[发明专利]一种应用于液下环境的电容层析成像传感器

摘要

本发明公开了传感器设计领域的一种应用于液下环境的电容层析成像传感器。传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极、电极间隔离电极、传感器绝水层和信号传输电缆；所述两相流分布测量电极阵列包括N个测量电极；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网。本发明摒弃传统电容层析成像传感器外屏蔽罩结构，通过采用绝缘导热材料将测量电极阵列密闭于测量管段外壁面，从而可将其置于液下环境，为对流换热区域的汽、液两相分布、液膜形成、发展、流型监测等提供了有效检测手段，有效地拓展了电容层析成像技术的应用领域。

主权项

一种应用于液下环境的电容层析成像传感器，其特征在于，所述传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极、电极间隔离电极、传感器绝水层和信号传输电缆；所述两相流分布测量电极阵列包括8个测量电极；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网；其中，所述电极间隔离电极与电极端环形屏蔽电极相连，经由信号传输电缆的屏蔽丝网引出，然后通过ECT信号采集设备的连接地线接地；所述传感器绝水层对冷凝管段的测量电极、电极间隔离电极和电极端环形屏蔽电极进行密封；所述信号传输电缆的缆芯一端与测量电极相连，另外一端连接ECT信号采集设备，所采集到的测量数据经数据采集卡传送至计算机进行图像重建；所述传感器绝水层采用导热绝缘的硅胶、导热泥或环氧树脂绝缘导热材料制作；所述传感器的安装方式包括：首先将含8个测量电极(5)的传感器测量电极阵列、电极间隔离电极(4)、电极端环形屏蔽电极(6)贴附安装于套管式结构内管(1)的外壁面，而后用绝水层(3)对其进行密封；将内管(1)置于外管(11)内；套管结构通过上端盖(7)和下端盖(10)进行密封，信号传输电缆(2)经套管结构的上端盖引出，上、下端盖同时固定内管；外管上下两端分别设置进液口(8)和出液口(9)；所述传感器的工作方式包括：冷却流体经进液口(8)进入套管内空间，从出液口(9)排出，和内管内蒸汽进行逆流对流换热，蒸汽凝结产生汽、水两相流；通过传感器绝水层(3)密封的电容层析成像传感器在液下环境工作，测量电极信号通过传输电缆经上层端盖引出至ECT信号采集设备，在计算机中进行数据处理和图像重建，得到内管中汽、液两相的分布图形；所述传感器与传统传感器标定不同，为保持与试验条件一致，其空场与满场的标定均需在液下环境条件下完成；记录空场与满场条件下的测量电容，并用于试验过程中的图像重建，具体标定方式包括：试验中对各电极进行检测时，激励电极的相邻电极增益为低增益，其余为高增益；首先1号电极作为激励电极，检测其与2至8号电极之间的电容值；然后以2号电极为激励电极，检测其与3至8电极之间电容值；以此类推，共检测出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；所述传感器贴附安装于测量管段横截面为圆形、椭圆形或矩形在内的闭合形状；所述两相流分布测量电极阵列、电极间隔离电极和电极端环形屏蔽电极均采用铜箔材料制作；电极表面作防腐处理；所述传感器不设置屏蔽罩结构；所述传感器长度为44mm，测量电极(5)长度为30mm，环形屏蔽电极(6)长度为6mm；测量电极(2)的宽度根据公式w＝πd/n‑δ计算，其中：w为测量电极宽度，d为套管的内管外径，n为测量电极数量等于8，δ为测量电极之间隔离电极宽度；所述套管的内管外径为16mm，各测量电极宽度为4.3mm，隔离电极宽度为0.5mm。