CN1920545A - 一种微型电容层析成象传感器 - Google Patents

一种微型电容层析成象传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN1920545A
CN1920545A CN 200510093326 CN200510093326A CN1920545A CN 1920545 A CN1920545 A CN 1920545A CN 200510093326 CN200510093326 CN 200510093326 CN 200510093326 A CN200510093326 A CN 200510093326A CN 1920545 A CN1920545 A CN 1920545A
Authority
CN
China
Prior art keywords
potential electrode
imaging sensor
end shield
chromatographic imaging
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200510093326
Other languages
English (en)
Other versions
CN100412534C (zh
Inventor
刘石
李惊涛
董向元
赵树华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongkesido (Nanjing) energy storage technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Engineering Thermophysics of CAS filed Critical Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority to CNB2005100933264A priority Critical patent/CN100412534C/zh
Publication of CN1920545A publication Critical patent/CN1920545A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100412534C publication Critical patent/CN100412534C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

一种电容层析成象微型传感器，主要由测量电极、隔离层、端屏蔽和屏蔽罩组成。测量电极等间隔或不等间隔地排列，相邻电极之间设置非常细微的绝缘隔离层。多个测量电极形成毛细管的周壁，组合成精密的流动或传热通道。此环形通道即作为ECT传感器，也作为测量对象的流动管道，具有所需的传热和流动特性，如常规金属管壁所具有的热阻和摩擦系数等。作为可选设置，测量电极两端可设有端屏蔽，也可有一圆筒形屏蔽罩将整个传感器包围于内，端屏蔽和屏蔽罩接地保持零电势。该微型传感器可以在不干扰测量对象流动和传热，不改变测量对象热力特性的前提下，满足微尺度下两相流流动参数测量的要求，例如能够测量微米级的液膜厚度。

