一种耐高温电容层析成像传感器制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

High temperature resistance capacitance tomography sensor

The invention discloses a high temperature capacitance tomography sensor applied to the environment of high temperature from room temperature to 600 DEG C. The sensor includes an array of electrodes, the distribution of shaft end shield electrode, insulating layer, the shaft end shield electrode connecting layer and a fixed layer, the shield and the signal transmission line, wherein the electrode array distribution is formed by the fabrication of hollow and corrosion, by measuring end and the fixed end, were used to measure capacitance and package fixed electrode the measuring end and transmission cable, and the measuring end through the wall of the high temperature resistant insulating adhesive glued in the overall positioning of the high temperature resistant insulating pipe; a signal transmission line comprises a high temperature and normal temperature, is a cable core, an insulating layer and a shielding screen composed of screen line; the shaft end shield electrode layer and connected to the shaft end shield electrode directly contact, and is connected with the shielding cover. The sensor of the invention can be used normally at room temperature to 600 DEG C in high temperature environment, and effectively expands the application range of the electrical capacitance tomography technology in the field of high temperature thermal state.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温电容层析成像传感器
本专利技术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。
技术介绍
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。由于高温ECT传感器制作的诸多挑战，目前，国内外关于ECT传感器的研究基本停留在室温环境。国内华北电力大学的申请CN103604843A提出了一种适用于液下环境的电容层析成像传感器，拓宽了ECT的使用范围，但也仅限于冷态环境。中国科学院工程热物理研究所的申请CN104655692A提供了一种能够方便布置和安装测量电极组和屏蔽电极组的电容层析成像传感器，可以应用于具有大尺度多边形结构的循环流化床锅炉的冷漠研究，但也并未涉及高温环境。技术申请CN204536251U公开了一种热态循环流化床锅炉床料流化均匀性监测系统，其中所采用的电容阵列传感器由外层屏蔽罩、测量电极阵列、高温绝缘隔热层、径向屏蔽组件构成，但此种结构将测量电极阵列悬空布置在高温绝缘隔热层外围，一方面测量电极阵列难以固定，另外一方面由于高温绝缘隔热层的隔热作用，隔热层外围的温度大大低于锅炉外表面温度，因此该申请所提供的传感器并非真实工作于循环流化床锅炉的高温环境，同时这样的布置方式也使得传感器测量得到的电容值实际上是隔热层、锅炉壁、炉膛内物料三者电容值的串联值，从而加大了直接对炉膛床料流化均匀性进行监测的难度。专利技术申请CN201510623768.9提出了可以应用于300℃高温环境的外置电极式ECT传感器，但实际中的大多数化工生产过程所需温度经常达到600℃，如气固催化反应，多在400～500℃之间进行，其催化剂再生多在500～600℃之间进行。因此，在本领域有必要通过易于实施的工艺设计制作一种可以应用于600℃高温环境下的外置电极式ECT传感器，从而将ECT的应用拓展到该温度范围内的热态研究。
技术实现思路
为了将ECT技术应用到实际化工生产过程中的高温环境，本专利技术的目的是设计一种在常温至600℃高温环境下均可正常使用的ECT传感器。为此，本专利技术提供了一种应用于室温至600℃高温环境下的ECT传感器，所述ECT传感器包括耐600℃高温的阵列分布电极、两个耐600℃高温的轴端屏蔽电极、耐600℃高温的绝缘隔离层、耐600℃高温的轴端屏蔽电极连接层、耐600℃高温的固定层、耐600℃高温的屏蔽罩、耐600℃高温的高温段信号传输线和应用于室温环境下的常温段信号传输线；所述阵列分布电极为N个大小相同并且由测量端和固定端组成的电极片，其中N的取值为8～16的整数；所述高温段信号传输线和所述常温段信号传输线均为由缆芯、绝缘层和屏蔽丝网组成的双屏蔽线；所述电极片的固定端与所述高温段信号传输线的缆芯连接，并经由所述常温段信号传输线的缆芯与ECT信号采集系统连接，所采集的电容数据由数据采集卡传送到成像计算机完成图像重建；所述屏蔽罩与所述轴端屏蔽电极连接层连接，所述轴端屏蔽电极连接层的两端分别与所述的两个轴端屏蔽电极接触连接，所述两个轴端屏蔽电极的任一个与所述高温段信号传输线的屏蔽丝网接触连接，并经由所述常温段信号传输线的屏蔽丝网与ECT信号采集系统的连接地线接地。在一个优选实施方案中，所述ECT传感器通过贴附安装在横截面为圆形的耐600℃高温的绝缘管道的外壁。在一个优选实施方案中，所述耐600℃高温的阵列分布电极作为一个整体采用腐蚀镂空的工艺制成；所述电极片的测量端与固定端在交界处折叠，并且所述测量端通过耐1000℃高温的无机粘合剂定位套粘在所述绝缘管道的外壁；所述固定端包裹所述高温段信号传输线的缆芯并且在折叠后与所述测量端贴附。在一个优选实施方案中，所述轴端屏蔽电极由耐1000℃高温的无机粘合剂套粘在所述阵列分布电极的测量端两侧。并且任一侧的所述轴端屏蔽电极与所述高温段信号传输线的屏蔽丝网接触连接。在一个优选实施方案中，所述绝缘隔离层通过用石英纤维带缠绕所述阵列分布电极而形成。在一个优选实施方案中，所述轴端屏蔽电极连接层由软铜皮材料制成，并且所述轴端屏蔽电极连接层的两端分别与所述两个轴端屏蔽电极接触连接。在一个优选实施方案中，所述固定层通过用石英纤维带缠绕整个所述ECT传感器而形成，并且用于支撑和固定所述屏蔽罩。在一个优选实施方案中，所述屏蔽罩由厚度为0.4～0.6mm的黄铜带制成，并且所述屏蔽罩与所述轴端屏蔽电极连接层连接。在一个优选实施方案中，所述高温段信号传输线由作为缆芯的镍丝、绕包所述镍丝的作为绝缘层的云母玻璃丝和绕包所述云母玻璃丝的作为屏蔽丝网的不锈钢丝组成；所述常温段信号传输线为传统的冷态信号传输线；两段信号传输线的缆芯和屏蔽丝网分别单独连接。在一个优选实施方案中，所述阵列分布电极和所述轴端屏蔽电极由厚度为0.01～0.1mm的薄黄铜皮制成。本专利技术的传感器可以在室温至600本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于室温至600℃高温环境下的外置电极式电容层析成像传感器，其特征在于，所述电容层析成像传感器包括耐600℃高温的阵列分布电极、两个耐600℃高温的轴端屏蔽电极、耐600℃高温的绝缘隔离层、耐600℃高温的轴端屏蔽电极连接层、耐600℃高温的固定层、耐600℃高温的屏蔽罩、耐600℃高温的高温段信号传输线和应用于室温环境下的常温段信号传输线；所述阵列分布电极为N个大小相同并且由测量端和固定端组成的电极片，其中N的取值为8～16的整数；所述高温段信号传输线和所述常温段信号传输线均为由缆芯、绝缘层和屏蔽丝网组成的双屏蔽线；所述电极片的固定端与所述高温段信号传输线的缆芯连接，并经由所述常温段信号传输线的缆芯与电容层析成像信号采集系统连接，所采集的电容数据由数据采集卡传送到成像计算机完成图像重建；所述屏蔽罩与所述轴端屏蔽电极连接层连接，所述轴端屏蔽电极连接层的两端分别与所述两个轴端屏蔽电极接触连接，所述两个轴端屏蔽电极中的任一个与所述高温段信号传输线的屏蔽丝网接触连接，并经由所述常温段信号传输线的屏蔽丝网与电容层析成像信号采集系统的连接地线接地。

