I ndo ne s i a n J o ur na l  o f  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng  a nd C o m p u t e r  Sc i e nc e   V o l.   11 ,  N o.   2 A ug us t   201 8 , p p 5 3 1 ~ 5 4 1   I S S N :  2502 - 4752,  D O I :  10. 11 591/ i j e e c s . v 1 1 .i 2 .p p 5 3 1 - 5 4 1          5 31       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c or e . c om / j our nal s / i nde x . php/ i j e e c s   N on - Co nt a ct   C a p a cit iv e   T echniq ue  f o r   B i o m a s s   F lo w   S ens ing       R u m an a T as n i m 1 ,  S h ero z K h a n 2 At i k a  Ar s h a d 3 ,  M o l l a   R a sh i e d  H u sse i n 4   1 D e p a r t m e nt  of  M T E ,  W o r l d U ni ve r s i t y  of   B a ngl a de s h D ha ka ,  B a ngl a de s h   2 ,3 D e p a r tm e n t o f  EC E,  I n te r n a tio n a l I s la m ic  U n iv e r s ity  M a l a y s ia ,   K ua l a  L um p ur ,  M a l a y s i a   4 D e p a r t m e nt  of  C S E ,  U ni v e r s i t y  of  A s i a   P a c i f i c ,  D ha ka ,  B a ngl a de s h       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T     A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   Fe b   2 5 ,  201 8   Re v i se d   Ap r   7 ,  20 1 8   A ccep t ed   Ap r   2 1 ,  20 1 8       To  f a c i lit a te   r ea l - t i me   f lo w   m e a s u r e m e n t,  th is  p a p e r   a im s  to  r e a li z e  b io m a s s   f l ow  s e ns i ng t hr oug e l e c t r oni c   no n - c o n t a c t   c ap a ci t i v m ea n s .  H a r d w ar e   i m p l e m e nt a t i on ha s  b e e n c a r r i e d out  us i ng a  m odi f i e d O P - A MP - ba s e d br i dge   c i r c ui t ,  w i t h one  a r m  m a de  of  a   s t a nda r c a pa c i t a n c e  w hi l e  t he  ot he r  a r m  i s   m a d e  f r o m  tw o  s p e c if ic a lly  d e s ig n e d  c a p a c itiv e  e le c tr o d e s  f itte d  o n  a  p ip in g   sy s t em  s en s i n g  b i o m a s s   f l o w .  T h e ex p er i m en t a l  r es u l t s  ar e t ar g et ed  t o  o b t a i n   da t a   f o r  gi v e n b i om a s s  t y p e s  t hr ough a  c us t om - de ve l op e b i o m a s s  f l ow   p ip in g  s y s te m .   S e ve r a l  f l ow   af f ect i n g  p ar a m et er s  n a m el y :  el ec t r o d es   s h a p e s ,   t he   lo c a tio n   of  e l e c t r ode s  on t he  p ip in g  s y s te m ,  b io m a s s  m a te r i a l  t y p e ,  a n d   p a r t i c l e   s i z e  ha v e  b e e n c ons i de r e d i n  ob t a i ni ng e xp e r i m e nt a l  da t a .   A l s o,   t he   c i r c ui t  ha s  b e e n s i m ul a t e d t o a na l y z e  f l ow  s e ns i ng  b e ha v i or   f o r  t he  pr op os e t e c hni q ue  b y   e v a l ua t i ng t he   m e a s ur e m e nt  da t a  a nd a s s e s s i ng c o nf or m i t b e t w e e n e xp e r i m e nt a l l y   ob t a i ne d a nd s i m ul a t e d da t a .   Ke y wo rd s :   B i o ma s s   E l ect r o d es   M eas u r e m en t   P ip in g   S e ns i n     C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   R u m a na  T a s ni m ,   D ep ar t m en t  o f  M T E ,   W o r ld  U n iv e r s it y  o f  B a n g la d e s h D h ak a,  B an g l ad es h .   E m a il:  r um a n a t a s n i m 415@ gm a i l . c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   On - li n e  lin e   m a s s   f lo w   s e n s i n g  a n d   m e a s u r e m e n t o f  p a r ti c u la te  b io m a s s  s o lid s  o n  a  p n e u m a tic   p ip e lin e   ha s   a n i m pe r a t i v e  r ol e  t o i m pr ov e  pr oc e s s  e f f i c i e n c y .   C u rre n t l y ,   t h u s e o f  b i o m as s   f u e l s  h as  b e c o m e xt e n s i ve  i n a n e f f o r t  t o   s ub s t i t ut e   m a n ua l   s up p l y o f  c o a l  b a  c o nt i nuo us  a nd   m e a s ur e d  c o a l  s up p l y  a t  p o w e r   s t at i o n s .  