CN2447785Y - 一种用于电阻层析成象系统的电极阵列传感器 - Google Patents

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马艺馨
郑之初
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Abstract

本实用新型涉及一种用于电阻层析成象系统的敏感电极阵列传感器。它包括：传感器腔，矩形电极片排列在传感器腔内壁上，其特征在于：所述的矩形电极片嵌入传感器腔内壁的槽内，并在矩形电极片中心凿有一个直径为φ1—3mm的圆槽，然后把螺栓嵌入并焊接住构成一个电极，和电极依次等间距排列在传感器腔内壁上一圈，或多圈电极阵列，其传感器腔的两端用法兰固定，或通过法兰与另一管件固定。该传感器耐腐蚀、导电性好、结构简单和易于加工。

Description

一种用于电阻层析成象系统的电极阵列传感器
本实用新型涉及一种传感器，特别是用于电阻层析成象系统的敏感电极阵列传感器。
电阻层析成象(Electrical Resistance Tomography，以下简称ERT)技术，是一种速度快、成本低、无辐射污染、无扰动的过程层析成象技术，适用于对连续相具有导电性的对象的观测。传感器的基本结构如图一所示，N个电极等间距安装于被测管道周围，电极表面与管道内被测媒质接触。系统工作时，首先在一对相邻电极上施加激励电流，在媒质内部建立起敏感场，形成一定的电位分布，测量所有的非激励电极构成的相邻电极对上的电压(一次激励可以测得N-3个电压)；然后切换激励电流到下一个相邻电极对，又测得N-3个边界电压；直至所有的相邻电极对都激励过。最后可以得到N(N-3)个测量电压。当场域内电导率分布变化时，测量电压会随之变化。测量电压的变化反映了场域内电导率的变化，采用适当的图象重建算法，可以由测量电压反算出被测对象内的电导率分布或反映了电导率分布的灰度分布。因为不同媒质具有不同的电导率，可以得到被测对象内的媒质(相)分布图象，从而实现可视化测量。
敏感电极阵列是ERT获取物场信息的媒介，如参考文献1：Fraser Dickin andMi Wang,Electrical Resistance Tomographyfor Process Applications,MeasurementSciences and Technology,1996,No.7,pp247-260中所描述的，除对电极材料的导电性、耐腐蚀性、易加工性等有较高要求外，对电极的定位也有严格的要求。通常对于直径小于50cm的被测对象(管道或容器)，定位误差要小于±0.1％；对于直径更大的被测对象，定位误差要小于±0.05％。目前的ERT敏感阵列基本上是采用图二所示的设计方案，在被测对象周围等间距打孔后，将电极插入安装。
这种传统的设计方案的缺点是：①电极的长边与被测对象的轴线很难达到并保持严格的平行关系。②电极片不能太厚，否则将对被测媒质产生干扰。③当所需要的电极阵列的圈数增加时，需要重新加工传感器；而若所需要的圈数减少，则传感器上留下的孔必须采用适当的方法堵住，以防止传感器内部的媒质泄漏。④传感器一经加工好后，长度不能改变。
本实用新型的目的在于：为了在很好地满足无扰动性要求的基础上，能够保证定位的精度及电极面的长边与被测对象轴线的平行度，并能方便地改变传感器中电极阵列的圈数及传感器的长度，而且更主要的是要易于加工。从而提供一种结构灵活、性能优良的用于电阻层析成像仪的电极阵列传感器。
本实用新型的目的是这样实现的：本发明提供的用于电阻层析成象系统的敏感电极阵列传感器，包括：传感器腔壁采用尼龙或其它绝缘材料加工而成，电极采用钛金属根据被测管道的内径加工成适当尺寸的矩形电极，矩形电极片依次等间距排列在传感器腔内壁上，其传感器腔两端用法蓝固定；其特征在于，传感器腔内壁开有与矩形电极片厚度相同的槽，矩形电极片嵌入其内，并在矩形电极片的几何中心凿有一个直径为φ1-3mm的圆槽，然后把螺栓嵌入并焊接住，构成一个电极；在一圈电极阵列上，对应每一个电极的位置精确地铣出一个矩形槽，电极片嵌入槽内安装，能够保证电极的定位精度、电极片的长边与传感器轴线的平行度、传感器内壁的光滑性，电极片不会凸出到被测媒质中；这种设计方案能有效地保证螺栓与电极片之间的同心度及焊接的坚固性。传感器可以根据测量要求组装成带有一圈电极阵列(见图5)、两圈电极阵列(见图6)、甚至多圈电极阵列的传感器，使得该电极阵列的传感器结构灵活，并且比直接在一整段管道上铣出电极槽容易，即具有易于机械加工的优点；当作成多圈电极阵列的传感器时，只需改变管件二的轴向长度就可以调整图6中相邻两圈电极之间的轴向距离，使得根据测量媒质的移动速度、数据采集系统的工作速度及敏感场特性等对相邻两圈电极之间的轴向距离进行优化成为可能；管件二与电极阵列之间采用螺纹联接，能够方便地进行组合、改装；管件一与法兰一及管件一与法兰二之间采用紧密配合并用胶粘牢，法兰的使用使得该传感器易于与被测管道或容器连接；
