電容傳感器的三維靜電場分析及其優(yōu)化設計.pdf

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

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檢測為應用背景，以工程電磁場和有限單元法為理論基礎，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構參數和性能優(yōu)化設計的研究目的。其主要工作和結果如下:
　　(1)對電容傳感器發(fā)展與應用的現(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)多相流參數檢測中的優(yōu)越性;對傳感器進行了工作原理的分析、數學模型的建立和優(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構參數對三維敏感場的均勻性與靈敏度等指標的影響。
　　(3)根據電容傳感器優(yōu)化設計理論和不同的應用目的，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)化設計，得到了最優(yōu)的傳感器結構參數，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，實驗結果與仿真計算得到的結論一致。并對不同的傳感器進行了靈敏度測試和均勻性測試，實驗結果表明，經過ANSYS設計的傳感器其性能指標均優(yōu)于以前所設計的傳感器，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