[發明專利]一種應用于液下環境的電容層析成像傳感器

有效

• 申請號: 201310636762.6
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103604843B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 韓振興;李驚濤;李志宏;劉石;王冬驍;王飛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于傳感器設計領域，尤其涉及一種應用于液下環境的電容層析成像傳感器。

背景技術

以液體工質作為冷卻介質，涉及被冷卻介質的相變對流換熱是傳熱領域的常見問題。在熱量傳遞過程中同時伴隨相變過程發生。例如：熱管冷凝段換熱、電廠凝汽器和回熱器中蒸汽與管外壁換熱。凝結換熱分為珠狀凝結和膜狀凝結，珠狀凝結形成比較困難且不持久，多數情況下的凝結換熱為膜狀凝結。不同液膜厚度和液膜運動狀態很大程度上影響其換熱特性。不凝氣體含量、蒸汽流速、壁面形狀、壁面粗糙度等諸多因素都會影響影響液膜的形成和流態。對液膜形成及狀態的有效監測有助于進一步理解凝結換熱的機理，并采取有效手段對凝結換熱進行強化。

電容層析成像（ECT）技術根據被測物質各相具有不同的介電常數，當各相組分分布或濃度分布發生變化時，將引起混合流體等價介電常數發生變化，從而使測量電極對間的電容值發生變化，在此基礎上，利用相應的圖像重建算法重建被測物場的介電常數分布圖。當前ECT技術在氣、液兩相流動領域受傳統傳感器結構限制主要用于絕熱條件下的管內空隙率測量及流型識別。以重力熱管為例，專利CN200510093326.4通過設計作為同時具有管壁和傳感器功能的結構實現了對絕熱段汽液兩相分布的測量及液膜流型變化的監測。對于采用液體工質進行冷卻的冷凝段，受冷凝結構限制，尚無適用于該區段相變過程測量的傳感器。

發明內容

針對背景技術中采用液體工質進行冷卻的冷凝段，受冷凝結構限制，尚無適用于該區段相變過程測量的傳感器；本發明提出了一種應用于液下環境的電容層析成像傳感器。

一種應用于液下環境的電容層析成像傳感器，其特征在于，所述傳感器包括兩相流分布測量電極陣列、電極端環形屏蔽電極、電極間隔離電極、傳感器絕水層和信號傳輸電纜；所述兩相流分布測量電極陣列包括N個測量電極；所述信號傳輸電纜包括纜芯和屏蔽絲網；

其中，所述電極間隔離電極與電極端環形屏蔽電極相連，經由信號傳輸電纜的屏蔽絲網引出，然后通過ECT信號采集設備的連接地線接地；

所述傳感器絕水層對冷凝管段的測量電極、電極間隔離電極和電極端環形屏蔽電極進行密封；

所述信號傳輸電纜的纜芯一端與測量電極相連，另外一端連接ECT信號采集設備，所采集到的測量數據經數據采集卡傳送至計算機進行圖像重建。

所述傳感器貼附安裝于測量管段橫截面為圓形、橢圓形或矩形在內的閉合形狀上。

所述傳感器絕水層采用導熱絕緣的硅膠、導熱泥或環氧樹脂絕緣導熱材料制作。

所述兩相流分布測量電極陣列、電極間隔離電極和電極端環形屏蔽電極均采用銅箔材料制作；電極表面作防腐處理。

所述傳感器不設置屏蔽罩結構。

所述N的取值范圍為4～16個。

本發明的有益效果是：摒棄傳統電容層析成像傳感器外屏蔽罩結構，通過采用絕緣導熱材料將測量電極陣列密閉于測量管段外壁面，從而可將其置于液下環境。采用新型傳感器的電容層析成像技術為對流換熱區域的汽、液兩相分布、液膜形成、發展、流型監測等提供了有效檢測手段，有效地拓展了電容層析成像技術的應用領域。

附圖說明

圖1為本發明提供的傳感器的連接示意圖；

圖2為本發明適用于液下環境的電容層析成像傳感器的立體結構示意圖；

圖3是本發明傳感器沿A-A和B-B兩個方向的視圖；其中，（a）為B-B方向的視圖；（b）為A-A方向的視圖；

圖4為本發明的使用流程示意圖；

其中，1-套管的內管；2-信號傳輸電纜；3-傳感器絕水層；4-電極間隔離電極；5-測量電極；6-電極端環形屏蔽電極；7-套管結構的上端蓋；8-進液口；9-出液口；10-套管結構的下端蓋；11-外管；12-ECT信號采集設備；13-連接地線；14-數據采集卡；15-計算機；16-顯示器。

具體實施方式

下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

圖1為本發明提供的傳感器的連接示意圖。圖1中，傳感器包括兩相流分布測量電極陣列、電極端環形屏蔽電極6、電極間隔離電極4、傳感器絕水層3和信號傳輸電纜2；所述兩相流分布測量電極陣列包括N個測量電極5；所述信號傳輸電纜包括纜芯和屏蔽絲網；

其中，所述電極間隔離電極4與電極端環形屏蔽電極6相連，經由信號傳輸電纜的屏蔽絲網引出，通過ECT信號采集設備12的連接地線13接地；