CN108445052A - 电容层析成像静态实验平台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容层析成像静态实验平台及其使用方法，属于电容层析成像技术领域。本发明通过设置模拟区域模具和带有与之对应的卡槽的底座，可以仅采用一个传感器管道，模拟出多种不同的多相流流型，使用中仅需要简单更换模拟区域模具即可，使用简单方便，而且能节省大量的传感器管道，能够有效降低实验成本；其使用方法通过空场满场标定、实验模式模拟以及数据测算和分析的步骤，简化了多相流的测量步骤，且在进行多组不同流型的测量时无需更换传感器管道，有利于使测量更加简单方便，同时通过空场满场标定以及数据测算和分析，并最终生成测量数据分布，能够有利于减小实验误差，获取更加精确的实验结果。

Description

电容层析成像静态实验平台及其使用方法

技术领域

本发明属于电容层析成像技术领域，更具体地说，是涉及一种电容层析成像静态实验平台及其使用方法。

背景技术

多相流是指气态、液态、固态物质混合流动的流体。“相”指不同物态或同一物态的不同物理性质或力学状态。在能源、水利、化工、冶金等工业部门，以及气象、生物、航天等领域都有多相流动的问题。多相流常见于各种形态的两相流：(1)气-液两相流，如泄水建筑中的掺气水流等；(2)气-固两相流，如气流输送(喷吹)粉料、含尘埃的大气流动等；(3)液-固两相流，如天然河道中的含沙水流等。我们的生活以及工业生产中存在着大量的多相流运动，所以对多相流的研究具有重要的现实意义。

多相流系统流型复杂多变，具有不可预测性，因此对多相流流型的测量尤为重要，基于流型的测量，可进一步测量其分相含率，再结合相关测速技术可实现分相流量测量。为了更好得研究多相流运动，需要检测流型、分相含率、流量以及流速等主要参数。为研究多相流参数测量方法，需建立多相流实验装置。实验装置要求结构简单，易于操作，并能较好地模拟典型流型。现有的多相流测量设备主要通过设置ECT传感器管道结合电容层析成像方法的方式对多相流进行测量。但是，现有的传感器管道只具有固定形状的管道体，只能进行“一对一”的进行模拟，即一种传感器管道对一种流型进行模拟，在多种典型流型模拟时不够简单方便，而且制造工艺复杂，造价昂贵，这在很大程度上限制了多相流测量技术研究工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容层析成像静态实验平台及其使用方法，以解决现有技术中存在的多相流测量装置成本高且测量不方便的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种电容层析成像静态实验平台，包括传感器管道，所述传感器管道包括管道体、底座和模拟区域模具；所述底座设置在所述管道体一端，所述模拟区域模具用于放置于所述管道体内，所述底座上设有用于与模拟区域模具卡接的卡槽。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，所述卡槽包括若干线形凹槽和若干圆形凹槽，所述模拟区域模具包括用于与所述线形凹槽卡接的柔性卡片和用于与所述圆形凹槽卡接的柱状体。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，所述管道体包括绝缘的管道支架、若干设置在所述管道支架内侧的测量电极、分别设置在相邻的所述测量电极之间的屏蔽电极、分别设置在所述测量电极两端的端部保护电极以及设置在所述管道支架外周的外屏蔽罩，所述屏蔽电极、所述端部保护电极和所述外屏蔽罩均接地。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，所述管道支架为圆筒状结构，所述测量电极呈环形阵列嵌入所述管道支架内侧壁。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，所述底座上设有用于与所述管道支架插接的凸台，所述卡槽设置在所述凸台上。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，所述凸台与所述底座可拆卸连接。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，所述测量电极上设有接线接头，所述管道支架下部设有引线槽。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台中，还包括的测算模块和数据显示模块，所述测量电极与所述测算模块通过屏蔽电缆连接，所述测算模块和数据显示模块通过数据线连接。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台的使用方法，包括以下步骤。

