随着油气润滑技术在高速精密工业设备中的广泛应用,对润滑管道中流体各项参数的监测提出了更高的要求。本文采用电容层析成像技术对小管径油气润滑管道中多相流体各参数进行监测,着重研究了成像系统中的关键技术,主要工作内容与结论如下:(1)建立了小管径油气润滑ECT系统电容传感器的二维数学模型;定义了边缘电容影响系数,并研究了边缘电容影响系数与管道半径的关系。研究结果表明:小管径的边缘电容影响系数超过0.5,随着管径增大,边缘电容影响系数呈下降趋势。对于油气润滑系统来说,传感器的边缘电容对ECT空间图形成像误差有较大影响。(2)建立了电容传感器的二维物理模型,采用COMSOL软件进行有限元模型的仿真分析;根据电容值的计算表达式,推导出相对介电常数的计算式;通过改变影响相对介电常数的因素进行仿真验证,以空间图像重建误差作为评价指标,分析了相对介电常数对边缘电容的影响。结果表明:传感器的有限元模型与物理模型真实有效;管壁、油膜与气体的厚度对边缘电容值有显著的影响;推导出的介电常数表达式在计算与仿真方面均验证了表达式的准确性。(3)建立了油气润滑ECT系统中电容传感器的三维模型。以COMSOL软件为有限元仿真平台、润滑管道(环状流)端面为数据采集域,获取极板间的电容值及像素点的电场矢量值;以二维电势求解敏感场为依据,推导出基于电场计算空间单一像素点灵敏度值的表达式;以图像重建综合评价函数SOF为优化依据,Design-expert软件为数据处理分析平台,并以空间图像重建误差SIE为结构优化验证指标,对传感器的轴向保护结构进行优化设计。研究结果表明,轴向保护环的长度及间距可以有效提高电容值的准确性及敏感场的均匀性,基于电场的计算表达式可以快速计算得到灵敏度矩阵,采用增设轴向保护极板的传感器进行仿真实验,图像重建质量较基准传感器提高了52.9%。