Description

一种微型电容层析成象传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，具体的说涉及一种电容层析成象(Electricalcapacitance tomography，ECT)系统的微型传感器(Micro-sensor)。
背景技术
ECT技术是应用于多相流测量与控制的一种新型技术，其原理是：传感器围绕被测区域设置一组电极板，ECT系统依靠传感器检测区域内物质分布变化而引起的电容变化，籍以确定内部物质浓度分布。因此具有不干扰流场、快速、廉价、无放射性等优点。ECT技术经过十几年的发展，己在多相流参数检测及过程安全和可靠性检测、粉(粒)料气力输送过程、化工分离过程、生化反应过程、流化床的监测等方面得到了研究和应用。
经过国内外专家的共同努力，ECT技术得到了长足的发展。但在微小尺度条件下的应用还没有见到。微型传感器十分精密和复杂，所采集电容信号非常微弱，因此对传感器的灵敏度和抗干扰性要求较高。目前，公知的ECT传感器的设计主要针对工业管道内两相流参数的测量，其结构尺寸、测量精度和空间分辨率还不能满足微尺度下两相流参数的测量。
发明内容
为了克服现有的ECT传感器不能适用于微尺度下两相流测量的不足，本发明提供一种微型传感器，该微型传感器不仅可以满足微尺度下两相流流动参数测量的要求，而且还能够测量微米级的液膜厚度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种微型电容层析成象传感器，由测量电极和绝缘隔离层组成，多个截面呈扇形的测量电极与多个片状绝缘隔离层间隔布置，相邻两电极之间是绝缘隔离层，相互围成圆筒状，共同形成毛细管的周壁，中心是组合成的圆形通道，此圆形通道即作为ECT传感器，也作为测量对象的导热和流动管道；
传感器的圆形通道两端和前后的管道连接，密封严密，形成一段完整的流动通道；
测量电极与信号线的线芯相连，采集到的信号通过控制电路传入计算机。
所述的电容层析成象传感器，其所述测量电极与绝缘隔离层间隔布置，其间隔为等间隔或不等间隔地排列。
所述的电容层析成象传感器，其所述测量电极数目是在4～16之间。
所述的电容层析成象传感器，其对于等距布置的测量电极，测量电极外缘的宽度按公式w＝πd/m-δ计算，式中：w为每一个测量电极的宽度，d为毛细管外径，m为测量电极总数，δ为测量电极之间的间隔。
所述的电容层析成象传感器，其还包括端屏蔽和屏蔽罩，端屏蔽如帽状，其端面中心有通孔，通孔周缘为折边，套于毛细管周壁的两端，端屏蔽中心通孔与毛细管的圆形通道相适配；
屏蔽罩如筒状，位于传感器外部，套于毛细管外周壁，将所有测量电极包围于内，并通过导线与两个端屏蔽相连；
端屏蔽和屏蔽罩接地保持零电势，测量电极与端屏蔽、屏蔽罩完全隔离开。
所述的电容层析成象传感器，其信号线的线芯与测量电极相连，屏蔽线与端屏蔽、屏蔽罩相连。
所述的电容层析成象传感器，其所述测量电极是采用铜材料制作，隔离层是采用聚四氟乙烯制成。
所述的电容层析成象传感器，其所述端屏蔽、屏蔽罩是采用铜材料制作。
本发明的有益效果是，可以满足ECT系统在微尺度下两相流参数测量的要求，相比普通ECT传感器，其测量精度和空间分辨率都有较大提高，从而拓宽了ECT技术的应用范围。
附图说明
图1是本发明一种微型电容层析成象传感器的立体示意图；
图2是本发明微型传感器的八个电极纵剖面构造图；
图3是本发明的使用流程示意图。
具体实施方式
实施例1：
在图1、图2中，可看到本发明的结构，由测量电极2和绝缘隔离层3组成，8个截面呈扇形的测量电极2与片状绝缘隔离层3间隔布置，相邻两电极之间是绝缘隔离层3，8个测量电极2和8个绝缘隔离层3相围成圆筒状，共同形成毛细管1的周壁，中心是组合成的精密圆形通道。在测量电极2两端，分别设有端屏蔽4，端屏蔽4端面中心有通孔，通孔周缘为折边。端屏蔽4如帽状，套于毛细管1周壁的两端，端屏蔽4中心通孔与毛细管1的圆形通道相适配。传感器和前后的管道连接，密封严密，形成一段完整的流动通道。传感器和测量管道具有基本相同的传热和流动特性，如常规金属管壁所具有的热阻和摩擦系数等。为了显示微型传感器的内部结构，图1没有画出屏蔽罩5。
从图2可以看出，筒状屏蔽罩5位于传感器外部，套于毛细管1外周壁，将所有测量电极2包围于内，并通过导线与两个端屏蔽4相连。测量电极2与端屏蔽4、屏蔽罩5完全隔离开。实际测量时，屏蔽信号线的线芯与测量电极2相连，屏蔽线与端屏蔽4相连。端屏蔽4和屏蔽罩5接地保持零电势，从而抗除静电干扰。为了显示测量电极2和绝缘隔离层3的布置情况，图2没有画出端屏蔽4。