B.空场、满场标定：在所述传感器管道中以空气为介质进行标定，得到空场数据，在所述传感器管道中填满高介电常数材料介质进行标定，得到满场数据；

C.实验模式模拟：将模拟区域模具卡入卡槽内形成模拟区域，将高介电常数颗粒放入所述模拟区域；

D.数据测算和分析：控制所述测算模块获取并分析所述测量电极上的信号，并将分析结果传输至所述数据显示模块，得到传感器管道内部的测量数据分布。

进一步地，前述的电容层析成像静态实验平台的使用方法，步骤B之前还包括以下步骤。

A.测算模式选择：根据所述传感器管道的内径和所述测量电极的个数，在所述测算模块中选择测算模式。

本发明提供的电容层析成像静态实验平台及其使用方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的电容层析成像静态实验平台通过设置模拟区域模具和带有与之对应的卡槽的底座，可以仅采用一个传感器管道，模拟出多种不同的多相流流型，使用中仅需要简单更换模拟区域模具即可，使用简单方便，而且能节省大量的传感器管道，能够有效降低实验成本；本发明提供的电容层析成像静态实验平台的使用方法通过空场满场标定、实验模式模拟以及数据测算和分析的步骤，简化了多相流的测量步骤，且在进行多组不同流型的测量时无需更换传感器管道，有利于使测量更加简单方便，同时通过空场满场标定以及数据测算和分析，并最终生成测量数据分布，能够有利于减小实验误差，获取更加精确的实验结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台的传感器管道的部分结构示意图；

图3为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台的底座的立视结构示意图；

图4为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台的底座的俯视结构示意图；

图5为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台的底座的主视结构示意图；

图6为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台的使用方法的流程示意图；

图7为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台用于模拟核心流时的模拟状态示意图；

图8为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台用于模拟泡状流时的模拟状态示意图；

图9为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台用于模拟环流时的模拟状态示意图；

图10为本发明另一种实施例提供的电容层析成像静态实验平台用于模拟层流时的模拟状态示意图。

其中，图中各附图标记：

10-管道体；11-管道支架；12-测量电极；13-屏蔽电极；

14-端部保护电极；15-外屏蔽罩；16-接线接头；17-引线槽；

20-底座；21-卡槽；22-线形凹槽；23-圆形凹槽；24-凸台；

30-模拟区域模具；31-柔性卡片；32-柱状体；

40-传感器管道；50-测算模块；60-数据显示模块；70-屏蔽电缆；

A-步骤A；B-步骤B；C-步骤C；D-步骤D。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1、图2、图3和图10，现对本发明提供的一种电容层析成像静态实验平台及其使用方法进行说明。所述电容层析成像静态实验平台，包括传感器管道40，传感器管道40包括管道体10、底座20和模拟区域模具30；底座20设置在管道体10一端，模拟区域模具30用于放置于所述管道体10内，底座20上设有用于与模拟区域模具30卡接的卡槽21。模拟区域模具30主要用于将管道体10内的空间隔离成需要的状态。卡槽21可以设置为仅能与一种模拟区域模具30卡接的形状，此时底座20与管道体10可拆卸连接，进行不同流型的测量时，同时更换底座20与模拟区域模具30即可。卡槽21也可以根据需要设置为能够与不同模拟区域模具30卡接的形状，此时底座20可以与管道体10固定连接。由于插接是一种特殊的卡接，所以本文卡接也包括插接，卡槽21也包括插槽。

使用时，将用于模拟一种多相流的模拟区域模具30卡接在底座20上卡槽21内，进行测量；之后再更换另一种多相流的模拟区域模具30，进行测量；如此，直至所有流型均测量完毕。

本发明提供的电容层析成像静态实验平台，与现有技术相比，通过设置模拟区域模具30和带有与之对应的卡槽21的底座20，可以仅采用一个传感器管道40，模拟出多种不同的多相流流型，使用中仅需要简单更换模拟区域模具30即可，使用简单方便；而且能节省大量的传感器管道40，能够有效降低实验成本。

进一步地，请一并参阅图3至图5以及图7至图10，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，卡槽21包括若干线形凹槽22和若干圆形凹槽23，模拟区域模具30包括用于与线形凹槽22卡接的柔性卡片31和用于与圆形凹槽23卡接的柱状体32。线形凹槽22是指平面投影为线性的凹槽，圆形凹槽23是指平面投影为圆性的凹槽，设置线形凹槽22能够对柔性卡片31进行连续卡接，避免柔性卡片31偏移或变形。同时设置线形凹槽22和圆形凹槽23以及柔性卡片31和柱状体32能够模拟出所有的典型流型所需要的模拟区域，满足模拟所有典型流型的需要。

