[發明專利]一種耐高溫高壓的電容陣列傳感器

在審

• 申請號: 201910143634.5
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109900752A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 曹章;胡蝶;徐立軍;孫世杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01P5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種耐高溫高壓的電容陣列傳感器，其特征在于主要包括五個部分：金屬電容陣列，用于形成空間敏感場，其內部為被測場域；絕緣玻璃管，用于電容陣列與外部屏蔽之間的絕緣，其內表面支撐電容陣列，外表面與金屬屏蔽相嵌套；金屬外部屏蔽，用于隔絕被測場域外圍的環境變化等干擾，同時可作為印刷電路板的支撐；印刷電路板，嵌入金屬屏蔽件外表面的軸向凹槽中，將傳感器各個部分的機械連接轉化為同軸連接器的接口，便于與信號線和采集系統的電氣連接；螺絲、螺母、同軸連接器等連接件，用于連接傳感器的各個部件，提供與信號線和采集系統的電氣接口。

技術領域

本發明涉及一種耐高溫高壓的電容陣列傳感器，屬于傳感器技術領域。

背景技術

作為過程層析成像技術的一種實現方式，電容層析成像技術是以兩相流或者多相流為檢測對象，主要通過電阻抗測量的方法來研究過程參數分布的實時檢測技術。該技術通過測量安裝在未知容器或管道表面的電極間的電容/電阻抗值，可以重建出容器或者管道的內部介電常數/電導率分布，從而快速、無損地獲得未知容器內部的介質分布情況。與傳統的斷層參數獲取技術相比，電容層析成像技術的主要優點主要體現在以下幾方面：1)能提供在線的二維或三維可視化信息；2)可提取被測對象內部的介電常數或電導率分布信息；無輻射、安全無害；3)非侵入，不破壞待測物場分布；4)響應快、實時性強；5)結構簡單，成本低廉。目前，電容層析成像技術已被廣泛應用于工業過程中多相流的測量和監測，如石油管道工況檢測、管道內水錘過程監測、氣液兩相流空隙率測量及流型識別、氣水分離監測、流化床中氣固兩相濃度分布可視化監測、凍土水分遷移過程的可視化監測等。

典型的電容層析成像系統主要包括三個部分：1)獲取被測場域電阻抗信息的電容陣列傳感器，它在恒定電源的激勵下，形成一個可以從不同觀測角度掃描被測場域的空間敏感場，被測場域內部的介質分布或結構的運動變化對敏感場產生作用，使電容陣列傳感器輸出相應的信號；2)數據采集與處理單元，通過完成激勵源發生、電極通道切換、信號濾波和解調等任務，實時記錄并上傳電容陣列傳感器輸出的反映被測場域介質分布狀態的測量數據；3)圖像重建與被測場域參數提取單元(圖像重建計算機)，對上傳的電容陣列傳感器的阻抗數據進行計算，反演得到直接反映被測場域介質分布變化的電學參數信息，重建出被測場域的物質分布圖像。

隨著電容層析成像技術的持續發展和成熟，其應用范圍越來越廣，如高爐物料可視化監測、溫度壓力升高時尼龍聚合過程監測、火焰燃燒參數可視化監測、火箭發動機固體燃料燃燒過程監測等，應用環境也包含了高溫、高壓等惡劣環境。傳統的電容陣列傳感器出于易于制作和輕便的考慮通常采用有機玻璃作為內管材料，將銅箔剪切、粘貼于內管表面形成電容陣列。然而，當被測場域為高溫環境，如300～1000℃時，傳統電容陣列傳感器易熔化變形，因此需要設計專用的耐高溫電容陣列傳感器；惡劣環境下，傳感器的測試安裝平臺將受到劇烈的震動或擠壓，傳統的電容陣列傳感器易出現電極變形甚至脫落，因此需要設計耐高壓、抗震性好的電容陣列傳感器。

發明內容

本發明的技術解決問題：針對傳統電容陣列傳感器的不足，提出了一種耐高溫高壓的電容陣列傳感器，可用于高溫、震動等惡劣環境。