[发明专利]一种高温下直接接触换热器管内电容层析成像传感器以及实时动态监测系统

说明书

本发明涉及一种高温下直接接触换热器管内电容层析成像传感器以及实时动态监测系统，属于电容层析成像技术领域。本高温下直接接触换热器管内电容层析成像传感器包括耐高温阵列分布测量电极、轴端屏蔽电极、耐高温绝缘层、高温段信号传输线和常温段信号传输线，两个轴端的轴端屏蔽电极内部安装耐高温阵列分布测量电极，耐高温阵列分布测量电极内部覆盖设有耐高温绝缘层，耐高温阵列分布测量电极依次连接高温段信号传输线、常温段信号传输线。本发明电容层析成像传感器能在常温至200℃高温下均可正常使用，本实时动态监测系统也能在能在常温至200℃高温下均可正常实时动态监测，将ECT技术应用到实际换热生产过程中的高温高压环境。

技术领域

本发明涉及一种高温下直接接触换热器管内电容层析成像传感器以及实时动态监测系统，属于电容层析成像技术领域。

背景技术

电容层析成像（ECT）是20世纪80年代后期在医学CT技术基础上形成和发展起来的，它主要以两相流为研究对象，是一种过程参数实时在线检测技术。ECT技术以飞侵入的方式，由被测管道或者安装的传感器阵列获得反映被测区域内介电常数分布，经过计算处理后，给出截面或空间状况分布的二维或三维可视化信息。

目前ECT主要应用于固体相浓度测量、流型识别测量和相关速度测量等，并且ECT实验也大都在常温、常压的冷模态装置中进行，进行热态研究的比较少。设计高温ECT传感器，有几个困难需要克服：首先是传感器所贴附容器必须是耐高温的绝缘体；所选的电极材料必须具有良好的耐高温高压特性和导电性；其次是解决电极的粘贴问题，传统的ECT传感器采用的是紫铜箔胶带，可以直接使用，不要考虑粘合剂的问题。但高温环境必须选择合适的高温胶。此外，市场上现有的双屏蔽信号传输电缆线不能耐受高温，所以有必要选择合适的材料来专门定制高温双屏蔽信号传输线，并采用合理的技术将其与连接ECT信号采集系统的常温段信号传输线相连接；同时，采用耐高温的锡焊进行连接。

目前，关于电容层析成像技术的研究主要集中在图像重建算法的优化和信号采集设备的改进，对传感器的研究的很少，国内华北电力大学申请的CN103604843A 提出了一种适用于液下环境的电容层析成像传感器，但也仅仅局限在冷态环境。中国科学院工程热物理研究生申请的CN104655692A提出了一种电容层析成像传感器可应用于高炉。目前关于高温高压ECT传感器的相关专利较少，而本领域对于可以在1.5MPa，200℃高温高压环境使用的ECT传感器存在需要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种高温下直接接触换热器管内电容层析成像传感器以及实时动态监测系统。本发明电容层析成像传感器能在常温至200℃高温下均可正常使用，本实时动态监测系统也能在能在常温至200℃高温下均可正常实时动态监测，将ECT技术应用到实际换热生产过程中的高温高压环境。本发明通过以下技术方案实现。

一种高温下直接接触换热器管内电容层析成像传感器，电容层析成像传感器8包括耐高温阵列分布测量电极1、轴端屏蔽电极2、耐高温绝缘层3、高温段信号传输线4和常温段信号传输线5，两个轴端的轴端屏蔽电极2内部安装耐高温阵列分布测量电极1，耐高温阵列分布测量电极1内部覆盖设有耐高温绝缘层3，所述耐高温阵列分布测量电极1包括N个测量电极，其中N的取值为8至16范围内的任意整数，N个测量电极测量端依次连接高温段信号传输线4、常温段信号传输线5；N个测量电极和轴端屏蔽电极2均采用黄铜片制成，N个测量电极均表面喷涂机油；耐高温绝缘层3采用聚四氟乙烯（聚四氟乙烯耐1.5MPa、200℃高温高压，耐腐蚀、无毒害、抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，并且几乎不溶于所有的溶剂）制成；所述高温段信号传输线4和常温段信号传输线5均为包括缆芯、绝缘层和屏蔽丝网的双屏蔽电缆线，高温段信号传输线4是由常温段信号传输线5外层包裹一层聚四氟乙烯管套制成，N个测量电极的测量端与高温段信号传输线4内部的缆芯连接，高温段信号传输线4内部的缆芯与常温段信号传输线5缆芯连接；两个轴端的轴端屏蔽电极2任一端与高温段信号传输线4屏蔽丝网接触连接。

所述N个测量电极和轴端屏蔽电极2厚度均为0.01~0.1mm。