Mo r eo v er ,  b i o m as s  i s  s o l el y  i m p er at i v f o r  en er g y  an d   m at er i al s   co n v er s i o n  p r o ces s es   g i v e n  t h e   r el at i v e ab u n d a n ce o f  b i o m as s   w a s t m at er i al s ,  t h e r en e w ab l e n at u r e o f  b i o m as s  a n d  i t s   f a v or a bl e   s ta tu s   r e ga r d i ng e m i s s i o n o f   gr e e n ho us e   ga s e s .  G e ne r a l l y s p e a ki n g,  b i o m a s s   s o l i d s  c a n a p p e a r  i n t he   f o r m o f   po w de r  a n d g r a i n  t r a n s por t e d i n   g a s e s  ( t y pi c a l l y  a i r )   w hi c h   h a s   w i de s pr e a d a ppl i c a t i on s  a c r os s  i n d u s t r i e s  of   nu m e r o u s  t y p e s  i nc l ud i ng  f o o d  p r o c e s s i n g,  a gr i c ul t ur a l  p a r t i c l e s  ( e . g. ,  gr a i ns ,   w h e a t ,   c o r n)  [ 1 ]  f l o w i ng,   p h ar m ace u t i cal  an d  p et r o ch e m i cal ,  ce m e n t,   m in in g ,  s e m ic o n d u c to r ,  c h e m ic a l a n d  a l s o  in  tr a n s p o r tin g   p u l v er i zed   co al   i n   f u el   l i n es   o f   t h er m al   p o w er   p l an t s .   R ec en t l y   n o v el   el ect r o s t a t i s e n s i n g   t ech n i q u h as   b een  d ev el o p ed  t o  co n d u ct  t h e o n l i n e  co n t i n u o u s   m eas u r e m en t  o f   “m ean  a n d   l o cal ” ch a r act er i s t i cs  o f   bl e n de d bi o m a s s   f l o w  on pne um a t i c  dr i v e n pi pe l i n e s  a t  c oa l  po w e r  s t a t i on us i n g c i r c ul a r  a n d a r c - s h ap ed   el ect r o s t at i c s e n s o r  ar r ay s  i n  o r d er  [ 2 ] .     S o m e o t h er  r es ear ch er s   w o r k ed  o n  d es i g n i n g  cap aci t i v e s e n s o r  f r o n t - e nd  e m p ha s i z i n g t h e  r a nge  o m e a s u r e m e n t s e n s itiv it y  o f  t h e  s e tu p  [ 4 - 5 ] ,  r o b u s t n es s  t o  el ect r o m ag n et i c i n t er f er e n ce al o n g   w i t h  t h e   as s es s m en t  o f  s h i el d i n g  t ec h n i q u es .   S o m e  r es ear ch er s  h a v e  co m f o r w ar d   w i t h   i n n o v at i v e el ect r o d e d es i g n s   a n d  te s te d  th o s e  in  v e r s a tile  h a r d w a r e  p la tf o r m   w h ic h  a llo w s  r e lia b le  te s tin g  o f  th e   s e ns o r  s t r uc t ur e cap aci t an ce  m eas u r e m en t  ci r cu i t  an d  t o p o l o g i es  i n  d i f f er en t  ap p l i cat i o n s  d ev o i d  o f  i m p r o v i n g  d at a   a c q u is itio n ,  c o m m u n ic a tio n  a n d  i m p le m e n ta tio n .  F o r   m a k i n g  c a p a c ita n c e - to - d ig ita l ( C D C )  c o n v e r s io n ,  f e w   cap aci t an ce  m eas u r e m en t  s c h e m es  ar e i m p l e m en t ed   i n  t h f o r m  o f   i n t e g r at ed   C i r cu i t  ( I C )  [ 6 ] - [7 ].  In  [8 ] t h e   a u t h or s  e x pe r i m e nt e d on  a n of f - l i ne  ga s - s ol i ds  f l o w  i n s t r um e n t a t i on  m e t h od u s i ng  a  150m m  bor e  c o m m e r c i a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   5 3 1     5 41   532   cap aci t an ce t r a n s d u cer  ( D C  1 3 )  an d  t h e  s o l i d s  co n ce n t r at i o n   m et er  ( D M C  1 7 0 ) .  T h m ea s u r ed  cap aci t a n ce i s   c o n v e r te d  i n to   v o lta g e  s ig n a l th r o u g h   in te g r a ti n g  c a p a c it o r  in  a n  e le c tr o n ic  c ir c u it   w h ic h  i s  r e c ti f ie d ,   a m pl i f i e d,  a n d onw a r d t r a n s m i t t e d t o D M C  170 i n  t h e  f or m  o f  pu l s e  f r e qu e n c y .     