使用时，根据需要，将柔性卡片31卷成筒状，插入对应形状的线形凹槽22内，并选取特定的柱状体32插入圆形凹槽23，形成模拟区域。之后在对应的模拟区域内置入对应的多相流体即可。

进一步地，请一并参阅图1和图2，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，管道体10包括绝缘的管道支架11、若干设置在管道支架11内侧的测量电极12、分别设置在相邻的测量电极12之间的屏蔽电极13、分别设置在测量电极12两端的端部保护电极14以及设置在管道支架11外周的外屏蔽罩15，屏蔽电极13、端部保护电极14和外屏蔽罩15均接地。端部保护电极14既用于对测量电极12进行屏蔽，又能用于对测量电极12的上部和下部进行保护，防止测量电极12上部和下部的机械性损伤。

优选地，管道支架11上设有用于安装测量电极12、屏蔽电极13和端部保护电极14的凹槽；测量电极12为金属极板；屏蔽电极13为金属条状电极；端部保护电极14为径向尺寸大于测量电极12厚度的环形电极，且端部保护电极14的横截面形状与管道体10横截面形状相同；屏蔽电极13与端部保护电极14通过管道支架11本身的隔层结构与测量电极12相绝缘；外屏蔽罩15为能够包裹在管道支架11外部的柔性金属层，测量电极12与外屏蔽罩15之间设有绝缘层；屏蔽电极13和端部保护电极14均与外屏蔽罩15紧密连接。

接地的屏蔽电极13、端部保护电极14和外屏蔽罩15均能对测量电极12起到屏蔽作用，且在屏蔽电极13、端部保护电极14和外屏蔽罩15的共同作用下，测量电极12仅内侧能够感应电量变化，以便于提升屏蔽效果，使外界干扰更小，进一步提升测量准确度。

进一步地，请一并参阅图1和图2，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，管道支架11为圆筒状结构，测量电极12呈环形阵列嵌入管道支架11内侧壁，以便于使管道体10内具有更大的空间，并使每个测量电极12都处于等同的位置，有利于简化后续的分析计算过程，使测量过程更加简单方便，并得到更加精确的测量结果。同时，测量电极12嵌入管道支架11内侧壁，也更有利于保护测量电极12，避免极板变形等因素导致试验误差。

进一步地，请一并参阅图1至图5，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，底座20上设有用于与管道支架11插接的凸台24，卡槽21设置在凸台24上。设置凸台24有利于提高管道支架11的稳定性，避免管道支架11在测量过程中倾斜或移动，导致测量误差。同时设置凸台24可以将卡槽21提高，以避免管道支架11位于测量电极12以下的部位露出过多，影响测量结果的准确性。

进一步地，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，凸台24与底座20可拆卸连接，以便于在凸台24上的卡槽21不满足使用要求时，能够方便地更换。可拆卸连接可以是插接、卡接、螺栓连接等形式。另外，凸台24与底座20可拆卸连接后，可以与模拟区域模具30固定连接，此时凸台24相当于模拟区域模具30的一部分，即相当于模拟区域模具30的底。使用时，可以通过凸台24和模拟区域模具30更换进行不同流型的测量。

进一步地，请一并参阅图1和图2，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，测量电极12上设有接线接头16，以便于线缆的有效连接，线缆也可以直接与测量电极12焊接。管道支架11下部设有引线槽17，以防止线缆穿过外屏蔽罩15，影响屏蔽效果，同时也能使线缆具有一定的余量，防止线缆被拉扯导致线路断开。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的一种具体实施方式，还包括的测算模块50和数据显示模块60，测量电极12与测算模块50通过屏蔽电缆70连接，测算模块50和数据显示模块60通过数据线连接。测算模块50用于将测量电极12获取的信号进行分析计算，数据显示模块60用于显示分析后的数据。测算模块50可以采用天津大学的TJUET测量系统和具有配套软件的计算机，数据显示模块60可以是显示器或PC电脑。屏蔽电缆70用于防止外界信号干扰。

请一并参阅图1以及图6至图10，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的使用方法的一种具体实施方式，包括以下步骤。

