Electrostatic field simulations in the analysis and design of electrical capacitance tomography sensors

• Autorzy: Brandisky K. , Romanowski A. , Grudzień K. , Sankowski D.

Warianty tytułu

PL

Symulacja elektrostatycznego pola w analizie i projektowaniu czujników elektrycznej tomografii pojemnościowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electrical Capacitance Tomography (ECT) is used in many industrial processes for visualizations and determination of flow parameters. The analysis of the electrostatic field in ECT sensors and the computation of capacitances and sensitivities, are of key importance in designing better sensors. Especially analysis 3D measurements sensor space can give information in order to better interpret the capacitance changes during monitoring industrial processes using ECT system. In this paper the electrostatic field analysis of ECT sensors is considered and the opportunities it gives for the sensor design are outlined. The simulation results are compared to real measurements value obtain from 12-electrodes ECT system.

PL

Elektryczna tomografia pojemnościowa (ECT) stosowana jest do wizualizacji oraz wyznaczania parametrów przepływu w wielu gałęziach przemysłu. Analiza elektrostatycznego pola w czujniku pomiarowym oraz wyznaczenie numeryczne pojemności międzyelektrodowych i czułości pomiarowej systemu ECT stanowi główne zagadnienie w pracach nad projektami coraz to lepszych czujników. Zwłaszcza 3D analiza przestrzeni czujnika może dostarczyć informację pozwalającą lepiej zinterpretować zmiany mierzonych pojemności podczas monitorowania procesów przemysłowych z użyciem systemów ECT. W artykule zaprezentowano analizę pola elektrostatycznego w modelu czujnika pomiarowego ECT. Otrzymane wyniki symulacji zostały zinterpretowane i porównane z rzeczywistymi wartościami pomiarowymi otrzymanymi z 12-elektrodowego systemu ECT.

Słowa kluczowe

EN

electrical capacitance tomography; electrical field analysis; gravitational flow of granular material; ECT

PL

tomografia pojemnościowa; analiza pola elektrycznego; przepływ grawitacyjny materiałów sypkich; ECT

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 14, z. 3/2
• Strony: 655--669
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Brandisky K.

• Technical University of Sofia, Bulgaria

autor

Romanowski A.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

autor

Grudzień K.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

autor

Sankowski D.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

Bibliografia

• [1] Olmos A.M., Primicia J.A., Marron J.L.F., Influence of Shielding Arrangement on ECT Sensors. Sensors, 6, 2006, 1118-1127.
• [2] Olmos A.M., Primicia J.A., Marron J.L.F., Simulation design of electrical capacitance tomography sensors. IET Sci. Meas. Technol., 1 (4), 2007, 216, 216-223.
• [3] Olmos A.M., Carvajal M.A., Morales D.P., Palma A.J., Influence of design parameters of ECT sensors on the quality of reconstructed images. Sensors and their Applications XIV (SENSORS07), Journal of Physics: Conference Series, 76, 2007, 012051.
• [4] Alme K.J., Mylvaganam S., Electrical Capacitance Tomography - Sensor Models, Design, Simulations, and Experimental Verification. IEEE Sensors Journal, vol. 6, No. 5, October 2006.
• [5] Alme K.J., Mylvaganam S., Comparison of Different Measurement Protocols in Electrical Capacitance Tomography Using Simulations. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 56, No. 6, December 2007, 2119.
• [6] Warsito W., Marashdeh Q., Fan L.-S., Electrical Capacitance Volume Tomography. IEEE Sensors Journal, vol. 7, No. 4, april 2007, 525-535.
• [7] Marashdeh Q., Fan L.-S., Du B., Warsito W., Electrical Capacitance Tomography -A Perspective. Ind. Eng. Chem. Res., 47, 2008, 3708-3719.
• [8] Peng L., Mou C, Yao D., Zhang B., Xiao D., Determination of the optimal axial length of the electrode in an electrical capacitance tomography sensor. Flow Measurement and Instrumentation, 16,2005, 169-175.
• [9] Xu H., Yang G., Wang S., Effect of Axial Guard Electrodes on Sensing Field of Capacitance Tomographic Sensor. 1st World Congress on Industrial Process Tomography, Buxton, Greater Manchester, April 14-17, 1999, 348-352.
• [10] Yang WQ., Key issues in designing capacitance tomography sensors. IEEE SENSORS 2006, EXCO, Daegu, Korea, October 22-25, 2006.
• [11] Yang WQ., Design of electrical capacitance tomography sensors. Meas. Sci. Technol., 21 (2010) 042001 (13pp).
• [12] Flores N., Gamio J.C., Ortiz-Aleman C, Damian E., Sensor Modeling for an Electrical Capacitance Tomography System Applied to Oil Industry. Proc. of the COMSOL Multiphysics User's Conference, Boston 2005.
• [13] Li Y., Yang W.Q., Virtual electrical capacitance tomography sensor. Journal of Physics: Conference Series, 15 (2005), 183-188, Sensors & their Applications XIII.
• [14] Ida N., Engineering Electromagnetics. 2nd ed., Springer-Verlag, New-York, 2003.
• [15] Meeker D.C., Finite Element Method Magnetics. Version 4.2, available at: http://femm.foster-miller.net (last update 2 Nov 2009) 2010.
• [16] Infolytica Corp., ElecNet v. 7.1, 2D & 3D Tutorials, 2010.
• [17] Wajman R., Mazurkiewicz Ł., Sankowski D., The SensitMty Map in the Image Reconstruction Process for Electrical Capacitance Tomography. 3rd International Symposium on Process Tomography in Poland, Łódź, 2004.
• [18] Grudzień K., Romanowski A., Williams R.A., Application of a Bayesian approach to the tomo-graphic analysis of hopper flow. Particle & Particle Systems Characterization, vol. 22, Issue4, 2005, 246-253.
• [19] Romanowski A., Grudzień K., Williams R.A., Analysis and Interpretation of Hopper Flow Beha-viour Using Electrical Capacitance Tomography. Particle & Particle Systems Characterization, vol. 23, Issue 3-4, 2006, 297-305.
• [20] Chaniecki Z., Dyakowski T., Niedostatkiewicz M., Sankowski D., Application of electrical capacitance tomography for bulk solidsflow analysis in silos. Particle and Particle Systems Characterization, 23, 3-4, 2006, 306-312.
• [21] Grudzień K., Romanowski A., Chaniecki Z., Sankowski D., Niedostatkiewicz M., Description of the siło flow and bulk solid pulsation detection using ECT. Flow Measurement and Instrumenta-tion, doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2009.12.006.
• [22] Mckeen R., Pugsley T.S., The influence of permittivity models on phantom images obtained from electrical capacitance tomography. Meas. Sei. Technol., 13, 2002, 1822-1830.
• [23] Process Tomography Ltd. Calculation of volume ratio for ECT sensors. PTL Application Notę AN2, 1999, available from: http://www.tomography.com/.