In  [9 ],  t h e   a u t h or s  de v e l ope s e m i c y li n d r ic a l   cap aci t i v e s e n s o r   w i t h  a n  i n t er f ace ci r c u i t   f o r  f l o w  r at e   m eas u r e m e n t .  T h m eas u r e m en t  r es u l t s   w er m o d er at el y   s at i s f ac t o r i l y   w h i ch  p r o v ed  t h e  p er f o r m a n ce o f  t h s e m i c y li n d r ic a l   cap aci t i v e s e n s o r   w i t h  a n  i n t er f ace ci r cu i t  f o r  f l o w  r at m eas u r e m en t .  T h e af o r e m e n t i o n ed   r es ear ch  s t u d i es  i n  t h e  ar ea o f  f l o w   m eas u r i n g  s e n s o r s   h a v e  b een  b eco m i n g  a s o u r ce o f  r eh ab i l i t at ed  i n t er es t   a m o n g  r es ear ch er s  t h e s e d ay s .  T h e i s s u e s  co n cer n i n g   t h e r ep o r t ed  cap aci t i v e s en s i n g   m eas u r e m e n t   te c h n o lo g ie s  a r e  e le c tr o d e  s tr u c tu r e  d e s ig n i n g  a n d  o p ti m iz a tio n ,  p ip e lin e  d e s ig n ,  c o m p lic a te d  a n d  u n r e lia b le   cap aci t an ce  m eas u r e m en t   ci r cu i t s ,   ef f ect s   o f   u n u s u al   p ar t i cl p r o p e r t i es   o n   s en s i n g   p h en o m en o n  f o r   pn e um a t i c  c onv e y i ng  of  bi om a s s .  T h i s  pa pe r  a i m s  t o   car r y  o u t  ex p er i m e n t al  an d  s i m u l at i o n  a n al y s i s  o n   b i o m a s s p a r t i c l e  f l o w  s e n si n g  b y  u s i n g   se m i - ci r cu l ar  ( e. g . ,  S A .  S B ,  S C )  an d  ci r c u l ar   ( e. g . ,  C A ,   C B ,  C C )   s h ap ed  cap aci t i v e  s e n s o r  el ect r o d es   w i t h  a  co s t  e f f ect i v e   m e as u r e m en t  ci r cu i t   w h i ch  i s  cap ab l e o f  p er c e iv in g   b i o m a s s   f l o w  p at t er n s  a n d  el i m i n at i n g   s t r a y  cap aci t a n ce t o  a l ar g e d eg r ee.       2.   C A P A C I TI V E S EN S I N G   C ap aci t i v s en s i n g  al l o w s   t h e co n v er s i o n  o f  b i o m as s  f l o w   v ar i at i o n  i n t o  cap aci t an ce  v al u e.  T h e   cap aci t i v e s e n s o r  i s  co n s t r u ct ed   w i t h  a p ai r  o f  s e n s i n g  e l ec t r o d es .  A n  i n t er f ace ci r cu i t   w h i ch   i s  al s o  r ef er r ed   as  a  m eas u r e m en t  ci r cu i t  i s  e m p l o y ed  f o r  r ep r es en t i n g  t h cap aci t an ce v al u e i n t o   ac   vo l t a ge  s i gna l .  T he  b l o c d i a gr a m  o f  t he   w ho l e   m e a s ur e m e n t  a nd  s e ns i n g s ys t e m  i s  a s   s ho w i n F i g ur e   1.           F i gu r e  1.   B l o ck  d i ag r a m  o f  a c ap aci t i v e s e n s i n g  t ech n i q u       3.   P R O B LEM  S TA TEM EN LEA D IN G  TO  O B J EC TI V E     T h e s i g n i f i ca n ce a n d   m a g n i t u d e o f   m eas u r i n g  a n  accu r at f l o w  r at e o f  g a s - s o lid  f lo w  i n  p ip e lin e s   ha s   b ee n  ev er - i n cr eas i n g   i n  t h e i n d u s t r i al i zed  r eg i o n s .   F r o m  l i t er at u r r e v i e w,   f e w  i s s ue s   ha ve  b e e n   hi g hl i g ht e d  o n t he   w a y t o  c o n d uc t  o ur  r e s e a r c h.   1)   N o t   m u ch  r es ear ch   h a s  b een   u n d er t ak e n  o n   t h e p er cep t i o n  o f   f l o w  p at t er n  an d   s en s i n g   be ha v i or   in  te r m  o f   t he   si g na l   d et ect ed   w h i c h  i n f l u en ce s  t h m ea s u r e m e n t  p r o ced u r e o f  co n cen t r at i o n  a n d  v el o ci t y  o f  b i o m a s s   p a r tic le s .   