B.空场、满场标定：在传感器管道40中以空气为介质进行标定，得到空场数据，在传感器管道40中填满高介电常数材料介质进行标定，得到满场数据；

C.实验模式模拟：将模拟区域模具30卡入卡槽21内形成模拟区域，将高介电常数颗粒放入模拟区域；

D.数据测算和分析：控制测算模块50获取并分析测量电极12上的信号，并将分析结果传输至数据显示模块60，得到传感器管道40内部的测量数据分布。

需要进行多组不同流型的测量时，将模拟区域模具30拆下后再重复步骤C和步骤D，如此循环即可。

模拟区域是指模拟区域模具30将管道体10分隔成的空间区域。如图7至10所示，阴影部分为模拟区域。

标定，主要是指使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度(精度)进行检测是否符合标准，这里所指的标定是指完成一次测量后得到对应的数据。

具体地，高介电常数材料介质可以是机塑料颗粒。高介电常数颗粒介质可以是有机玻璃颗粒。测量数据主要包括介电常数。

本发明提供的电容层析成像静态实验平台的使用方法，与现有技术相比，通过空场满场标定、实验模式模拟以及数据测算和分析的步骤，简化了多相流的测量步骤，且在进行多组不同流型的测量时无需更换传感器管道40，有利于使测量更加简单方便，同时通过空场满场标定以及数据测算和分析，并最终生成测量数据分布，能够有利于减小实验误差，获取更加精确的实验结果。

进一步地，请参阅图6，作为本发明提供的电容层析成像静态实验平台的使用方法的一种具体实施方式，步骤B之前还包括以下步骤。

A.测算模式选择：根据传感器管道40的内径和测量电极12的个数，在测算模块50中选择测算模式。

测算模式是指测量和计算模式，即根据传感器管道40的内径和测量电极12的个数选择合适的计算方法，从而得出更为精确的测量结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容层析成像静态实验平台，其特征在于：包括传感器管道，所述传感器管道包括管道体、底座和模拟区域模具；所述底座设置在所述管道体一端，所述模拟区域模具用于放置于所述管道体内，所述底座上设有用于与模拟区域模具卡接的卡槽。

2.如权利要求1所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：所述卡槽包括若干线形凹槽和若干圆形凹槽，所述模拟区域模具包括用于与所述线形凹槽卡接的柔性卡片和用于与所述圆形凹槽卡接的柱状体。

3.如权利要求1所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：所述管道体包括绝缘的管道支架、若干设置在所述管道支架内侧的测量电极、分别设置在相邻的所述测量电极之间的屏蔽电极、分别设置在所述测量电极两端的端部保护电极以及设置在所述管道支架外周的外屏蔽罩，所述屏蔽电极、所述端部保护电极和所述外屏蔽罩均接地。

4.如权利要求3所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：所述管道支架为圆筒状结构，所述测量电极呈环形阵列嵌入所述管道支架内侧壁。

5.如权利要求3所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：所述底座上设有用于与所述管道支架插接的凸台，所述卡槽设置在所述凸台上。

6.如权利要求5所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：所述凸台与所述底座可拆卸连接。

7.如权利要求3所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：所述测量电极上设有接线接头，所述管道支架下部设有引线槽。

8.如权利要求1-7任一项所述的电容层析成像静态实验平台，其特征在于：还包括的测算模块和数据显示模块，所述测量电极与所述测算模块通过屏蔽电缆连接，所述测算模块和数据显示模块通过数据线连接。

9.如权利要求8所述的电容层析成像静态实验平台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，

B.空场、满场标定：在所述传感器管道中以空气为介质进行标定，得到空场数据，在所述传感器管道中填满高介电常数材料介质进行标定，得到满场数据；

C.实验模式模拟：将模拟区域模具卡入卡槽内形成模拟区域，将高介电常数颗粒放入所述模拟区域；

D.数据测算和分析：控制所述测算模块获取并分析所述测量电极上的信号，并将分析结果传输至所述数据显示模块，得到传感器管道内部的测量数据分布。

10.如权利要求9所述的电容层析成像静态实验平台的使用方法，其特征在于，步骤B之前还包括以下步骤，

A.测算模式选择：根据所述传感器管道的内径和所述测量电极的个数，在所述测算模块中选择测算模式。