本实用新型的ERT电极阵列传感器同其它ERT敏感电极阵列传感器相比，具体如下优点：
①电极采用钛金属，便宜、耐腐蚀、导电性好、易加工；
②矩形电极片几何中心的凿的圆槽有效地保证了螺栓与电极片之间的同心度及焊接的坚固性；
③传感器壁采用尼龙或其它的适当的绝缘材料，易于加工；
④传感器分成法兰、管件、电极阵列等多个零件组装一体，便于组合成带有一圈、两圈、甚至多圈电极阵列的传感器，结构灵活，易于加工；
⑤改变管件二的轴向长度就可以调整相邻两圈电极之间的轴向距离，能适应不同的测量要求；
⑥电极阵列与管件之间采用螺纹联接，能够方便地进行组合、改装；
⑦法兰的使用使得该传感器易于与被测管道或容器等连接；
⑧电极阵列上的矩形槽使得本实用新型电极阵列传感器能满足ERT技术对传感器的苛刻要求。
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明：
图1是ERT传感器结构及工作原理示意图
(a)传感器截面图；    (b)传感器三维图
图2是传统的电极安装示意图
图3是本实用新型的电极安装示意图
图4是本实用新型的电极的设计图
(a)螺栓的轴心与电极片几何中心重合(侧视图)
(b)螺栓嵌入焊接于电极片中心的圆槽内(剖视图)
图5是本实用新型的单圈电极阵列传感器装配图
图6是本实用新型的双圈电极阵列传感器装配图
图7是本实用新型的法兰的一种实施例结构图
图8是本实用新型的管件一的一种实施例结构图
图9是本实用新型的电极阵列的一种实施例结构图
图10是本实用新型的法兰二的一种实施例结构图
图11是本实用新型的管件二的一种实施例结构图
图面说明如下：1-法兰一；2-管件一；3-电极阵列；4-法兰二；
5-管件二；6-电极片；7-螺栓；8-传感器腔壁；9-电极；
10-螺纹；11-电极槽；12-螺栓孔；
实施例1
按照图4制作一个具有一圈电极阵列传感器，加工钛金属电极片6共16个，电极片6厚度d为2mm、长度L为12mm、宽度W为5mm，电极片6上的螺栓孔12深度为1mm、直径3mm，螺栓7的直径为3mm、螺纹10长度为9mm、总长度为20mm；按照图7加工法兰-11个，轴向长度20mm；按照图8加工管件一2两个，轴向长度49mm；按照图9加工电极阵列3一个，轴向长度为45mm，其中电极槽11深2mm、长12mm，宽5mm；按照图10加工法兰二41个，轴向长度为20mm。除电极片6外，所有零件的内径均为50mm。然后按照图5装配成一个带有一圈16个电极9的ERT传感器，把16个电极等间距的安装在传感器腔内壁8，装配后总长度为140mm，内径为50mm，可以连接到内径为50mm的过程管道或其它设备上。该传感器与ERT系统的其它单元一起，应用在电阻层析成象仪中，能无扰动地获取被测对象截面上的媒质分布情况，为过程检测及过程控制提供依据。
实施例2
按照图4制作一个具有双圈电极阵列传感器，加工32个钛金属电极片6，电极片6厚度为2mm、长度为12mm、宽度为5mm，电极片6上的螺栓孔12深度为1mm、直径3mm，螺栓7的直径为3mm、螺纹10长度为9mm、总长度为20mm；按照图7加工一个法兰一1，轴向长度为20mm；按照图8加工2个管件一2，轴向长度为49mm；按照图9加工2个电极阵列3，轴向长度为45mm，其中32个电极槽11尺寸为深2mm、长12mm、宽5mm，电极槽11中心的孔的直径为3mm；按照图10加工1个法兰二4，轴向长度为20mm；按照图11加工1个管件二5，轴向长度为88mm。除电极片6外，所有零件内径均为50mm。然后按照图6装配成一个带有两圈共32个电极9的ERT电极阵列传感器，装配后总长度为240mm，内径为50mm，可以连接到内径为50mm的过程管道或其它设备上。该传感器与ERT系统的其它单元一起，构成电阻层析成象仪，除能无扰动地获取被测对象在两个检测截面上的媒质分布情况外，还能通过相关技术等获得媒质运动速度的分布情况，为过程检测及过程控制提供更丰富的信息。

Claims (1)

1．一种用于电阻层析成象系统的敏感电极阵列传感器，包括：用尼龙或其它绝缘材料加工而成传感器腔壁，矩形电极片依次等间距排列在传感器腔内壁上，其特征在于：所述的矩形电极片是嵌入传感器腔内壁开有与矩形电极片厚度相同的槽内，并在矩形电极片的几何中心凿有一个直径为φ1-3mm的圆槽，然后把螺栓嵌入并焊接住构成一个电极，和矩形电极片依次等间距排列在传感器腔内壁上一圈电极阵列，或多圈电极阵列，其传感器腔的两端用法蓝固定，或通过法蓝与另一管件固定。
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