一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，其特征在于主要包括四个部分：刚玉内管，其内部为被测场域，外壁或内壁表面固定耐高温电容阵列；电容阵列，利用等离子体喷涂技术将钴基合金粉末喷涂于刚玉内管的表面制成；信号屏蔽线，与电极数量相同，内层信号线的一端连接电容阵列，另一端连接测量电路，外层屏蔽线接地；电容阵列外部屏蔽，用于隔绝被测场域外围的环境变化等干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器
本专利技术涉及一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，属于传感器

技术介绍
作为过程层析成像技术的一种实现方式，电容层析成像技术是以两相流或者多相流为检测对象，主要通过电阻抗测量的方法来研究过程参数分布的实时检测技术。该技术通过测量安装在未知容器或管道表面的电极间的电容/电阻抗值，可以重建出容器或者管道的内部介电常数/电导率分布，从而快速、无损地获得未知容器内部的介质分布情况。与传统的断层参数获取技术相比，电容层析成像技术的主要优点主要体现在以下几方面：1)能提供在线的二维或三维可视化信息；2)可提取被测对象内部的介电常数或电导率分布信息；无辐射、安全无害；3)非侵入，不破坏待测物场分布；4)响应快、实时性强；5)结构简单，成本低廉。目前，电容层析成像技术已被广泛应用于工业过程中多相流的测量和监测，如石油管道工况检测、管道内水锤过程监测、气液两相流空隙率测量及流型识别、气水分离监测、流化床中气固两相浓度分布可视化监测、冻土水分迁移过程的可视化监测等。典型的电容层析成像系统主要包括三个部分：1)获取被测场域电阻抗信息的电容阵列传感器，它在恒定电源的激励下，形成一个可以从不同观测角度扫描被测场域的空间敏感场，被测场域内部的介质分布或结构的运动变化对敏感场产生作用，使电容阵列传感器输出相应的信号；2)数据采集与处理单元，通过完成激励源发生、电极通道切换、信号滤波和解调等任务，实时记录并上传电容阵列传感器输出的反映被测场域介质分布状态的测量数据；3)图像重建与被测场域参数提取单元(图像重建计算机)，对上传的电容阵列传感器的阻抗数据进行计算，反演得到直接反映被测场域介质分布变化的电学参数信息，重建出被测场域的物质分布。随着电容层析成像技术的持续发展和成熟，其应用范围越来越广，如高炉物料可视化监测、温度压力升高时尼龙聚合过程监测、火焰燃烧参数可视化监测、火箭发动机固体燃料燃烧过程监测等，应用环境也包含了高温、高压等恶劣环境。传统的电容阵列传感器出于易于制作和轻便的考虑通常采用有机玻璃作为内管材料，将铜箔剪切、粘贴于内管表面形成电容阵列。然而，当被测场域为高温环境，如300～1000℃时，传统电容阵列传感器易熔化变形，因此需要设计专用的耐高温电容阵列传感器。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：针对传统电容阵列传感器的不足，提出了一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，可用于温度高达1500K的火焰监测环境。本专利技术的技术解决方案：一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，其特征在于主要包括四个部分：刚玉内管，其内部为被测场域，外壁或内壁表面固定耐高温电容阵列；电容阵列，利用等离子体喷涂技术将钴基合金粉末喷涂于刚玉内管的表面制成；信号屏蔽线，与电极数量相同，内层信号线的一端连接电容阵列，另一端连接测量电路，外层屏蔽线接地；电容阵列外部屏蔽，用于隔绝被测场域外围的环境变化等干扰。其特征在于还包括：耐高温胶布，作为喷涂过程中的蒙版，使电极之间互相绝缘；耐高温导电固化胶，用于屏蔽线和电容阵列之间的电气连接；玻璃外管，用于隔离电容阵列和外部接地屏蔽层，并固定屏蔽线。本专利技术的基本原理：电容阵列包括测量电极和屏蔽电极，测量电极沿内管轴向分为N组，每组均匀分布M个金属电极，N组电极中间及两端设置总共N+1个轴向屏蔽电极并接地。本专利技术与现有技术相比的优点：1)可用于温度高达1500K的火焰监测环境；2)设置多组电容阵列，可应用于三维成像及相关测速；3)利用等离子体喷涂技术固定电极，无可动部件，稳定性强。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为电容阵列分布图。具体实施方式一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，其特征在于主要包括四个部分：刚玉内管，内部为被测场域，外表面利用等离子体喷涂技术制作耐高温电容阵列；电容阵列，利用等离子体喷涂技术将钴基合金粉末喷涂于刚玉内管的外壁制成；耐高温屏蔽线，内层信号线一端连接电容阵列，一端连接测量电路，屏蔽线中外部屏蔽部分接接地，屏蔽线数量与电极数量相同；外部接地屏蔽，由铜箔包裹玻璃外管构成。其特征在于还包括：耐高温胶布，作为喷涂过程中的蒙版，使电极之间互相绝缘；耐高温导电固化胶，用于屏蔽线和电容阵列之间的电气连接；玻璃外管，用于隔离电容阵列和外部接地屏蔽层，并固定屏蔽线。如图2所示，电容阵列沿内管轴向分为两组，每组均匀分布12个金属电极，两组电极中间及两端设置总共3个轴向屏蔽电极并接地。本实施方式中利用等离子体喷涂技术将钴基合金粉末固定于刚玉内管的外壁形成电容阵列。具体制作步骤如下：1)测量高温被测场域的大小，确定刚玉内管的尺寸，然后根据传感器的电容阵列层数和每层电极数量确定电极的宽度和相邻电极的间隙；2)将耐高温胶布固定在刚玉内管的表面，镂空测量电容阵列和屏蔽电极的区域，留下的胶布形成电极之间的蒙版；3)对刚玉内管的表面吹沙打磨，增加清洁度和粗糙度，提高其与喷涂的钴基合金粉末的附着力；4)将耐高温钴基金属粉末通过等离子体喷涂技术固定到刚玉内管表面形成电极；5)测试电容阵列是否牢固，用尖锐物体划过电极表面，如有表面金属层脱落，重复步骤3和步骤4；6)用耐高温导电固化胶将屏蔽线的一端固定在相应电极上，在刚玉管外侧嵌套玻璃管，辅助固定屏蔽线，在玻璃管外侧固定铜箔并接地形成外部屏蔽。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可进行简单更改或替换，例如：电极材料、内管材料、绝缘材料等。以上对本专利技术及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本专利技术的实施方式之一。在不脱离本专利技术创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本专利技术保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，其特征在于主要包括四个部分：刚玉内管，其内部为被测场域，外壁或内壁表面固定耐高温电容阵列；电容阵列，利用等离子体喷涂技术将钴基合金粉末喷涂于刚玉内管的表面制成；信号屏蔽线，与电极数量相同，内层信号线的一端连接电容阵列，另一端连接测量电路，外层屏蔽线接地；电容阵列外部屏蔽，用于隔绝被测场域外围的环境变化等干扰。

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温电容阵列传感器，其特征在于主要包括四个部分：刚玉内管，其内部为被测场域，外壁或内壁表面固定耐高温电容阵列；电容阵列，利用等离子体喷涂技术将钴基合金粉末喷涂于刚玉内管的表面制成；信号屏蔽线，与电极数量相同，内层信号线的一端连接电容阵列，另一端连接测量电路，外层屏蔽线接地；电容阵列外部屏蔽，用于隔绝被测场域外围的环境变化等干扰。2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体表面加工工艺的耐高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙江涛，胡蝶，徐立军，孙世杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11