2)   D u e t o  t h e t ech n i q u e o f  h a n d l i n g  i r r eg u l ar  b i o m as s  p ar t i cl es  an d  co m p l i cat ed  p h y s i cal  ch a r act er i s t i cs ,  t h e   tr a n s p o r ta tio n  o f   s o lid  b io m a s s  b y  a ir  i s  t y p ic a ll y  u n p r e d ic ta b le .  T h is  le a d s  to w a r d  li m ite d  i n d u s tr ia l   b i o m a s s  p r o ces s es ;  s o  t h e p o t en t i al  o f  b i o m as s  a s  a s o u r ce o f  r en e w ab l e e n er g y  i s   g r eat l y   u n r eal i zed .     3)   I n  s p ite  o f  t h e   w id e - r a ngi n g s i gni f i c a nc e  o f  t hi s  r e ne w a b l e  e ne r g y s o ur c e ,  b i o m a s s   m ul t i p h as e f l o w s  h av e   ach i ev ed   v er y  l i m i t ed  at t e n t i o n .   C o n s eq u en t l y ,  t h pr os pe c t i v e   of  i n d u s t r i a l  bi om a s s  pr oc e s s   in s tr u m e n ta tio n  i s  a ls o   n o t p e r c e iv e d .   F u r t h e r  r e s e a r c h   w or k   s h oul d be  c a l l e d f or  e nh a n c i ng  un de r s t a n di ng  o f t h e   m u ltip h a s e  b io m a s s  p n e u m a tic  c o n v e yi n g s ys t e m   a nd  r e a l i z i ng  t he   m u lt ip h a s e  f lo w   o f  b i o m a s s   m a te r ia ls   w it h  th e  p u r p o s e  o f  i m p r o v in g  b io m a s s  p r o c e s s  in s tr u m e n ta tio n  a n d  a ls o  u t i liz in g  b io m a s s   r es o u r ces  ef f ect i v el y  i n  t h i s  co m p l i cat ed  ar ea o f  r es ear ch .   T h e r ep o r t ed  cap aci t i v e s en s i n g   m eas u r e m e n t te c h n o lo g y   u s e d  f o r   m e a s u r in g  g a s /s o lid  p a r tic le s   v el o ci t y  a n d  co n ce n t r at i o n  l ac k  a  g o o d  l e v el  o f  e f f i ci e n c y  s i n ce  s o m m ea s u r e m e n t   m et r i c s  ap p ear s  t o  a f f ect   ex p ect ed  o u t p u t s .  U l t i m at el y   t h f l a w ed   m eas u r e m e n t  p r o ced u r e r es u l t s  i n  p o o r  p er f o r m an ce o f   t h e o v er al l   s y s t e m .  Mo s t  o f  t h e r ecen t  r es ear ch  an d  s t u d i es   h av e b een  c o n cer n ed   w i t h  t h e ci r cu l ar  an d  r ect an g u l ar  s h ap ed   p i p e u s i n g  ci r cu l ar ,  ar c,  p l an n er ,   m u l t i - e l ect r o d e,   p in - s h ap ed   el ect r o d es  f o r  g as - s o lid  p a r tic le  f lo w   m eas u r e m e n t   n a m e l y   co al .   N o   r es ea r c h   h a s   f oc us e on   bi om a s s   pa r t i c l e   f l o w   s e n s i ng   by   t h e   s e mi - ci r cu l ar   s h ap ed  cap aci t i v e s en s o r   wi t h   c o s t e f f e c tiv e   m eas u r e m e n t  ci r cu i t  t h at  i n v o l v es  t h e p r o p er   p er cep t i o n  o f   b i o m a s s   f l o w  p at t er n .  M o r eo v er ,   m eas u r e m e n t  p r o b l em  r eg ar d i n g  t h m eas u r e m en t  o f   v er y  s m al l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       No n - C ont ac t  C apac i t i v e  T e c h ni que  f or  B i om as s  F l ow  Se ns i ng ( R um ana T as ni m )   533   cap aci t an ces  i s   m en t i o n ab l s i n ce cab l e cap aci t an ce  an d   s t r ay  cap aci t an ce  cau s e i n accu r ac y .   A l s o ,  p o w er  l i n e   i n t er f er e n ce a n d   i n t er f ace  ci r cu i t   d r i f t   ar o t h er   i s s u es   o f   co n cer n   f o r   r es ear ch   i n   t h i s   w o r k .   T h p r o b l e m s   h i gh l i gh t e d t o r e s ol v e  f or  t h i s   r es ear ch   w o r k  ar e s u m m ar i zed  b el o w :     1)   C o m p le x it y  in  e x i s ti n g   m e a s u r e m e n t c ir c u it  m o d e l a s   w e l l a s  e le c tr o d e  a r r a n g e m e n u s e d   f o r  f lo w  p ip in g   a r r a nge m e nt .   