Experimental capacitance planar array sensor design for flow monitoring in fluidized bed

• Autorzy: Matusiak B. , Romanowski A. , Silva M. J. Da , Thiele S. , Hampel U.

Warianty tytułu

PL

Eksperymentalna konstrukcja płaskiego czujnika pojemnościowego do monitorowania przepływu przez złoża fluidyzowane

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Many different methods can be used to monitor the process in the industry. However, the visualization of phase distributions in a wide range of processes is still a challenge. In this paper we would like to present the planar array design of capacitance sensor, which might be used for this purpose in fluidized beds. The developed sensor is 706 mm long, 86 mm wide and consists of 16 x 64 electrodes, what gives 1024 measurement points. It was placed inside an experimental fluidized bed column and applied to monitor flow regimes. During the experiments the sensor was connected to a recently developed capacitance measuring apparatus, which was already evaluated with a wire-mesh sensor. Since the proposed design is expected to reveal changes only by the surface, due to its planar structure, we performed a numerical analysis of sensor sensitivity, as well.

PL

Pomimo opracowania rozmaitych metod monitorowania procesów przemysłowych, wizualizacja rozkładu faz w wielu procesach jest nadal problemem. W artykule autorzy prezentują konstrukcję czujnika pojemnościowego z elektrodami umieszczonymi w jednej płaszczyźnie, który może być wykorzystany w tej postaci do celu monitorowania złoża fluidyzowanego. Wymiary czujnika to 706 mm długości, 86 mm szerokości, rozmieszczenie i liczba elektrod: 16 x 64, co umożliwiło wykonywanie pomiarów w 1024 punktach. Czujnik został umieszczony w eksperymentalnej kolumnie ze złożem fluidyzowanym i użyty do monitorowania reżimów przepływu. W trakcie eksperymentów czujnik podłączono do nowo opracowanego systemu elektronicznego umożliwiającego pomiar pojemności elektrycznej pomiędzy elektrodami. Działanie systemu pomiarowego było już wcześniej testowane z czujnikami siatkowymi. Ponieważ zaproponowana płaska budowa czujnika sugeruje, że jedynie zmiany blisko jego powierzchni będą widoczne, przeprowadziliśmy także analizę numeryczną czułości czujnika.

Słowa kluczowe

EN

capacitance planar array sensor; flow monitoring; fluidized bed

PL

płaski czujnik pojemnościowy; monitorowanie przepływów; złoże fluidyzowane

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 14, z. 3/2
• Strony: 723--730
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Matusiak B.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

autor

Romanowski A.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

autor

Silva M. J. Da

• Institute of Safety Research, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf e. V., Germany

autor

Thiele S.

• Institute of Safety Research, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf e. V., Germany

autor

Hampel U.

• Institute of Safety Research, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf e. V., Germany

Bibliografia

• [1] Boden S., Bieberle M., Hampel U., Quantitative measurement of gas hold-up distribution in a stirred chemical reactor using X~ray cone-beam computed tomography. Chetn. Eng. J., 39, 2008, 351-362.
• [2] Bolton G.T., Korchinsky W.J., Waterfall R.C., Calibration of capacitance tomography systems for liquid-liąuid dispersions. Meas. Sci. Technol., 9, 1998, 1797-1800.
• [3] Crowe C.T., Multiphase Flow Handbook, Boca Raton. Taylor & Francis, 2006.
• [4] Da Silva M.J., Schleicher E., Hampel U., Capacitance wire-mesh sensor for fast measurement of phase fraction distributions. Meas. Sci. Technol., 18, 2007, 2245-2251.
• [5] Da Silva M.J., Suhnel T., Schleicher E., Vaibar R., Lucas D., Hampel U., Planar array sensor for high-speed component distribution imaging in fluid flow applications. Sensors, 7, 2007, 2430-2445.
• [6] Hampel U., Bieberle A., Hoppe D., Kronenberg J., Schleicher E., Suhnel T., Zimmermann F., Zippe C, High resolution gamma ray tomography scanner for flow measurement and non-de-structive testing applications. Rev. Sci. Instrum., 78, 2007, 103704.
• [7] Hegg M., Ogale A., Mescher A., Mamishev A.V., Minaie B., Remote monitoring of resin transfer moulding processes by distributed dielectric sensors. J. Composite Mater., 39 (17), 2005, 1519-1539.
• [8] Mamishev A.V., Sundara-Rajan K., Yang F., Du Y., Zahn M., Interdigital Sensors and Transducers. Proc. of the IEEE, 92 (5), 2004, 808-845.
• [9] Sundara-Rajan K., Byrd L., Mamishev A.V., Moisture content estimation in paper pulp using frin-gingfield impedance spectroscopy. IEEE Sensors J., 4 (3), 2004, 378-383.
• [10] Thiele S., Da Silva M.J., Hampel U., Capacitance Planar Array Sensor for Fast Multiphase Flow Imaging. IEEE Sensors J., 9 (5), 2009, 533-540.
• [11] Wang H. X., Yin W., Yang W.Q., Beck M.S., Optimum design of segmented capacitance sensing array for multi-phase interface measurement. Meas. Sci. Technol., 7, 1996, 79-86.
• [12] Werther J., Measurement techniąues in fluidized beds. Powder Technology, 102, 1999, 15-36.
• [13] Yang W.Q., York T.A., New AC-based capacitance tomography system. IEE Proc. - Sci., Meas. Technol., 146, 1999, 47-53.
• [14] York T.A., Status of electrical tomography in industrial applications. i. Electron. Imaging, 10, 2001, 608-619.