各测量电极2和端屏蔽4的长度没有严格限定，可视需要根据传感器的长度而定，本实施例中传感器的长度为35mm，各测量电极2和两个端屏蔽4的长度都为10mm。测量电极2的外缘宽度按公式w＝πd/m-δ计算，式中：w为每一个测量电极的宽度，d为毛细管外径，m为测量电极总数，δ为测量电极之间的隔离层的外缘宽度。本实施例中毛细管外径d为8mm，各测量电极的宽度为2mm。
微型传感器的测量电极2、端屏蔽4、屏蔽罩5等均由导电材料制成，本实施例采用的是铜，隔离层3则采用聚四氟乙烯制成。
实施例2：
图3是微型传感器的测量实施例，其中传感器围绕被测区域6设置一组测量电极2，检测区域内物质分布变化而引起的电容变化，采集电路7将得到的数据通过PCI卡，送入计算机进行数据处理和图像重建，得到被测区域内部物质分布图8。
本发明电场计算公式为拉普拉斯方程：
Figure A20051009332600071
ε为介质的介电常数。
离散计算的边界条件为：当电极作为激励电极时，其边界设为激励电压值，其余电极电压为0。对各电极进行检测时，相邻电极的增益为低增益，其余为高增益。实际测量时，首先第一号电极作为激励电极，其余为检测电极，以8电极传感器为例，检测出7个电容值，然后，第二号电极作为激励，检测6个电容值，按照这样的方式，共检测出 C 8 2 = 8 × ( 8 - 1 ) / 2 = 28 个电容值。激励与检测通过计算机将控制信号送入采集电路，进而控制传感器电极的激励与检测状态。
本发明上述实施例仅用来说明本发明的技术方案，其不应限定本发明的保护范围，若对上述实施例中技术方案做出的等效变换，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种微型电容层析成象传感器，由测量电极和绝缘隔离层组成，其特征是：多个截面呈扇形的测量电极与多个片状绝缘隔离层间隔布置，相邻两电极之间是绝缘隔离层，相互围成圆筒状，共同形成毛细管的周壁，中心是组合成的圆形通道，此圆形通道即作为ECT传感器，也作为测量对象的导热和流动管道；
传感器的圆形通道两端和前后的管道连接，密封严密，形成一段完整的流动通道；
测量电极与信号线的线芯相连，采集到的信号通过控制电路传入计算机。
2.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是：所述测量电极与绝缘隔离层间隔布置，其间隔为等间隔或不等间隔地排列。
3.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是：所述测量电极数目是在4～16之间。
4.根据权利要求2所述的电容层析成象传感器，其特征是：对于等距布置的测量电极，测量电极外缘的宽度按公式w＝πd/m-δ计算，式中：w为每一个测量电极的宽度，d为毛细管外径，m为测量电极总数，δ为测量电极之间的间隔。
5.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是：还包括端屏蔽和屏蔽罩，端屏蔽如帽状，其端面中心有通孔，通孔周缘为折边，套于毛细管周壁的两端，端屏蔽中心通孔与毛细管的圆形通道相适配；
屏蔽罩如筒状，位于传感器外部，套于毛细管外周壁，将所有测量电极包围于内，并通过导线与两个端屏蔽相连；
端屏蔽和屏蔽罩接地保持零电势，测量电极与端屏蔽、屏蔽罩完全隔离开。
6.根据权利要求5所述的电容层析成象传感器，其特征是：信号线的线芯与测量电极相连，屏蔽线与端屏蔽、屏蔽罩相连。
7.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是：所述测量电极是采用铜材料制作，隔离层是采用聚四氟乙烯制成。
8.根据权利要求5所述的电容层析成象传感器，其特征是：所述端屏蔽、屏蔽罩是采用铜材料制作。
CNB2005100933264A 2005-08-25 2005-08-25 一种微型电容层析成像传感器 Active CN100412534C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100933264A CN100412534C (zh) 2005-08-25 2005-08-25 一种微型电容层析成像传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100933264A CN100412534C (zh) 2005-08-25 2005-08-25 一种微型电容层析成像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1920545A true CN1920545A (zh) 2007-02-28
CN100412534C CN100412534C (zh) 2008-08-20

