孙启国，黄博凯，闫晓丹

(北方工业大学 机械与材料工程学院，北京 100144)

0 引 言

电容层析成像技术(electrical capacitance tomography，ECT)是基于电容传感机理的一种过程层析成像技术，主要由电容传感器、数据采集系统和图像重建单元组成。电容传感器作为ECT系统的数据信息来源，其电容值测量与计算的准确性对图像重建的质量有直接的影响[1]。在电容值的数学计算中，多相物质混合的相对介电常数起到了至关重要的作用[2]，其值的精确测量与计算，直接影响电容值的准确性，进而在灰度值的计算中产生明显的误差。

以油气润滑为工程背景，采用ECT成像技术对其管道内的油气两相流进行检测。以电容值计算为依据，计算相对介电常数的数学式，理论分析介电常数的影响关系，再以COMSOL为平台，设计仿真实验。当油气以高速混合状态进入管道内部，物质层会以串联或并联的方式叠加，导致相对介电常数发生变化。

针对以上问题，作者及其团队对电容传感器的结构参数[3-5]：极板的圆角、极板长度、绝缘层、管壁厚度、径向极板、屏蔽层等进行了充分的优化。然而并没有充分考虑不同的油气两相流环境下，相对介电常数对电容的影响。以优化后的传感器为研究对象，重点分析计算两相流不同介质层时，对电容的影响大小。分析了管径对电容影响的一般性。

1 电容层析成像传感器的结构参数

该研究室采用的电容传感器是8电极电容层析成像系统。将传感器的电极均匀分布在绝缘管道的周围，极板之间通过添加相同材质的铜电极作为径向屏蔽层，不同的极板外部添加PVC绝缘材料。……