|5.1　引　言|

电场法云雾浓度检测主要基于云雾浓度与粒子有效介电常数的关系：不同粒子具有不同的介电常数，云雾粒子的介电常数则由其成分的介电常数和所占比例（即体积浓度）决定。云雾浓度检测原理示意图如图5-1所示，当云雾粒子进入电场区域，其浓度发生变化时，云雾等效介电常数随之变化；根据建立的数学模型对检测信号进行解析，即可得到云雾浓度特征。

图5-1　电场法云雾浓度检测示意图

采用电场法进行云雾参数检测最早起源于20世纪50年代，其中加拿大Abouelwafa教授带领团队对多种形式电容传感器在扩散粒子的特征测试是经典模型。基于螺旋极板电容器开展深入的气固两相流测量研究，C.G.Xie等对8极板电容式传感器的应用进行了分析研究，获得了该传感器对于层流式介质的检测模型。Juliusz B.Gajewski等提出了一种非接触实时监测粉尘静电荷、质量流量、粒子浓度及平均流速的数学模型及测量系统，如图5-2所示。国内的张宝芬等引入了多电极旋转场法，进一步提高了传感器输出信号的线性度，在煤粉输送领域得到了实际应用，并取得了较好的应用效果。

图5-2　非接触电场法气固两相流检测示意及组成图

近年来，基于电场法的浓度检测技术研究主要集中于以下几个方面：

（1）混合物介电常数计算模型研究。谢秉川等对梯度分布球颗粒的介电特性进行了研究，利用微分有效偶极矩近似方法计算了梯度分布球颗粒的等效介电常数。吴裕功等采用蒙特卡洛有限元方法对常见混合物浓度计算模型进行了对比分析，研究结果表明，通用有效介质方程方法达到拟合效果。2009年，陈小琳等提出了一种离散体为球状、体积随机分布的两相复合材料介电性能计算模型，该模型考虑了离散体体积存在的随机分布情况，更接近于两相复合材料中离散相的实际情况，比传统模型更精确。肖钢等利用离散偶极子近似给出了一种计算由球形粒子和非球形粒子组成的多相（大于三相）混合物有效介电常数的方法。2009年，杨河林和肖婷提出了含有偏心球形微粒介质球的有效介电常量计算模型。

（2）电容传感器的优化设计。周邢银等采用有限元分析方法，对现有管道用螺旋型电容传感器结构参数，设计了三极板交错排列结构的传感器。该设计受混合物流型影响作用小，可以有效提高检测精度。董恩生等开展了云雾中同面多电极电容传感器的仿真研究，采用二维有限元法对同面8电极电容传感器电势分布和测试灵敏度等进行了仿真计算。刘少刚等在通用电容传感器数学模型的研究基础上给出了单一平面电容传感器的工作原理数学模型和有限元求解方法。向莉和董永贵开展了同面散射场电容传感器的电极结构与敏感特性研究，表明在传感器两电极极板间的距离存在最优值。

（3）先进的信号处理技术研究。侯北平等针对气固混合物管道输送中流型不稳定造成的检测误差，将信息融合技术应用于两相流流型的识别领域，实现了流型辨识并提高了检测精度。陆增喜等提出了波形法和最小均方差法的两相流测速方法。陆耿等提出了基于主成分分析法求取两相流相浓度的方法，对大量检测值样本进行统计分析后，采用第一主成分求取相浓度的经验公式，其检测结果不受两相流流型的影响。

尽管当前基于电场法实现混合物浓度和流速检测的技术研究已经较为成熟，通过优化传感器设计和浓度计算模型，在约束空间内（管道、烟囱等）的单向运动混合物浓度检测得到广泛应用，但对于开放空间和全向运动（或非定向运动）的混合物浓度检测还没有形成成熟的检测方法和测试手段。