Family

ID=37778312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100933264A Active CN100412534C (zh) 2005-08-25 2005-08-25 一种微型电容层析成像传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100412534C (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156225A (zh) * 2011-03-18 2011-08-17 华北电力大学 具有粉粒体介电系数变化测量电极的电容层析成像传感器
CN102353703A (zh) * 2011-07-05 2012-02-15 东南大学 一种电容层析成像传感器布置方法
CN103454318A (zh) * 2013-09-13 2013-12-18 天津大学 具有双层旋转电极的电容层析成像传感器
CN103604843A (zh) * 2013-11-27 2014-02-26 华北电力大学 一种应用于液下环境的电容层析成像传感器
CN104655692A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 中国科学院工程热物理研究所 电容层析成像传感器
CN105353004A (zh) * 2015-11-20 2016-02-24 华北电力大学 测量环形空间的双螺旋电极电容层析成像传感器
CN105675704A (zh) * 2015-12-31 2016-06-15 华北电力大学 基于ect成像系统的三维全开放式火焰检测传感器
CN105842475A (zh) * 2016-03-21 2016-08-10 山西泫氏实业集团有限公司 一种建筑排水系统中非侵入式水力测试方法
CN108152341A (zh) * 2017-12-05 2018-06-12 浙江大学 一种低温流体管内流动电容层析成像装置
CN108195896A (zh) * 2017-12-05 2018-06-22 浙江大学 一种应用于低温流体的交错电极式电容层析成像装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9325125D0 (en) * 1993-12-08 1994-02-09 Malcolm Byars Associates Measurement of the impedance of a lossy capacitor
GB9718957D0 (en) * 1997-09-08 1997-11-12 Univ Manchester Image creation
CN1147727C (zh) * 2001-03-29 2004-04-28 浙江大学 电容层析成像电容测量系统
US6577700B1 (en) * 2001-06-22 2003-06-10 Liang-Shih Fan Neural network based multi-criteria optimization image reconstruction technique for imaging two- and three-phase flow systems using electrical capacitance tomography
CN1174244C (zh) * 2001-07-06 2004-11-03 中国科学院工程热物理研究所 一种方形电容层析成象传感器
US7496450B2 (en) * 2003-08-22 2009-02-24 Instituto Mexicano Del Petroleo Method for imaging multiphase flow using electrical capacitance tomography
CN1538168A (zh) * 2003-10-21 2004-10-20 浙江大学 基于电容层析成像系统的油气两相流测量方法及其装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156225B (zh) * 2011-03-18 2013-05-01 华北电力大学 具有粉粒体介电系数变化测量电极的电容层析成像传感器
CN102156225A (zh) * 2011-03-18 2011-08-17 华北电力大学 具有粉粒体介电系数变化测量电极的电容层析成像传感器
CN102353703A (zh) * 2011-07-05 2012-02-15 东南大学 一种电容层析成像传感器布置方法
CN103454318A (zh) * 2013-09-13 2013-12-18 天津大学 具有双层旋转电极的电容层析成像传感器
CN103454318B (zh) * 2013-09-13 2015-06-24 天津大学 具有双层旋转电极的电容层析成像传感器
CN104655692A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 中国科学院工程热物理研究所 电容层析成像传感器
CN104655692B (zh) * 2013-11-19 2017-03-01 中国科学院工程热物理研究所 电容层析成像传感器
CN103604843B (zh) * 2013-11-27 2017-01-25 华北电力大学 一种应用于液下环境的电容层析成像传感器
CN103604843A (zh) * 2013-11-27 2014-02-26 华北电力大学 一种应用于液下环境的电容层析成像传感器
CN105353004A (zh) * 2015-11-20 2016-02-24 华北电力大学 测量环形空间的双螺旋电极电容层析成像传感器
CN105675704A (zh) * 2015-12-31 2016-06-15 华北电力大学 基于ect成像系统的三维全开放式火焰检测传感器
CN105675704B (zh) * 2015-12-31 2018-05-25 华北电力大学 基于ect系统的三维全开放式火焰检测传感器
CN105842475A (zh) * 2016-03-21 2016-08-10 山西泫氏实业集团有限公司 一种建筑排水系统中非侵入式水力测试方法
CN108152341A (zh) * 2017-12-05 2018-06-12 浙江大学 一种低温流体管内流动电容层析成像装置
CN108195896A (zh) * 2017-12-05 2018-06-22 浙江大学 一种应用于低温流体的交错电极式电容层析成像装置
CN108152341B (zh) * 2017-12-05 2020-09-25 浙江大学 一种低温流体管内流动电容层析成像装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN100412534C (zh) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100412534C (zh) 一种微型电容层析成像传感器
CN101241094B (zh) 非接触式电阻抗传感器及基于该传感器的图像重建方法
CN103604843B (zh) 一种应用于液下环境的电容层析成像传感器
Yang Design of electrical capacitance tomography sensors
Fossa Design and performance of a conductance probe for measuring the liquid fraction in two-phase gas-liquid flows
CN100495037C (zh) 气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法
CN100401044C (zh) 双模电成像系统传感器及基于该传感器的图像重建方法
CN106370705B (zh) 三维电容层析成像传感器
CN109374071A (zh) 一种电容气固两相流测量装置及方法
CN102608350B (zh) 多电极静电法气固两相流速度分布检测方法及装置
CN102495107B (zh) 用于管道内流体过程参数检测的内外复合式阵列传感器
CN102620855B (zh) 一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统
CN101441099A (zh) 旋流浓集的稀疏气固两相流电容层析成像测量方法及装置
CN103645029B (zh) 一种螺旋输送管内粉体流型检测装置及压缩感知流型辨识方法
CN102768229A (zh) 双阵列式电容传感器及其气固两相流检测方法
CN103439374A (zh) 一种组合型印制电路板电容层析成像传感器
CN108037309B (zh) 颗粒速度分布的差分式平面电容传感器阵列测量方法
CN107218975A (zh) 基于螺旋式电容‑圆环式静电传感器的气固两相流检测装置及方法
CN107044820A (zh) 环状流局部动态液膜平均厚度的直接测量系统
CN109580729A (zh) 一种电容层析传感器检测系统
CN101566639A (zh) 一种基于电磁层析成像的钢水流速测量方法和装置
CN105973775A (zh) 一种双层电极阵列的螺旋输送管内粉体浓度检测装置
Xue et al. Dynamical lag correlation exponent based method for gas–solid flow velocity measurement using twin-plane electrical capacitance tomography
CN110579622A (zh) 基于三角电极电容传感器的金属颗粒流速测量装置及方法
CN209214689U (zh) 一种电容气固两相流测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170824