2)   E f f ec t  o f  s t r a y  cap aci t a n ce a n d  r es i d u al  cap aci t an ce ef f ect  i n   m ea s u r e m e n t  ci r cu i t .   3)   N o t   m u c h  r es ear ch   h as  b een   u n d er t ak e n  t o  an al y ze s en s i n g   b e ha vi o r   o f b i o m a s s   fl o w .   F o r  f a c ilita t in g  t h e  s e n s in g  o f   s m a l l c a p a c itiv e   v a r ia tio n  a n d  s o lv i n g  th e   a b o ve  m e nt i o ne d   pr obl e m s ,   a cap aci t i v e  s e n s i n g  t ec h n i q u es   ha s   be e n  de v e l ope d f or   m on i t or i ng  a n d a n a l y z i ng  t h e  s e n s i ng   b e ha vi o r s   o b i o m a s s   f l o w   t h r o u g h  r ed u ci n g  s t r a y  cap aci t an ce  ef f ect .   T h i s  r es ear ch  e n ab l es  t h e b i o m a s s  f l o w   s e n s i n g   u s i n g   an   o p er at i o n al   a m p l i f i er  b as ed   cap aci t i v b r i d g e   ci r cu i t ,   r ep r o d u ci n g   t h o u t p ut   vo l t a ge   a s   a   r ep r es en t at i v e o f  t h f l o w .       4.   M E T HOD OL OG Y   W i t h  t h e  ai m  o f   m eas u r e m e n t  f o r  r eal - t i m e  m o ni t o r i ng i n m i nd ,   a   l o w c o s t   cap aci t an ce  s e n s i n g  O P - AM P - ba s e d c i r c u i t  de r i v e d f r om  [ 3]  f or  bl e n de d bi om a s s  f l o w  i s  de v e l ope d.   T h e  bi o m a s s  f l o w   s e ns i ng  s ys t e m   s t r uc t ur e  ( a s   s ho w n  i n  F i g ur e   2 )  c o n s is t s  o f  t w o  p a r ts : ( a )  s e n s in g  p a r t th a in c l u d e s  p ip in g  s y s te m   w h ic h   h a s   b io m a s s   c o n ta in er   at   o n en d ,   el ect r o d es   f i t t ed   o n   t h v er t i cal   u p ,  h o r i zo n t al   an d   v er t i cal   d o w n   s e c tio n s  o f   th e  p ip in g  s y s te m s   th r o u g h   w h ic h  b io m a s s  is  p n e u m a tic a ll y  s u c k e d  b y  a  s u c tio n  p u m p   f itte d  a t  th e   f a r  e nd ;  ( b )  p r o c e s s i ng c i r c ui t   w hi c h i s  a na l ys e d  i t he   f o r m  o f   d e r iv in g  it s   m a th e m a tic a l e q u a tio n s  r e la tin g   t h e o u t p u t  v o l t a g e t o  cap aci t an ce ch an g es .                            ( a)                                 (b )   F i g ur e  2 .  ( a )  S ys t e m   s t r uc t ur e   w i t h s e n s i n g a nd  p r o c e s s i ng p a r t ,  ( b )  S e ns o r  a r r a nge m e nt       T h e  t w o pr oc e s s i ng  pa r t s   ar e ex p l ai n ed  as   f o l l o w s :   a)   S e ns i n g P a r t   T h e  te s t p ip e  s e c tio n  ( a s  in  F i g ur e   2( b) )  m a de  of  pol y v i ny l   c h l or i de s  c on s t r u c t e w i t h  v e r t i c a l  a n h or i z on t a l l y  c onn e c t e d pi pe  o f  l e ng t h  1000 m m   w i t h  a n  u p w a r d f l o w  di r e c t i on .  T h e  pi pe  h a s  i n s i de  di a m e t e r   o f  2 5 mm a n d   o u t s i d e d i a m et er  o f  2 7 m m .  I n   t h t es t   s ect i o n ,  f i v e cap aci t a n ce  s en s o r  el ect r o d es  f o r  t h e   m eas u r e m e n t  o f  cap aci t an ce a r e l o cat ed  k eep i n g  cer t ai n  d i s t an ces  t h r o u g h o u t  t h e p i p i n g  s y s t e m .   O n t he  t e s t   pi pe ,   a l o w   co s t   s o l el y   n o n co n t act  t y p e  ci r cu l ar  e l ect r o d e s  ( m ad e o f   m i l d   s t eel )   an d  s e m i - ci r cu l ar  ( m ad e o f   g al v an i zed  s t eel )  s h ap ed  cap aci t i v s en s o r   el ect r o d es  h av e  b een  p l aced  t o   m a k u p  o n e ar m   o f  t h e b r i d g e ci r c u i t .  