【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低温制冷工程技术，流体流动过程监测及传感器科学，尤其涉及一种内置式高压低温电容层析成像传感器及安装方法。
技术介绍
1、气液两相流是低温流体的装置中常见的流动形式，确定低温两相流相分布对低温流体行业至关重要。相由于低温流体的性质和工作环境等原因，对低温流体相分布的测量仍然是一个棘手的问题。
2、为了获得低温两相流的相分布，目前已经有很多方法，包括使用电容探针法、射频传感器(rf-sensor)、双电极电容传感器和粒子图像测速仪(piv)。相比之下，电容层析成像(ect)作为一种非侵入式测量技术，可以根据相之间的介电常数差异重建相分布图像。它还具有装配方便、成像速度快、成本低等优点。因此，自从上世纪80年代ect技术产生以来，其已经在常温流体的图像重建中进行了大量的应用，如流化床、水/油流动、水/固流动、航空发动机等多相流应用场景。
3、然而，关于应用于低温两相流的电容层析成像实验研究却很少。困难在于，低温液体与其饱和蒸汽的介电常数比通常比室温流体对的介电常数比小一个数量级。因此要求ect系统具有更高的灵敏度和抗噪声干扰能力。
4、在常温应用场景的实践中，由柔性印刷电路板(fpc)制作而成的柔性传感器在设计制造效率、安装精度、信号采集稳定性等方面都显著优于传统的贴片式传感器，更适用于要求更高的低温应用场景。然而其在迁移至低温后带来一系列问题：1)柔性电极在经历极低温后会沿长极片方向发生卷曲，如不进行固定会产生气泡；2)低温流体的容器为保证强度，多为金属材质，而电容层析成像系统要求传
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器及安装方法，可以充分利用柔性电极在采样精度上的优势，并通过限位工装和紧固工装消除柔性电极的形变，同时极大减少电极与待测流体之间的无效介质，进一步提升系统采样精度。传感器的电极采用压接方案，大大减少了安装步骤与难度，缩减了安装物料。具有安装简单、采样精度高等特点。
2、为此，本专利技术采用了以下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其包括金属管道、采样信号线、限位工装、柔性电极和紧固工装；
4、所述金属管道两端各设置有标准法兰，限位工装和紧固工装均为筒状结构；限位工装紧贴设置在金属管道的内部，柔性电极设置在限位工装内表面，紧固工装设置在最内层并紧贴柔性电极，使柔性电极紧固在限位工装和紧固工装之间；
5、所述柔性电极包括采样电极、屏蔽环和用于封装的非金属薄膜；屏蔽环设置在限位工装内表面的两端用于屏蔽测量域之外的轴向磁场，柔性电极有多片，沿周向均匀布置在固定工装内表面上屏蔽环之间的区域；两片非金属薄膜分别覆盖在采样电极和屏蔽环的内、外两侧表面实现对柔性电极的封装；其中，采样电极和屏蔽环采用金属材质，厚度均小于0.2mm；
6、采样信号线一端与采样电极连接，另一端从限位工装、金属管道上预设的孔洞穿出用于连接外部电容层析成像系统。
7、另一方面，本专利技术提供了一种上述传感器的安装方法，其包括以下步骤：
8、1)对采样电极和屏蔽环进行排布，并采用两片非金属薄膜对排布好的采样电极和屏蔽环进行封装得到柔性电极，在采样电极的连接点处对非金属薄膜进行开窗；将采样信号线一端与采样电极的连接点进行连接；
9、2)将限位工装推进外部金属管道的内部，调整角度和位置，使得其上供采样信号线穿出的孔洞一一对齐；
10、3)将采样信号线的另一端穿过限位工装和金属管道上的孔洞并引出；贴合柔性电极与限位工装的内表面；将紧固工装插入柔性电极围成的圆管内部，使柔性电极紧固在限位工装和紧固工装之间；
11、4)使用低温胶填充限位工装和金属管道上的孔洞，完成内外密封；
12、5)将金属管道两端法兰分别与待检测工段的法兰连接，将采样信号线与电容层析成像系统相连接。
13、本专利技术能产生的有益效果包括：
14、1.本专利技术提供的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器将柔性电极应用于低温场景下的金属管道内。由于其管道为金属，两边也为标准法兰，不需要考虑来流的金属法兰与非金属管道的连接问题，所以传感器与管道之间的安装、拆卸方便。
15、2.本专利技术提供的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器将柔性电极放置在金属管道内部，减少了传感器电极与待测流体之间的距离，并跨越了金属外壳，有效减少了厚壁外壳在采样过程中的成像无效测量，从原理上在采样流程的最前端提升了采样精度。
16、3.本专利技术提供的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器通过限位工装和紧固工装将柔性电极牢牢压制在待测流体和外部金属管道之间，严格限制了柔性电极在温度变化下的形变，提升了柔性电极的平整度，提升了电容层析成像采样前端的稳定性，进一步在后端提升了电容层析成像系统的成像精度。
17、4.本专利技术提供的安装方法在固定柔性电极、紧固工装、限位工装时采用压接方法，不需要使用低温胶，简化了安装步骤，不需要粘合柔性电极与工装。除此之外，减少了低温胶的用量，这也降低了安装时的物料成本。
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1.一种基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，包括金属管道(1)、采样信号线(2)、限位工装(3)、柔性电极(4)和紧固工装(5)；
2.根据权利要求1所述的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，金属管道(1)为金属直管，金属管道(1)的管壁上设置供采样信号线(2)穿出的外通孔(11)。
3.根据权利要求2所述的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，金属管道(1)上的外通孔(11)沿金属管道的同一截面周向均匀布置，外通孔(11)直径不小于采样信号线(2)的直径。
4.根据权利要求2所述的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，限位工装(3)的主体为非金属圆管，其上设有供采样信号线(2)穿出的内通孔(31)，内通孔(31)与金属管道(1)的外通孔(11)数量、采样信号线(2)数量、采样电极(41)数量相等，且一一对应；限位工装(3)的内表面光滑没有凹痕或凸起，材料为绝缘材料；限位工装(3)的内、外圆同轴心，外圆直径与金属管道(1)的内表面直径相等；限位工装(3)与金属管道(1)采用过盈配合。<...
【技术特征摘要】
1.一种基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，包括金属管道(1)、采样信号线(2)、限位工装(3)、柔性电极(4)和紧固工装(5)；
2.根据权利要求1所述的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，金属管道(1)为金属直管，金属管道(1)的管壁上设置供采样信号线(2)穿出的外通孔(11)。
3.根据权利要求2所述的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，金属管道(1)上的外通孔(11)沿金属管道的同一截面周向均匀布置，外通孔(11)直径不小于采样信号线(2)的直径。
4.根据权利要求2所述的基于柔性电极的内置式电容层析成像传感器，其特征在于，限位工装(3)的主体为非金属圆管，其上设有供采样信号线(2)穿出的内通孔(31)，内通孔(31)与金属管道(1)的外通孔(11)数量、采样信号线(2)数量、采样电极(41)数量相等，且一一对应；限位工装(3)的内表面光滑没有凹痕或凸起，材料为绝缘材料；限位工装(3)的内、外圆同轴心，外圆直径与金属管道(1)的内表面直径相等；限位工装(3)与金属管道(1)采用过盈配合。
5.根据权利要求4所述的基于柔性电极的内...
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