电容层析成像

分离
分离对工业过程的质量和产量影响甚大。大多数对两种化合物进行分离的测量与抽样技术仅 能在量少的情况下进行。这会导致不确定性的产生和效率不高。过程层析成像技术是批量处 理数据，并能提供多个数据点，使用户能够更准确地管理分离过程。 水力旋流器——电子层析成像可以调查水力旋流器的性能。装在水力旋流器栓塞上的层析成 像传感器可以测量空气芯的直径。这有助于调查故障和提高过程性能。这个例子展示了粘土 矿里装上传感器的水力旋流器和两个栓塞的相对性能，利用此性能可以确定最佳的操作压力。 主要的好处：通过在线测量空气芯的直径优化性能；诊断故障；在水利旋流器内可视化状态。
该技术的基本原则结合过程容器或管道周边的多次测量，并综合所有为经过横截面的电特性 提供信息。这些信息与相浓度、流特性、均匀性、温度和其他更多特征有关。系 统可以在少于 1 毫秒内收集到一个单数据集（超过 200 次测量）。
系统构造
电容层析成像系统由传感器，数据采集器，数据采集系统 DAS-2，分析软件和主机组成。
上海沃埃得贸易有限公司
电容层析成像仪器
宣传Fra Baidu bibliotek册
Luca Xia Luca.xia@worldwide-china.com
2014.04
过程层析成像需要在物体（如过程容器或病人）的边缘进行测量，确定内部状况。最出名的 是 CAT 扫描技术，但过程层析成像仪器更便宜、更快捷，也更强大。工业过程层析成像使用 非干扰传感器获取过程容器、反应器、分离器或管道内部状态的二维或三维图像。
系统规格 应用说明
传感器 通用传感器具有 12,24 或 36 个电极 电容板在传感器壳体内的容器里 防爆性 无损检测 部件固定 可伸缩性
可测多个平面
数据采集系统 收集电容传感器数据的板多达 36 个 连接传感器和主机 通过 USB 连接到主机 所有图像分析和重建在主机上完成
多相流
客户获得的好处：优化输送过程的现有数学模型；选择管道和反应器大小时更有信心且成本 低减；提高工厂产量和生产能。Polimeri，Eni SpA 的一家子公司，致力于在其意大利诺瓦 拉研究中心进行试验性流循环的过程中可获得多相流可视化测量系统，其主要目的是增进对 油-水-气多相流的理解，以优化液压输送过程现有的数学模型。 解决方案——通过电阻层析成像 (ERT)和电容层析成像 (ECT)双模系统提供有关多相流的 流态、流型、组成和速度的详细信息，对多相流进行在线监测。Polimeri, 流循环系统由一 个填充槽（还可充当液- 气分离器）、泵、2”直径的管道和注气系统组成。仪器还包括温度 传感器、压力转换器和粘度计。在一定流状态的范围内，进行水-气和油-气系统的试验。测 量数据的收集速度为 20 Hz。操作条件中，气体和液体的表面速度 (VG 和 VL) 如下图所示。
m3000 和高速摄像机两者间的成分测量均达到理想的相近程度，由此确定了电子层析成像应 用测量多相流动成分的用途。电子层析成像的好处是它无需高速摄影机的光学条。Polimeri 在多相流中已成功应用过双模电子层析成像系统。融合 ERT 和 ECT 的双模系统允许流状态 从 100%水相延至 100%油相及任何中间相状。
高辐射的挑战。主要的好处：确定气/液、液/液、固/液、液/泡沫之间的边界；乳液和水/ 有机物相；测量不受盘界面、透明度或密度差的影响；非干扰性探测器，能放在过程液中扫 描；监测固体悬浮时间
加压过滤
多数压滤器的重要问题是，没有合适仪器帮助操作员判断，如滤饼是否有“鼠洞”或湿补丁。 因此，确定终点只能碰运气了。操作员可能在过滤阶段先压批，然后花长时间来清洗和干燥， 浪费掉宝贵的时间和精力。如果一批花去了 100 小时，接着批次的完整性和资产利用规划将 受到影响。 解决方案——电阻层析成像（ERT）可以对含多相混合物内容的容器和管道进行可视化，而 不影响到流。用在压滤时（这只是许多潜在过程应用之一），它允许滤饼操作员看到滤饼内 部状况。这些信息形成的是图形显示。例如，普通的导电率对时间读数显示了过滤和干燥后 的四个清洗周期。运用 ERT 提供的信息，操作员可以改变过程条件，并看到过滤性能的提高。 根据几个因素对 ERT 的结果进行测试，并用来判断压滤的进展，如液位的变化、压力，搅 拌器的负荷和空气温度的进出。
数据采集系统 DAS-2
发出交流信号，接受电容板上的数据 通过 USB 连接到主机 使用动态链接库 5V 电源输入 LED 指示灯指示电源，运行，和 DAS-2 的校准状态 电容感应距离为 1.1 fF（10^-15 F）至 11 pF 的（10^-12 F），1 fF 的分辨率 相对介电常数范围：0.01 至 100（1 至 10,000 的动态比） 测量时间：18.1 微秒（10^-6 次 对于 24 电极的设置，运行速度为 200 帧/秒 分析软件