【技术特征摘要】
1.一种应用于室温至600℃高温环境下的外置电极式电容层析成像传感器，其特征在于，所述电容层析成像传感器包括耐600℃高温的阵列分布电极、两个耐600℃高温的轴端屏蔽电极、耐600℃高温的绝缘隔离层、耐600℃高温的轴端屏蔽电极连接层、耐600℃高温的固定层、耐600℃高温的屏蔽罩、耐600℃高温的高温段信号传输线和应用于室温环境下的常温段信号传输线；所述阵列分布电极为N个大小相同并且由测量端和固定端组成的电极片，其中N的取值为8～16的整数；所述高温段信号传输线和所述常温段信号传输线均为由缆芯、绝缘层和屏蔽丝网组成的双屏蔽线；所述电极片的固定端与所述高温段信号传输线的缆芯连接，并经由所述常温段信号传输线的缆芯与电容层析成像信号采集系统连接，所采集的电容数据由数据采集卡传送到成像计算机完成图像重建；所述屏蔽罩与所述轴端屏蔽电极连接层连接，所述轴端屏蔽电极连接层的两端分别与所述两个轴端屏蔽电极接触连接，所述两个轴端屏蔽电极中的任一个与所述高温段信号传输线的屏蔽丝网接触连接，并经由所述常温段信号传输线的屏蔽丝网与电容层析成像信号采集系统的连接地线接地。2.根据权利要求1所述的电容层析成像传感器，其特征在于，所述电容层析成像传感器通过贴附安装在横截面为圆形的耐600℃高温的绝缘管道的外壁。3.根据权利要求1所述的电容层析成像传感器，其特征在于，所述耐600℃高温的阵列分布电极作为一...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶茂，郭强，孟霜鹤，张涛，刘中民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21