電容傳感器的三維靜電場分析及其優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、多相流參數(shù)的在線檢測對生產(chǎn)過程的監(jiān)測與控制、可靠運行和節(jié)能減排等都具有至關(guān)重要的作用，但由于多相流在流動過程中具有流型復(fù)雜、隨機性大的特點，使得其參數(shù)的在線測量一直是工業(yè)應(yīng)用的瓶頸。電容傳感器具有無輻射、非侵入、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用范圍廣、響應(yīng)速度快、安全性能好等優(yōu)點，特別適合對多相流參數(shù)的檢測，深受科技工作者和工業(yè)應(yīng)用者的青睞。可以預(yù)測，電容傳感技術(shù)在工業(yè)計量與控制甚至醫(yī)學(xué)監(jiān)測中都具有很大的應(yīng)用前景。但電容傳感器的敏感場特性及優(yōu)化設(shè)

2、計問題一直是阻礙其實用化的主要原因之一。
　　本課題以多相流參數(shù)檢測為應(yīng)用背景，以工程電磁場和有限單元法為理論基礎(chǔ)，以8電極陣列ECT傳感器和螺旋電容式相濃度傳感器為主要研究對象，以大型有限元軟件ANSYS為研究平臺，利用模擬仿真與實驗驗證的研究與分析方法，對電容傳感器的靈敏場特性進行了深入的探討，實現(xiàn)了對電容傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能優(yōu)化設(shè)計的研究目的。其主要工作和結(jié)果如下:
　　(1)對電容傳感器發(fā)展與應(yīng)用的現(xiàn)狀以及存在的問

3、題進行了簡要的概述，分析了電容傳感器在工業(yè)多相流參數(shù)檢測中的優(yōu)越性;對傳感器進行了工作原理的分析、數(shù)學(xué)模型的建立和優(yōu)化方法的選擇。
　　(2)針對電容傳感器檢測場較為復(fù)雜的特點，對其敏感場特性進行了深入的探討，通過借助ANSYS軟件，對電容傳感器進行三維靜電場仿真，針對不同傳感器分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對三維敏感場的均勻性與靈敏度等指標的影響。
　　(3)根據(jù)電容傳感器優(yōu)化設(shè)計理論和不同的應(yīng)用目的，對8極板ECT傳感器和螺旋電容式相濃

4、度傳感器設(shè)定了不同的優(yōu)化指標，分別通過計算機進行有限元計算和優(yōu)化設(shè)計，得到了最優(yōu)的傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高了傳感器的性能指標。
　　(4)在實驗室條件下對所優(yōu)化的傳感器進行了靜態(tài)實驗的研究，通過不同的實驗對傳感器進行驗證，實驗結(jié)果與仿真計算得到的結(jié)論一致。并對不同的傳感器進行了靈敏度測試和均勻性測試，實驗結(jié)果表明，經(jīng)過ANSYS設(shè)計的傳感器其性能指標均優(yōu)于以前所設(shè)計的傳感器，螺旋電容式相濃度傳感器的檢測場均勻性誤差小于3％，8極板EC