[发明专利]一种高温高压阵列电极传感器装置

说明书

本发明涉及一种阵列传感器装置，主要作为电阻层析成像系统(ERT)系统数据采集通道的前端传感器，实现电阻层析成像系统与高温高压工况下科研装置以及工业设备的对接。

层析成像技术是20世纪70年代初期首先在医学工程上得以成功应用并蓬勃发展起来的一项新技术，在医学上就是我们通常所熟知的CT技术。它的出现，不仅使医学技术发生革命性飞跃，而且还对各学科领域理论的研究和发展也起到了积极的推动作用。目前，层析成像技术在临床医学诊断和病理研究方面取得很大的成功，并且被逐渐运用到石油、化工、航天、天文学、地质勘探、地震学、无损探伤检测等领域。

ERT技术属于过程层析成像(Process Tomography，简称PT)技术的一种，特点在于：将传统的对过程参数的单点、局部的测量，发展为多点、截面分布式的测量；在不破坏、不干扰流体流动的情况下，获得管道或设备内部两相/多相流体的二维/三维分布信息；为在工业条件下对基于热动力学、反应动力学和流体动力学原理建立的过程、设备模型的证实提供一种方便的手段；还可以为优化过程设备及装置的设计，改进过程工艺，实现两相/多相流体输送，调整与控制反应复杂生产过程，提供全面、准确的信息和辅助的研究手段。

根据ERT测试设备的结构和成像原理，其数据采集通道前端传感器结构为在筒壁同一截面均匀开16个孔，分别安装16个金属电极(如图3)，保证16个金属电极与筒壁绝缘。在电极截面上下两侧圆柱筒内全部绝缘的高度最好保证为圆柱筒半径的长度。目前统一采用的工作方式为交流电流激励、电压测量，通常采用相邻激励方式，即在一对相邻电极上注入激励电流，建立敏感场，依次选择其它的相邻电极对测量电压(如图2)，然后切换到下一对相邻电极上激励，再在其它的相邻、非激励电极对上测量电压，重复上述过程直到所有的相邻电极对都激励过。对于N电极ERT系统，一共可以得到N(N-3)个测量电压值。根据互易原理，实际的独立测量次数为M＝N(N-3)×2个。对于16电极的ERT系统，有104个独立测量电压值。当场域内介质的电导率发生变化时，测量电压也会随之变化。测量电压值的变化反应了场域内电导率的变化，借助于适当的图像重建算法，可以由测量电压反算出被测对象内电导率分布的灰度分布。因此，根据场域内不同介质的电导率不同，可以得到被测对象在场域内的分布图像，从而实现可视化研究。

阵列电极传感器作为ERT系统数据采集通道前端传感器，其性能的好坏直接影响采集到的信号质量，如果电极阵列与激励信号形式匹配良好，且抗干扰能力较强，在电极采集端可以得到高频小噪声信号，就可以在后续数据采集中省去一部分响应时间很长的信号调理电路，简化数据采集通道，在去除噪声方面节省等待时间。文献(Fraser Dickin，Mi Wang.Measurement science & Technology，1996，Vol.7，No.3，P247～260)中报道了用于ERT系统的数据采集通道前端传感器，该传感器设计的缺点是灵活性不好，不能任意调整传感器在实验装置和工业设备中的位置；另外，满足器壁绝缘的条件时，不能用于高温高压环境。而专利(CN00250232)中，尽管改进了阵列电极传感器的灵活性，但其仍然局限于常压条件下使用，不能用于高温高压的工况。

本发明的目的就是在于解决以上所提到的现有技术的不足，提供了一种可以在较宽范围压力和温度下使用的具有高灵敏度，安装灵活的阵列电极传感器装置(如图1)。它主要包括传感器腔、电极和密封结构三部分。其主要的技术特点是：电极片连接在导线上，导线穿过具有屏蔽和保护作用的金属套管，导线和套管之间填充耐高温的致密的绝缘材料，以保证导线相互之间无电信号干扰，然后把保护导线套管穿过耐高温高压的金属传感器腔壁上的延长孔，保证电极片均匀平行地贴在内壁涂有绝缘耐高温材料的传感器腔上后，利用卡套实现静密封。

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为阵列电极传感器电极片的排列方式和工作原理图；

附图3为阵列电极传感器电极片的立体排列方式示意图；

附图4为阵列电极传感器腔的俯视图；

附图5为阵列电极传感器腔的剖面图；

附图6为阵列电极传感器腔的A-A截面结构示意图；

附图7为阵列电极传感器腔的B-B截面结构示意图；

附图8为电极结构示意图；

附图9为阵列电极传感器腔壁上的延长孔和密封结构示意图。