复杂介电常数/电导率分布电学层析成像实验研究
发布时间：2021-11-17 21:16
多相流动现象广泛存在于石油、化工、冶金、环保及生物医药等各种工业领域,多相流过程参数的精确检测对实现工业过程科学、有效的控制具有重要意义。电学层析成像技术作为新型可视化测量技术,具有非侵入、无辐射、无污染等优点,因而被广泛应用于多相流过程参数的检测过程中。在流化床制药工业的包衣及干燥过程中,含水率的大幅变化导致多相流体系介电常数发生显著变化,随含水率的增加,流体由非导电向低导电状态转变。同样,在石油开采及输运过程中,油相、水相分布的不均匀性导致整体电导率发生变化。多相流反应体系内介电常数、电导率等电学参数的时变特性,对测量仪器的准确性和稳定性提出了挑战,常规的单模态层析成像技术很难达到测量要求。因此对介电常数/电导率分布的准确测量,有助于对多相流动过程进行深入的机理研究和关键参数在线监测,对实现工业过程的准确监测和有效控制具有十分重要的意义。本文通过静态实验研究被测介质在不同流型下,介电常数、电导率的改变对不同层析成像技术成像质量的影响,旨在确定电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）,电压激励电流测量的电阻层析成像（Electrica...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１电容层析成像系统示意图Ｗ??
２．１．２?ＥＲＴ工作原理??ＥＲＴ系统在组成上与ＥＣＴ相似，主要由阵列传感器、数据采集与处理单元??及用于控制和图像重建的计算机三部分组成，系统原理图如图２．３所示。但ＥＲＴ??系统一般用于导电介质为连续相的多相流测量。??ＥＲＴ通常有电流激励电压测量（ＥＲＴｃ）和电压激励电流测量（ＥＲＴｖ）两种??激励测量模式，其基本原理为：激励电流／电压经激励电极注入被测区域，形成一??个空间敏感场，可以从多角度对空间敏感场进行扫描，当被测场域内介质的分布??状况发生变化会使得物场内电导率的分布也随之改变，导致从场域边界获得的测??量电压／电流值也发生改变。边界电压／电流值的变化包含了场域内介质的分布情??况，将测量到的边界值送入计算机并利用图像重建算法进行处理，最终可获得被??测截面介质的相分布图像，实现可视化测量。??ＥＲＴ系统主要用于测量流场内电导率的变化情况，要求电极与被测导电介质??直接接触，因此电极一般布置于管壁内侧，图２．４为８电极ＥＲＴｃ／ＥＲＴｖ传感器??不意图。??ＥＲＴｖ采用单电极激励模式
图２．３?ＥＲＴ系统原理示意图［４］??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ?ｓｙｓｔｅｍ??ＥＲＴｃ系统采用相邻激励模式进行激励，以图２．４所示的８电极传感器为例，??任意两个相邻电极，如Ｅｌ、Ｅ２分别作为激励电流的输入端和输出端，然后依次??测量除这两个相邻的激励电极外其余所有两两相邻的电极间的电压，可获得￡３－??Ｅ４、Ｅ４－Ｅ５、Ｅ５－Ｅ６、Ｅ６－Ｅ７和Ｅ７－Ｅ８五个相邻电极间的测量值，再以Ｅ２、Ｅ３分??别作为激励电流的输入端和输出端进行测量，以此类推，依照以下公式共可获得??２０个独立测量值：??Ｍ?＾?ＮＥ＿ｃ（ＮＥ＿ｑ－３）??２??其中为总的独立测量数，为电极数。??零??图２．４?８电极ＥＲＴｃ／ＥＲＴｖ传感器示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?８－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ＥＲＴｃ／ＥＲＴｖ?ｓｅｎｓｏｒ??２．１．３?ＥＣＴ与ＥＲＴｖ测量原理比较??ＥＲＴｖ与ＥＣＴ都是采用电压激励电流测量的激励测量模式，基于此，两者在??测量电路的设计上存在着许多联系和区别。??图２．５为ＥＣＴ和ＥＲＴｖ的测量电路图。在ＥＲＴｖ系统中，利用Ｎａｔｉｏｎａｌ??Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ?（简称ＮＤ公司生产的ＮＩＵＳＢ－６３４１多功能Ｉ／Ｏ设备作为信号发生器??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电容层析成像在气力输送中的应用[J]. 李勇,刘伟冬,马迎亚. 硫磷设计与粉体工程. 2016(02)
