PDF《用于气液两相流流型识别的 ECT 传感器的优化设计》

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2 极板之间的电势分布.从图中可以看出, 整个 电极表面强制为等势体, 电场等势线在电极附近发 生偏移, 电极越宽, 等势线偏移越严重.传感器极板 的覆盖率对感应区域的电场分布影响并不明显, 但 是在激励电极附近影响较为明显. 图3不同电极覆盖率下的 ECT 传感器等势线分布图 Fig.

3 potential distribution of ECT sensor with electrode covering ratio 图4中给出了 ECT 传感器在不同极板覆盖率 下的径向电势分布曲线图, 从曲线图中可知, 径向电 势下降速度随极板覆盖率增加而降低, 因此在三种 情况下电极覆盖率下对应的在 ECT 传感器电极附 近和靠近管壁处的灵敏度大小依次为: ECT( 30% ) <

ECT( 60% ) <

ECT( 90% ) .从这一点考虑, 在设计 ECT 传感器时, 要求电极的覆盖率尽可能地大.

4 6 电机与控制学报第15 卷图4ECT 传感器的径向电势分布曲线图 Fig.

4 radial potential distribution curve of ECT sensor 3.

2 电极覆盖率对固有电容的影响 图5中显示了各电极对间的固有电容随电极覆 盖率的变化情况, 固有电容随着各电极尺寸的增加 而增加, 当电极覆盖率在低于 60% 时, 增加的比较 平缓, 超过 60% 时1-2电极间增加的比较剧烈. 因此, 从这一方面考虑, 电极应该尽可能的宽. 图5固有电容随电极覆盖率的变化情况 Fig.

5 Variation of standing capacitance with electrode covering ratio 3.

3 屏蔽电极对固有电容的影响 屏蔽电极也影响着 ECT 系统的敏感特性以及 测量电容和有效的敏感区域.图6中显示出了屏蔽 半径的不同对各电极间固有电容的影响.从图中可 以看出, 屏蔽半径是管道内径的 1.

1 ~ 1.

8 倍时, C /Cmax 逐渐增大, 当屏蔽半径是管道内径的 1.

4 ~ 1.

8 倍时, C /Cmax 达到最大, 屏蔽半径与管道内径的 比值超过 1.

8 倍时, C /Cmax 开始明显下降.由此可 见, 屏蔽层半径的大小应该合理选择, 存在最优值. 图6固有电容随屏蔽半径变化情况 Fig.

6 Variation of standing capacitance with guard radius 3.

4 比较 P 值图7中给出了在屏蔽半径不同情况下 P 值随 电极覆盖的变化情况, 从图中可以看出, 对于在各个 屏蔽半径下, P 都存在一个极小值, 并且可知在电极 覆盖率 80% 左右, ECT 传感器的灵敏度均匀性较 好, 覆盖率较低或较高 P 值都在增大. 图7在屏蔽半径不同情况下 P 值随电极覆盖的变化情况 Fig.

7 Variation of P value with g electrode covering ratio in different guarding radius

4 仿真实验结果 根据以上分析, 选取了管道内径 R1 = 55mm, 外径R2 = 60mm, 屏蔽罩半径 R3 = 85mm, 检测电极厚 度d=1mm, 径向电极长度 L = 21mm, 插入深度 f = 2mm, 极板张角 a = 32°, 极板间相隔 6. 5°均匀分布 在有机玻璃管道外壁上, 作为仿真原型. 为了验证该传感器设计的可靠性, 选取了

3 种 典型的流型: 层状流、 核心流、 环状流作为仿真对象, 采用仿真数据进行图像的重建.选取

8 电极 ECT 系统进行研究, 共剖分

716 个单元, 仿真实验在 Pentium( R) Dual- Core CPU, 2G 内存的计算机上采 用MATLAB 机型仿真分析, 实验介质黑色区域代表 水, 白色区域代表空气, 为了防止灰度估计值越界, 先进行灰度滤波使管道中每个象素的灰度值限定在

0、

1 之间.实验采取了最常用的 LBP 算法 [11 ] 进行 了分析, 且给出了评价算法的