气固两相流流动参数检测对于两相流体的理论研究以及工业生产过程的安全、经济、高效运行均具有重要意义,但气同两相流动过程的复杂性和随机性致使其流动参数的检测难度很大。早在20世纪60、70年代,国外就有将粉体颗粒静电现象应用于颗粒流动参数测量的研究,但静电传感技术在理论利应用中都还存在不少问题需要进一步深入研究。电容层析成像技术(Electrical capacitance tomography简称ECT)是本世纪80年代后期出现并得到迅速发展的,以两相流为主要对象的过程参数检测新技术。其利用围绕被测对象安装的传感器阵列来获取被测物场在不同观测角度下的电容投影数据,由计算机利用某种图像重建算法给出被测对象的断层图。但其灵敏场为“软场”,即灵敏场受介质分布的影响。研发出能够克服“软场”问题的算法具有重要的意义。本文分别对静电传感器和电容层析成像、电荷层析成像,以及两者相结合组成的多传感器融合技术进行一些较为深入的研究。 首先,分析和探讨了国际上几种圆环状静电传感器测量模型的优缺点。介绍了静电传感器接口电路的基本要求,并系统地分析了静电传感器敏感元件的等效电路和不同条件下电路参数对输出信号的影响。 研究了基于静电传感器的空间滤波效应以获取同体颗粒平均速度的方法。在合理的假设条件下,对静电传感器的空间滤波特性进行分析,得出描述静电传感器空间滤波特性和固体速度的表达式。分别讨论了传感器的几何参数,颗粒沿管道截面的速度,浓度分布,颗粒材料的种类以及频率分辨率对速度测量值的准确性的影响。通过重力输送颗粒流动实验测试了速度测量系统的性能。 在对内嵌式圆环静电传感器的灵敏场进行三维有限元分析的基础上,提出了基于静电流测量值的动态灵敏度的概念,描述了传感器上检测信号与运动荷电粉体之间的关系。理论分析表明,传感器的动态灵敏度主要取决于传感机理,荷电粉体的空间位置及其速度(包括轴向和径向分量)。传送带实验结果验证了理论分析的合理性。 针对电容层析成像的灵敏场为“软场”的特点,开发了可利用电容或电势测量值的随机反演算法(GA-ECT),其在图象重建过程中无需建立灵敏场,避免了“软场”问题。 研究了电容层析成像中的电势测量方法。理论分析和三维有限元仿真都表明电势测量值包含电容比值信息,与电极轴向长度无关。利用非线性图像重建算法GA-ECT得到了较为满意的图像反演结果。表明电势测量方法也可应用于ECT系统。此外,还对使用电势测量方法的条件进行了讨论。 开发了ECT中的迭代灵敏场算法,迭代后的灵敏场更加接近真实流型下的灵敏场。研究了多传感器融合技术。建议联合使用电容层析成像和静电层析成像这两种技术以同时获取介质分布和电荷分布。使用ECT中提供的介质分布的先验知识来改进电荷图象重建结果。仿真实验表明在浓相条件下,介质分布先验信息确实提高了电荷反演的准确性。此方法有助于对浓相条件下颗粒的荷电机理的研究。 研究设计了微小电容检测电路,在高压浓相煤粉气力输送中实验台上进行了流型的在线测量。 最后,在Teesside University气力输送实验装置上对ABB粉体流量计进行了标定实验。对分别安装在垂直管道和水平管道的两个流量计,在不同的气固比条件下,获取实验结果。此外,还研究了颗粒粒径对信号的影响。