[发明专利]一种耐高温电容层析成像传感器

说明书

本发明公开了一种应用于室温至600℃高温环境下的耐高温电容层析成像传感器。所述传感器包括阵列分布电极、轴端屏蔽电极、绝缘隔离层、轴端屏蔽电极连接层、固定层、屏蔽罩和信号传输线，其中阵列分布电极通过腐蚀镂空的工艺制作而成，并由测量端和固定端组成，分别用来测量电容和包裹固定电极测量端与传输电缆，且测量端通过耐高温绝缘胶整体定位套粘在耐高温绝缘管道的外壁；信号传输线包括高温段和常温段，均为由缆芯、绝缘层和屏蔽丝网组成的双屏蔽线；轴端屏蔽电极连接层与轴端屏蔽电极直接接触，并与屏蔽罩连接。本发明的传感器可以在室温至600℃高温环境下正常使用，有效拓宽了电容层析成像技术在高温热态领域的应用范围。

技术领域

本发明属于传感器设计领域，尤其涉及一种应用于室温至600℃高温环境下的电容层析成像传感器。

背景技术

电容层析成像(ECT)是过程层析成像技术中的一种，其基本原理是多相介质具有不同的介电常数，通过在被测对象外部排布多电极阵列式电容传感器，当测量电极所在截面介质浓度发生变化时，会引起等效介电常数的变化，从而导致传感器测得的各电极对之间的电容值发生变化，利用相应的图像重构算法，即可由测得的电容数据投影反算得到所测截面处的介质分布情况。

与其它过程层析成像技术相比，ECT具有发展成熟、无辐射、成像速度快、成本低廉以及非介入式等优点，近年来被广泛应用于流化床、石油管线等多相流体系中的介质浓度分布、流型识别和速度测量研究。但是这些应用多限于冷态实验装置，而多相流系统特别是气固两相流中的催化反应、燃烧锅炉等经常需要在高温条件下进行操作。考虑到温度对多相流相间、相内作用力及介尺度非均匀结构均有很大影响，直接将ECT冷态实验的结果应用于热态高温体系有很大风险，因此有必要将ECT应用到高温多相流测量领域。

ECT应用到高温体系，所面临的挑战一方面在于多相流介质的介电常数与温度等存在着复杂的关联，因此ECT图像的变化是介质分布与体系温度变化的综合体现，要从中解耦获得介质浓度分布，在算法及测量方法上均需做相应改变；另一个难点则主要体现在高温ECT传感器的制作方面。而后者是实现高温ECT应用的第一步也是最为关键的一步。

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；所选择的电极材料须具有良好的耐高温特性和导电性，并满足易于加工且价格低廉的要求；其次，为了达到非侵入式测量的目的，ECT传感器电极片需要通过粘合剂粘贴在所测容器外壁，该粘合剂必须在高温下也具有良好的粘结性，并绝缘；另外由于ECT通过测量极其微小的电容值进行成像，因此电极片的大小尺寸和排列必须严格精准，而且为保证电极片均匀且牢固地粘贴在容器外壁且电极片在粘贴过程中不错位、不起皮，电极材料的选择、电极片的制作方法、粘合剂及粘贴工艺的选择都非常重要；此外，市场上现有的双屏蔽信号传输电缆不能耐受高温，所以有必要选择合适的材料来专门定制耐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；同时，通常采用的锡焊工艺难以耐受500℃以上高温，因此，传感器电极片和信号传输电缆之间的连接以及接地的轴端屏蔽电极、屏蔽罩之间的连接还需要选择其他方法；最后，还应根据高温环境的要求选用耐高温且绝缘的柔性材料对整个传感器进行固定。