電容傳感器的三維靜電場(chǎng)分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、多相流參數(shù)的在線檢測(cè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制、可靠運(yùn)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(dòng)過(guò)程中具有流型復(fù)雜、隨機(jī)性大的特點(diǎn)，使得其參數(shù)的在線測(cè)量一直是工業(yè)應(yīng)用的瓶頸。電容傳感器具有無(wú)輻射、非侵入、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣、響應(yīng)速度快、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合對(duì)多相流參數(shù)的檢測(cè)，深受科技工作者和工業(yè)應(yīng)用者的青睞?？梢灶A(yù)測(cè)，電容傳感技術(shù)在工業(yè)計(jì)量與控制甚至醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)中都具有很大的應(yīng)用前景。但電容傳感器的敏感場(chǎng)特性及優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)問(wèn)題一直是阻礙其實(shí)用化的主要原因之一。
　　本課題以多相流參數(shù)檢測(cè)為應(yīng)用背景，以工程電磁場(chǎng)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(duì)象，以大型有限元軟件ANSYS為研究平臺(tái)，利用模擬仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究與分析方法，對(duì)電容傳感器的靈敏場(chǎng)特性進(jìn)行了深入的探討，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究目的。其主要工作和結(jié)果如下:
　　(1)對(duì)電容傳感器發(fā)展與應(yīng)用的現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)

3、題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，分析了電容傳感器在工業(yè)多相流參數(shù)檢測(cè)中的優(yōu)越性;對(duì)傳感器進(jìn)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(duì)電容傳感器檢測(cè)場(chǎng)較為復(fù)雜的特點(diǎn)，對(duì)其敏感場(chǎng)特性進(jìn)行了深入的探討，通過(guò)借助ANSYS軟件，對(duì)電容傳感器進(jìn)行三維靜電場(chǎng)仿真，針對(duì)不同傳感器分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)三維敏感場(chǎng)的均勻性與靈敏度等指標(biāo)的影響。
　　(3)根據(jù)電容傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和不同的應(yīng)用目的，對(duì)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(biāo)，分別通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行有限元計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(biāo)。
　　(4)在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)所優(yōu)化的傳感器進(jìn)行了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的研究，通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算得到的結(jié)論一致。并對(duì)不同的傳感器進(jìn)行了靈敏度測(cè)試和均勻性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)ANSYS設(shè)計(jì)的傳感器其性能指標(biāo)均優(yōu)于以前所設(shè)計(jì)的傳感器，螺旋電容式相濃度傳感器的檢測(cè)場(chǎng)均勻性誤差小于3％，8極板EC