基于內(nèi)外環(huán)電容傳感器的濕氣檢測技術(shù)研究.pdf

1、有別于前人從電容傳感器本身去分析考慮問題，本文提出了從被測介質(zhì)、被測物場以及電容傳感器的角度綜合考慮的設(shè)計方法，研究設(shè)計了用于濕氣流速和含率測量的內(nèi)外環(huán)電容傳感器，為濕氣的非分離計量提供了一個新的途徑，并研制了一種新型的基于ARM的濕氣智能信息處理系統(tǒng)。本文主要完成工作如下：
　　 引入顆粒動力學(xué)理論，利用解析方法建立了以離散相慣性、空間濾波函數(shù)以及離散相濃度為影響因素的內(nèi)外環(huán)電容傳感器傳遞函數(shù)模型。結(jié)合物理實驗驗證，指出了離散

2、相的尺寸對時間頻率帶寬有影響，隨著離散相尺寸的增加，帶寬減??；隨著離散相速度(被連續(xù)相攜帶著運(yùn)動的速度)的增加，帶寬增加；兩相之間介電常數(shù)的不同是電容傳感器能檢測到流動噪聲的根本原因。
　　 建立了有限元分析和正交實驗相結(jié)合的傳感器優(yōu)化設(shè)計仿真平臺，利用該平臺對相關(guān)測速內(nèi)外環(huán)電容傳感器的徑向靈敏度進(jìn)行仿真研究，該傳感器的檢測場均勻性誤差在1％以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它類型的電容傳感器10％的檢測場均勻性誤差的指標(biāo)，同時從檢測場靈敏度的角

3、度得到了一組最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)；在徑向靈敏度仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行了軸向靈敏度仿真，利用仿真結(jié)果分析了傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸向空間濾波特性和時間頻率響應(yīng)特性的影響，綜合上述仿真結(jié)論，設(shè)計了相關(guān)測速內(nèi)外環(huán)電容傳感器，該電容傳感器的檢測場均勻性誤差小于2％，物理實驗結(jié)果表明，流速測量誤差在±5％以內(nèi)，同時結(jié)合軸向靈敏度仿真結(jié)果指出了離散相濃度是影響流速校正因子的主要因素。
　　 通過對濕氣中液滴大小以及流型分布的解析分析，得到了天津大學(xué)三相流實驗裝

4、置垂直管段的流型為間斷流，水平管道的流型為波狀流，這種相對穩(wěn)定的流型減小了流型變化對濕氣液相含率測量產(chǎn)生的影響。設(shè)計了內(nèi)外環(huán)電容傳感器測量濕氣液相含率，該結(jié)構(gòu)的電容傳感器同樣具有很好的檢測場均勻性誤差(＜2％)，物理實驗結(jié)果表明，濕氣液相含率測量誤差小于±10％，與目前比較關(guān)注的差壓式流量測量裝置具有相同的測量精度。
　　 將ARM微處理器、嵌入式實時操作系統(tǒng)引入到濕氣智能信息處理系統(tǒng)中，實現(xiàn)了友好的人機(jī)交互、數(shù)據(jù)的實時采集和處