Address after: 100080 No. 15, No. three, Zhongguancun Road, Haidian District, Beijing, No. seventy-fifth, 106

Patentee after: BEIJING ZHONGKE ZHONGNENG TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: 100080 Beijing City, North Fourth Ring Road West, No. 11, No.

Patentee before: Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180105

Address after: R & D center 9 No. 421000 Hunan province Hengyang City Baishazhou Industrial Park, Yanfeng District Industrial Avenue, room 512

Patentee after: Hengyang Zhongke green nurseries Technology Co., Ltd.

Address before: 100080 No. 15, No. three, Zhongguancun Road, Haidian District, Beijing, No. seventy-fifth, 106

Patentee before: BEIJING ZHONGKE ZHONGNENG TECHNOLOGY CO., LTD.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190402

Address after: 250033 Room 15, 109 District, Building 1, 3099, 309 National Highway Bridge Section, Tianqiao District, Jinan City, Shandong Province

Patentee after: Jinan Zhongke Zhongneng Power Technology Co., Ltd.

Address before: Room 512, R&D Center, No. 9 Industrial Avenue, Baishazhou Industrial Park, Yanfeng District, Hengyang City, Hunan Province

Patentee before: Hengyang Zhongke green nurseries Technology Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190603

Address after: 266400 Binhai Avenue South, Shanchuan Road West, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province

Patentee after: Qingdao Zhongke Public Energy Investment Management Center (Limited Partnership)

Address before: 250033 Room 15, 109 District, Building 1, 3099, 309 National Highway Bridge Section, Tianqiao District, Jinan City, Shandong Province

Patentee before: Jinan Zhongke Zhongneng Power Technology Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200331

Address after: 211135 building 7, block a, artificial intelligence Industrial Park, 266 Chuangyan Road, Qilin science and Technology Innovation Park, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee after: Nanjing zhongkezhongneng Technology Co., Ltd

Address before: 266400 Binhai Avenue South, Shanchuan Road West, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province

Patentee before: Qingdao Zhongke Public Energy Investment Management Center (Limited Partnership)

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220420

Address after: 211135 sub building, building 7, area a, artificial intelligence Industrial Park, 266 Chuangyan Road, Qilin science and Technology Innovation Park, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee after: Zhongkesido (Nanjing) energy storage technology Co.,Ltd.

Address before: 211135 sub building, building 7, area a, artificial intelligence Industrial Park, 266 Chuangyan Road, Qilin science and Technology Innovation Park, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee before: Nanjing zhongkezhongneng Technology Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right