[2]电容层析成像在气固流化床测量中的应用[J]. 罗琴,赵银峰,叶茂,刘中民. 化工学报. 2014(07)
[3]基于超声波技术的水平管气液两相流流型识别方法[J]. 赵德喜,曹学文,张宇航,崔铭伟,张楠. 油气储运. 2014(02)
[4]多相流过程参数检测技术综述[J]. 谭超,董峰. 自动化学报. 2013(11)
[5]气液两相流容积含气率的图像检测方法[J]. 周云龙,尚秋华,范振儒,洪文鹏. 热能动力工程. 2008(05)
[6]油水两相流电阻层析成像系统流型的辨识[J]. 陈德运,张华,朱波,于晓洋,张健沛. 电机与控制学报. 2007(06)
[7]电容层析成像图像重建中的迭代算法[J]. 杨钢,王玉涛,邵富群,王师. 仪器仪表学报. 2006(12)
[8]应用电阻层系成像技术测量垂直管道气/液两相流分相含率[J]. 董峰,乔旭彤,姜之旭,徐苓安. 天津大学学报. 2004(06)
[9]多相流分相含率检测[J]. 王化祥,郝魁红,徐丽荣,任思明. 仪器仪表学报. 2004(03)
[10]电容层析成像技术在旋风分离器固体浓度测量中的应用[J]. 王海刚,刘石,姜凡,杨五强. 中国电机工程学报. 2004(01)
博士论文
[1]电容层析成像系统流型特征提取与图像重建[D]. 王莉莉.哈尔滨理工大学 2011
[2]基于电阻成像技术的水平管气液两相流研究[D]. 许燕斌.天津大学 2009
[3]多相流的电容层析成像图像重建研究[D]. 雷兢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[4]脉动热管流型的电容层析成像识别及换热特性研究[D]. 李惊涛.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
硕士论文
[1]气/固两相流电容互相关流速测量方法研究[D]. 岳笑歌.内蒙古科技大学 2012
[2]基于高速摄像系统的小管道气液两相流参数测量方法研究[D]. 黄刚.浙江大学 2012
[3]基于电容层析成像技术的气液两相流参数检测[D]. 崔海利.浙江大学 2006
本文编号：3501656
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１电容层析成像系统示意图Ｗ??
２．１．２?ＥＲＴ工作原理??ＥＲＴ系统在组成上与ＥＣＴ相似，主要由阵列传感器、数据采集与处理单元??及用于控制和图像重建的计算机三部分组成，系统原理图如图２．３所示。但ＥＲＴ??系统一般用于导电介质为连续相的多相流测量。??ＥＲＴ通常有电流激励电压测量（ＥＲＴｃ）和电压激励电流测量（ＥＲＴｖ）两种??激励测量模式，其基本原理为：激励电流／电压经激励电极注入被测区域，形成一??个空间敏感场，可以从多角度对空间敏感场进行扫描，当被测场域内介质的分布??状况发生变化会使得物场内电导率的分布也随之改变，导致从场域边界获得的测??量电压／电流值也发生改变。边界电压／电流值的变化包含了场域内介质的分布情??况，将测量到的边界值送入计算机并利用图像重建算法进行处理，最终可获得被??测截面介质的相分布图像，实现可视化测量。??ＥＲＴ系统主要用于测量流场内电导率的变化情况，要求电极与被测导电介质??直接接触，因此电极一般布置于管壁内侧，图２．４为８电极ＥＲＴｃ／ＥＲＴｖ传感器??不意图。??ＥＲＴｖ采用单电极激励模式