T h e d es i g n  p ar a m et er s  f o r  t h e el ect r o d es  h av e b een  c h o s e n  s u c h  t h at  t h e r at i o  o f   el ect r o d e w i d t h  ( W )  t o  el ect r o d e s ep ar at i o n  ( d ) r em ai n s  at  4 : 1 ,  t h e n u m b er  o f  el ect r o d es ,  K =1 0 ,  t h e el ect r o d e   w i d t h  o f  ci r cu l ar  an d   s e m i - ci r cu l ar  el ect r o d e i s  k ep t  at  1 2 m m ,  el ect r o d e s ep ar at i o n  i s  d 3 m m ,  r ad i u s  o f  t h e   pi pe ,  r   = 12. 5 m m .  T e s t   m a t e r i a l  g r oun g r a i n c or n   f l o u r   ( s h ap ed   as   1 0 0   μ m )   i s   r ep l i cat ed   as   f i n e   b i o m as s   f l o w  ba s e  [ 2]  a n d bi om a s s   f u e l  w ood   ( 200µ m - 2 m m )  i s   m a d e  b i gge r  t ha n t ha t  o f  c o r f l o ur .   b)   P r o ces s i n g  P ar t   T h e  te s t p ip e  s e c tio n  ( a s  in  F i g ur e   2( b) )  m a de  of  pol y v i ny l   c h l or i de s  c on s t r u c t e w i t h  v e r t i c a l  a nd   h or i z on t a l l y  c onn e c t e d pi pe  o f  l e ng t h  1000 m m   w i t h  a n  u p w a r d f l o w  di r e c t i on .  T h e  pi pe  h a s  i n s i de  di a m e t e r   o f  2 5 m m  a n d  o u t s i d e d i a m et er  o f  2 7 m m .  I n   t h t es t   s ect i o n ,  f i v e cap aci t a n ce  s en s o r  el ect r o d es  f o r  t h e   m eas u r e m e n t  o f  cap aci t an ce a r e l o cat ed  k eep i n g c e r t a i n d i s t a nc e s  t hr o ug ho ut  t he  p i p i n g s y s t e m .   T h e f l o w  p i p e i s  i n s er t ed  as  a   l o n e ar m  o f  t h e b r i d g e,   w h i l o t h er  ar m s   w i t h  g i v e n   v al u es   o f  r es i s t i v e   an d  cap aci t i v e el e m e n t s .  T h e f o u r  ar m s  o f  t h e b r i d g e ar e u s ed  i n  t w o  p ai r s :  t h e u p p e r  p ai r  i s  m ad e o f   cap aci t an ces ,  o n e f i x ed   w h i l e  an o t h er  i s  r ep r es en t i n g   v ar i a b l e cap aci t o r  w i t h  v al u es  r ep r es en t i n g  eq u i v al en t   b io m a s s   f lo w .   T h e  lo w e r  p a ir   o f   b r id g e  a r m s  is   m a d e   o f   r e s is to r s  o n l y   w h i le   k e e p in g  p o in B  a a  v ir tu a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   5 3 1     5 41   534   g r o u n d   f o r  b et t er  s t ab i l i t y  o f  f l o w   s en s i n g  b y  t h e v ar i ab l e ca p aci t an ce ar m ,   C x  ( as  i n  F i g u re   2 ) .   T h e  la s t O P - A M P  i s   u s ed  as  a b u f f er ,  s t o p p i n g  t h e l o ad  f r o m  af f ect i n g  t h m ea s u r e m e n t   m ad e;  i t   m a k es  an  ef f o r t  t o   m a k s u c h   m eas u r e m e n t s  t r u e r ep r es en t at i v e o f  b i o m a s s   f l o w .   T h e s eco n d  ( t h m i d d l e)  O P - A M P  i s   us e d f or   p r o vi d i ng a d j us t a b l e  s e ns i t i vi t y t o  t h e  o v e r a l l r e s u lts .  I n  t h i s  c ir c u i t s a m e  p o te n tia ls  h a s   b e e n   m a in ta in e d  a t   th e  o u tp u t n o d a l p o in ts  o f  th e   b r id g e  c ir c u it .   T a b le  1  illu s tr a te s  c ir c u it c o m p o n e n ts  s p e c if ic a tio n .  F r o m  th e   c ir c u it,  th e  b r id g e  o u tp u t is  t h e  v o lta g e   w h ic h  is  li n e a r l y  r e l a te d   w i t h  t h m i n u t e ch a n g es   i n  t h e cap aci t an ce   Δ C   o f   t h s e n s o r ,   an d   h e n ce,   i t   w i l l   b l i n ear l y   r el at ed   w i t h   t h co n cen t r at i o n   o f   t h b i o m a s s   f l o w .   T h e   v o lta g e  o u tp u t e q u a t io n  d e r iv e d  f o r  th e  c ir c u it is     1 00 32 () fo f x j V R R V CC RR ω =           (1 )       T a b le   1 .    