三维空间分布的检测场对多相流体中存在的分界面进行测量，这种分布形式增强了对被测物介电常数变化的敏感度，而且强化了环形电容传感器阵列的抗粘附能力，从而大大地降低了环形电容传感器阵列的维护工作量。
本发明利用了电容纵向剖面成像原理，可准确可靠地对液/固、液/气、液/液或液/气/固等多相或难测流体中存在的分界面位置进行测量。
本发明的光滑的圆柱表面便于现场的安装和拆卸并可实现传感器的在线维护，而且维护过程简单省时。
本发明设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。
附图说明
图1为本发明具体实施中所述环形电容传感器阵列的结构示意图。
图中：1、环形电极；2、电极引线；3、屏蔽层；4、阵列层；5、保护层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种环形电容传感器阵列，由多个环形电极1及电极引线2构成，如图1所示。
所述多个环形电极1等间距设置，所述电极引线2的一端连接环形电极1，所述电极引线2的另一端作为环形电容传感器阵列的输出端；
所述任意两个相邻或不相邻的环形电极1均可构成一电容传感器；每一个环形电极1即为所在电容传感器的一个极板；
所述电极引线2为带有屏蔽介质的金属导线。
所述环形电极1为金属箔圆环。
采用上述环形电容传感器阵列构成的传感器，其外形为光滑圆杆，包括三层结构，从内向外分别为屏蔽层3、阵列层4和保护层5；
所述阵列层4由所述环形电容传感器阵列安装在绝缘管段上构成；绝缘管段4为绝缘材料管；
所述阵列层4中各环形电极1的电极引线2均通过屏蔽层3内部的一端引出并作为传感器的输出端；
所述屏蔽层3为一金属管段，可令测量过程中的采集数据更加稳定；
所述屏蔽层3、阵列层4和保护层5之间的空隙均采用绝缘物质进行灌封，用于固定所有电极引线2的空间位置，从而避免测量过程中因电极引线2空间位置的变化导致测量结果的误差。
相同的实施例下，采用上述环形电容传感器阵列构成的传感器，包括两层结构，从内向外分别为阵列层4和保护层5，省略屏蔽层3，从而简化结构并降低加工成本；但屏蔽层3的省略会降低测量中采集数据的稳定性，为对此进行弥补需加大数据测量的样本数并因此会加大整个测量过程的响应时间；所述阵列层4和保护层5之间的空隙均采用绝缘物质进行灌封。所述保护层5为一绝缘管段或直接涂于环形电容传感器阵列表面上的绝缘涂料，用于保护环形电极1，可防止导电流体与环形电极1接触发生短路，也可防止阵列层4的机械损伤或化学腐蚀。
所述各环形电极1的电极引线2的长度均相同，以保证导线分布电容的一致性。
所述环形电极1的直径、数量和间距决定了界面测量的范围、灵敏度，分辨率和准确度，可根据实际测量需求确定。
使用时，将所述环形电容传感器阵列构成的传感器插入盛装有待测物体的容器中，用于测量任意两个所述环形电极1之间的测量电容、单个所述环形电极1与容器之间的测量电容。电子检测电路与电极引线2连接，并获取上述两种测量电容的电容值，经软件程序的分析，得出待测物体的纵向介电常数分布情况图像并据此判断被测界面位置。
以浮选矿生产过程为例，待测物体为矿浆和浮在矿浆上的泡沫；其中矿浆与泡沫的介电常数存在明显差异，尽管矿浆中气/液/固三相的相含率是随时间和空间变化的，但是作为连续相的液相是一直存在的，因此矿浆的等效介电常数主要取决于液相的介电常数，并明显区别于泡沫的等效介电常数。因此，从介电常数的纵向分布情况便可判断出矿浆与泡沫的分界面，进而得出泡沫层的厚度。
由于测量结果只取决于介电常数在纵向上的分布规律，所以测量结果不受矿浆物理参数变化的影响。这些影响包括温度、比重、多相流等效介电常数和导电率随时间和空间的变化。
所述环形电容传感器阵列构成的传感器是利用环绕电容传感器周围的三维空间分布的检测场和环形电极与盛装有待测物体的容器之间三维空间分布的检测场对待测物体进行界面测量，这种分布形式增强了对被测物介电常数变化的敏感度，而且强化了环形电容传感器阵列构成的传感器的抗粘附能力。
所述环形电容传感器阵列构成的传感器利用了电容纵向剖面成像原理，可准确可靠地实现对液/固、液/气、液/液或液/气/固等多相或难测物体中存在的分界面位置的测量。本发明便于现场的安装和拆卸并可实现传感器的在线维护，而且维护过程简单省时。
Claims (9)
1.一种环形电容传感器阵列，其特征在于，由多个环形电极及电极引线构成；
所述多个环形电极等间距设置，所述电极引线的一端连接环形电极，所述电极引线的另一端作为环形电容传感器阵列的输出端；
所述任意两个相邻或不相邻的环形电极均可构成一电容传感器。
2.根据权利要求1所述的环形电容传感器阵列，其特征在于，所述电极引线为带有屏蔽介质的金属导线。
3.根据权利要求1所述的环形电容传感器阵列，其特征在于，所述环形电极为金属箔圆环。
4.采用权利要求1所述环形电容传感器阵列构成的传感器，其特征在于，包括三层结构，从内向外分别为屏蔽层、阵列层和保护层；
所述阵列层由所述环形电容传感器阵列安装在绝缘管段上构成；
所述阵列层中各环形电极的电极引线均通过屏蔽层内部的一端引出并作为传感器的输出端；
所述屏蔽层为一金属管段。
5.采用权利要求1所述环形电容传感器阵列构成的传感器，其特征在于，包括两层结构，从内向外分别为阵列层和保护层；
所述阵列层由所述环形电容传感器阵列安装在绝缘管段上构成。
6.根据权利要求4或5所述环形电容传感器阵列构成的传感器，其特征在于，所述保护层为一绝缘管段或直接涂于环形电容传感器阵列表面上的绝缘涂料。
7.根据权利要求4所述环形电容传感器阵列构成的传感器，其特征在于，所述屏蔽层、阵列层和保护层之间的空隙均采用绝缘物质进行灌封。
8.根据权利要求5所述环形电容传感器阵列构成的传感器，其特征在于，所述阵列层和保护层之间的空隙均采用绝缘物质进行灌封。
9.根据权利要求4或5所述环形电容传感器阵列构成的传感器，其特征在于，所述阵列层中各环形电极的电极引线的长度均相同。
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