图２．３?ＥＲＴ系统原理示意图［４］??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ?ｓｙｓｔｅｍ??ＥＲＴｃ系统采用相邻激励模式进行激励，以图２．４所示的８电极传感器为例，??任意两个相邻电极，如Ｅｌ、Ｅ２分别作为激励电流的输入端和输出端，然后依次??测量除这两个相邻的激励电极外其余所有两两相邻的电极间的电压，可获得￡３－??Ｅ４、Ｅ４－Ｅ５、Ｅ５－Ｅ６、Ｅ６－Ｅ７和Ｅ７－Ｅ８五个相邻电极间的测量值，再以Ｅ２、Ｅ３分??别作为激励电流的输入端和输出端进行测量，以此类推，依照以下公式共可获得??２０个独立测量值：??Ｍ?＾?ＮＥ＿ｃ（ＮＥ＿ｑ－３）??２??其中为总的独立测量数，为电极数。??零??图２．４?８电极ＥＲＴｃ／ＥＲＴｖ传感器示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?８－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ＥＲＴｃ／ＥＲＴｖ?ｓｅｎｓｏｒ??２．１．３?ＥＣＴ与ＥＲＴｖ测量原理比较??ＥＲＴｖ与ＥＣＴ都是采用电压激励电流测量的激励测量模式，基于此，两者在??测量电路的设计上存在着许多联系和区别。??图２．５为ＥＣＴ和ＥＲＴｖ的测量电路图。在ＥＲＴｖ系统中，利用Ｎａｔｉｏｎａｌ??Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ?（简称ＮＤ公司生产的ＮＩＵＳＢ－６３４１多功能Ｉ／Ｏ设备作为信号发生器??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电容层析成像在气力输送中的应用[J]. 李勇,刘伟冬,马迎亚. 硫磷设计与粉体工程. 2016(02)
[2]电容层析成像在气固流化床测量中的应用[J]. 罗琴,赵银峰,叶茂,刘中民. 化工学报. 2014(07)
[3]基于超声波技术的水平管气液两相流流型识别方法[J]. 赵德喜,曹学文,张宇航,崔铭伟,张楠. 油气储运. 2014(02)
[4]多相流过程参数检测技术综述[J]. 谭超,董峰. 自动化学报. 2013(11)
[5]气液两相流容积含气率的图像检测方法[J]. 周云龙,尚秋华,范振儒,洪文鹏. 热能动力工程. 2008(05)
[6]油水两相流电阻层析成像系统流型的辨识[J]. 陈德运,张华,朱波,于晓洋,张健沛. 电机与控制学报. 2007(06)
[7]电容层析成像图像重建中的迭代算法[J]. 杨钢,王玉涛,邵富群,王师. 仪器仪表学报. 2006(12)
[8]应用电阻层系成像技术测量垂直管道气/液两相流分相含率[J]. 董峰,乔旭彤,姜之旭,徐苓安. 天津大学学报. 2004(06)
[9]多相流分相含率检测[J]. 王化祥,郝魁红,徐丽荣,任思明. 仪器仪表学报. 2004(03)
[10]电容层析成像技术在旋风分离器固体浓度测量中的应用[J]. 王海刚,刘石,姜凡,杨五强. 中国电机工程学报. 2004(01)
博士论文
[1]电容层析成像系统流型特征提取与图像重建[D]. 王莉莉.哈尔滨理工大学 2011
[2]基于电阻成像技术的水平管气液两相流研究[D]. 许燕斌.天津大学 2009
[3]多相流的电容层析成像图像重建研究[D]. 雷兢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[4]脉动热管流型的电容层析成像识别及换热特性研究[D]. 李惊涛.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
硕士论文
[1]气/固两相流电容互相关流速测量方法研究[D]. 岳笑歌.内蒙古科技大学 2012
[2]基于高速摄像系统的小管道气液两相流参数测量方法研究[D]. 黄刚.浙江大学 2012
[3]基于电容层析成像技术的气液两相流参数检测[D]. 崔海利.浙江大学 2006
本文编号：3501656
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