ECT 因具有快速、无损、廉价，灵活，兼容标准软件等优点而被认为是一种具有广阔发展前 景的过程成像技术。电容层析成像技术在国内现处于实验室研究阶段，离工业应用还有一段 距离，上海沃埃得贸易有限公司引入了英国、美国两家供应商提供的仪器来满足国内各高校、 研究所的不同需求。
系统图片
测量原理
这项多学科技术的开发结合了数学、电子学、过程工程学及计算机等专业和重要的过程用户， 包括 GlaxoSmithKline、Petrobras 和 Proctor & Gamble 的共同努力。
填充床——安装在填充床上的层析成像传感器可以确定经截面的流性质。这些信 息有助于确定包装质量。这个例子显示了填充床和包装中不同位置的盐水脉冲扩散。主要的 好处：评估包装的质量，通过测量经填充床的反应条件，降低周期时间；通过测量相浓度和 边界，提高产量；测量流速，确定接触良好和不良的地方；发展新的分销商安排。
解决方案——电阻层析成像（ERT）可以监控容器内不同区域的结晶发展，因此是过程按比 例增大的有用工具。ERT 可以监测电导率超过 200 分且速度为 20-40 次/秒的容器。由于离 子从溶液变成固体，导电率会发生重大变化。
实验测试——观察硫酸钡（表面加氯化钡到硫酸钠）的沉淀： 两个容量（7 和 170 升） • 三种混合速度 • 三种浓度（全等克分子） 容量从 7 升增至 170 升时是根据功率/单位含量和增加时间。通过监测反应情况，过程层析 成像技术能够证实这些规则的成功应用。
流体
流动过程可能包括多种状态（气体，液体或者固体），它们的性质是复杂的。电容层析成像 技术能实时显示流体的性质，无论材料是否透明，帮助大家来理解复杂的流动过程。主要的 好处：增强对过程的理解，优化计算模型；设计流系统更有信心且节省成本；减低能源消耗。 固-液流 CSIRO（澳大利亚墨尔本）需要一种测量技术来测量研究和工业用途的固-液流粒子和流液的 特性。由于设备强劲、性质简单且无任何放射性或危险成分，电阻层析成像 (ERT) 系统符 合此标准。这意味着设备可以容易地在地上和地下采矿点进行操作。对直径为 100 毫米的 流循环进行测量，等级接近 2 毫米的石英砂悬浮在清澈剪切致稀的聚合悬浮物内。这些“模 式”的悬浮物模仿双模悬浮物的行为，其粒子包含了精细流变活跃粒子的大部分，形成一个 非牛顿载流子，并将粗粒级悬浮起来，如同矿场共同处理线的状况一样。
液-液流 2007 年 7 月，ITS 在伦敦大学学院用 p2000 ERT 系统进行有关油-水流循环的研究。研究 测量了一定范围的流条件，并特别注意能引起相转化的流条件。图 2 显示了当油浓度为 40%、 50% 和 60% 时的分层油-水流的截面导电分布层析图像。蓝色表示油相的导电率为零，而 红色表示水相的导电率。
校准
归一
数据采集 图象重建
应用案例
结晶
结晶是一项重要的生产操作，其目标是在窄孔分布内生成所需的晶体，但结晶过程的本质使 得这种控制很难获得，其中一个最大的挑战是在扩大生产时，很难获得理想的颗粒大小（大 小会影响药物对病人产生的最终性能）和理想的结晶形态（形态可大大影响成品的生物性能）。 结出完美的晶体并不是一件简单的事情，需要完美地混合和控制浓度和温度。
水平检测——两种不混液体之间，液体和泡沫或液体和浆液中的固体成分之间，凝胶或软固 和液体上清液之间都存在着界面。如果肉眼看不到或视线指 标线无法显示，界面这时会很难确定，尤其是固定位置的单点测量，因此无法应付变化的水 平。过程层析成像探测器可以实时测量容器内不同组成的深度。层析成像探测器的好处是， 它可以留在过程流中，不影响过程条件，并且扫描所有的深度。探测器非常坚固耐用，能够 接受温度、压力、化学品和
气-液流 英国利兹大学和中国科学院的研究人员利用 ERT 来研究气-液流型及其转化过程。ERT 系统 耦合双面传感器后，可用于显示流特性和互相关性，以解释气相的截 面速度分布。
三相流 综合了电阻和电容多模层析成像技术。电阻层析成像为水/油-气组成提供数据，而电容层析 成像为水-油/气组成提供数据。通过同时收集数据，可获得一些流型的全三相流信息，如图 中所示的分层气/油/水。
除了对流型进行可视化，Polimeri 还有兴趣测量多相混合物的成分。使用 m3000 ECT 模块 和高速数码摄像机对油-气系统进行进一步试验，以进行比较。m3000 系统与充满气体和油 的管道传感器相校对。用线性关系来确定油-气混合物的浓度。利用图像分析软件对独立于 m3000 的高速摄像数据进行分析，进而确定成分。