S p e c if ic a tio n  o f  c ir c u it c o m p o n e n t s   C   C 0   R 1   R 2   R 3   R f 1   R f 2   C R1 =C R2   C R C R2   1 0 p F   1 0 p F   1 k   1 k   1 0   1 0 0 k   1 0 0 k   B al an ce d   ( n o  f l o w )   U n b a l a nc e d  ( w i t h  f l o w )       5.   RE S U L T S  AND AN AL Y S I S   E xp e r i m e nt a l l y t he  b r i d ge  c i r c ui t  i s   m a d e  b a l a nc e d   und e r  no  f l o w  c o nd i t i o ns ;  o nl y   t o   b eco m u n b a la n c e d   w it h  b io m a s s   f lo w .  T h e  c ir c u it is  te s te d  b y  a llo w in g   w o o d  b io m a s s  a t 3 3 3 g / m i n  a n d  c o r n   f lo u r  a t   600g / m i n .  T h e  f l o w i ng  s pe e d  of   m a t e r i a l s  di f f e r s   f r o m  e a c h  ot h e r  de pe n di n g u pon t h e  bi o m a s s   m a t e r i a l  i u s e.  T h e cap aci t an ce c h a n g e s  f o r  each   m at er i al  ar e r eco r d ed  ev er y  1 0  s eco n d s  o v er  a p e r i o d  o f  6 0  s eco n d s .   T h e ex p er i m e n t al  r es u l t s  ar e p l o t t ed  f o r   w o o d   f l o w  i n   F i g ur e   3  ( a) - ( b ) ,  illu s tr a tin g  t h e  p lo ts  o f  o u tp u v o lta g e   an d  cap aci t an ce v ar i at i o n  i n  p r o p o r t i o n  t o  t h e f l o w  b ei n g   s en s ed .   Fi g ur e   3   ( a)  an d  ( b )  i l l u s t r at e t h e o u t p u t  v o l t a g e an d  cap aci t an ce p l o t s  f o r  ci r cu l ar  a n d  s e m i - ci r cu l ar   el ect r o d es .   T h e ci r cu l ar  el ect r o d es  ( C A )  an d  s e m i ci r cu l ar  el ect r o d e ( S C )  ar e  f i t t ed  o n  u p w ar d  f l o w  p i p e,  t h e   v er t i cal   s ect i o n   n ear  t o  t h e co n t ai n er .  C i r cu l ar  el ect r o d e ( C B )  an d  s e m i ci r c u l ar  el ect r o d e ( S B )  ar e m o u n t ed  o n   th e   h o r iz o n ta l  s e c tio n ,  t h e   m id d le  s e g m e n t o f  t h e  p ip i n g   s y s te m .   A n o th e r   s e m ic ir c u la r  e le c tr o d e  ( S A )  is   p l aced  o n  d o w n w ar d  f l o w  p i p e,  t h v er t i cal  p i p e s ect i o n   n ear  t o  t h s u ct i o n  p u m p .  T h e  o b s er v at i o n s  m ad ar e:   1.   T h e o u t p u t   v o l t ag e s   m eas u r ed  at  ci r cu l ar  el ect r o d es   h as  s h o w n  i d e n t i cal  p at t er n s  a s  a  m ea s u r e o f   cap aci t an ce ch a n g e s  an d  t h e  s e m i ci r c u l ar  o n es  s h o w  ap p r o x i m at el y   s i m i l ar   b e ha vi o r   in  th e ir  o u tp u t   vo l t a ge s  i nd i c a t i n g t he  a ut he n t i c i t y  o f  t he   m eas u r e m e n t  m ad e.   2.   S e m i ci r c u l ar  S C  a n d  ci r cu l ar  C A  f i t t ed  n ear  t h e co n t ai n er  h av e s h o w n   m a x i m u m  o u t p u t   v o l t ag e.  D u e t o   t h e l o cat i o n  o f  S C  an d  C A  el e ct r o d e n ear  t h e b i o m a s s  co n t a i n er ,  s o l i d  co n cen t r at i o n  h a s  d i s p l a y ed  h i g h er   cap aci t an ces  t h an  t h at  o f  o t h er  p ip e  s e c tio n s ,  a n d  th a t in d ic a t io n  in  t h e   f o r m  o f  t h e   hi g he r  o ut p ut   vo l t a ge   is   pr ov e d a c c or di n g l y .   3.   H o w e v e r ,  t w h or i z ont a l l y  p os i t i on e e l e c t r ode s  ( C B )  a n ( S B )  i n   t h e   m i ddl e   pi pe   h a v e  de m ons t r a t e l e ss - f l u ct u at i o n s  i n  cap aci t an c e v al u es  d u e t o  l o cat i o n  r ea s o n .   T h s em i c i r cu l ar  e l ect r o d e S A   h as  s h o w n   al m o s t  s t ab l e b u t  s m al l er  f l u ct u at i o n  i n  cap aci t a n ce p l o t   d u e t o  t h e l es s  co n cen t r at i o n  i n   t h i s   s ect i o n   d u r in g  th e  e n tir e  f lo w .         (a )                                                                                        (b )     F i gu r e  3.  ( a )  V ol t a g e  O u t pu t  a s  a  f u n c t i o n  of   w ood f l o w  ( 333g r a m s )  ov e r  60 s e c on ds ,   (b C a pa c i t a n c e  a s  a   f u n c t i o n  of   w ood f l o w  ( 333g r a m s )  ov e r  60 s e c on ds   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       No n - C ont ac t  C apac i t i v e  T e c h ni que  f or  B i om as s  F l ow  Se ns i ng ( R um ana T as ni m )   535   T he  b a r  gr a p hs  o f   F i gur e  4  ( a - e)   f o r  d i f f er en t  el ect r o d es   h av e p r o v e n  t h at   t h e  s e n s i n g  c ap aci t an c d i r ect l y  af f ect s  t h e o u t p u t  v o l t ag e o b t ai n ed .  T h e t es t  i s  r ep eat ed  ag ai n   w i t h  t h e s a m e f l o w  r eg i m f o r  co r n   bi om a s s   f l o w  ( 600g ) w h e r e  t he  di a m e t e r  of  i t s  pa r t i c l e s  s i z e  i s  50µ m  a n d i t   i s   f l o w n  o v e r  60 s e c on ds  of  t h e   pe r i od   t ha t   m o ve   f a s t e r   t ha t he   w o o d   b i o m as s  d u e t o  t h e  f i n e p ar t i cl e s i ze  ch ar act er i s t i cs  o f  t h m at er i al U n l i k w o o d  b i o m as s ,  t h f l o w  r at e i s  r el at i v el y   h i g h er  i n  c as e o f  co r n  p ar t i cl es ;  s o  t h e co n cen t r at i o n  o f  t h es m o v i ng   m a t e r i a l s  i s   m or e  t h a n t h a t  of   w ood bi om a s s  ov e r  t he  s a m e  t i m e  s p a n.   F i g u r e 5 ( a)  an d  ( b )  i l l u s t r at e t h e o u t p u t   v o l t ag e a n d  cap aci t an ce p l o t  as  a f u n ct i o n  o f  co r n   f l o u r  f l o w   o v er  6 0  s eco n d s  r es p ect i v el y .     1)   T w o  el ect r o d es  ( C B  a n d  S B )  f i t t ed  o n  t h e h o r i zo n t al  p i p i n g  s y s t e m  h a v e s h o w n  t h e l o w es t  cap aci t an c e   va l ue s   w hi l e  t he   el ect r o d es  p l aced  n ear  b i o m a s s  co n t ai n er  ( C A  an d  S C )  h a v e s h o w n  t h m a x i m u m   cap aci t an ce v al u es   w h i ch  i s  i n  g o o d  ag r ee m en t   w i t h  t h e r es u l t s  r ep o r t ed  f o r  w o o d  b i o m as s .  T h e   cap aci t an ces   m ea s u r ed  at  t h o s e p o i n t s  h av e s h o w n   m a x i m u m  cap aci t a n ce v a l u e s  d u e t o  t h e   hi ghe r  s o l i d   co n cen t r at i o n  v al u e s .  T h es r es u l t s  ar e i d en t i cal  t o  v o l t a g m eas u r e m e n t  p l o t s .  T h o u t p u t   v o l t ag e s   m eas u r ed  at  C A  an d  C B   h av s h o w n   s i m i l ar  v ar i at i o n  p at t er n  i n   f o r m  o f  cap aci t a n ce  m ea s u r ed .   2)   T h e o n l y  s e m i ci r c u l ar  cap aci t an ce el ect r o d e S A   m o u n t ed   n ear  t h s u ct i o n  p u m p   h as  r e v e al ed  a s t ab l l i n e   i n  cap aci t an ce g r ap h  d u e t o  i t s  l o cat i o n .  T h e c o n cen t r at i o n   o n  t h at   s u b  s e c t i o n   ar ea r em ai n s  al m o s t  s a m e   du r i ng  t h e  e n t i r e  pe r i od of   w ood f l o w .   3)   A m o n g   t h e ci r cu l ar  el ect r o d e s ,   C A   h as   s h o w n   r el at i v el y   b i g g e r  c a p a c ita n c e   s e n s in g ; th a t is   d u e  to  its   l o cat i o n  n ear er  t o  b i o m as s  co n t ai n er .   A m o n g  t h s e m i ci r cu l a r   o ne s ,   S B   h as  s h o w n  l o w er  c ap aci t an ces  d u e   t o  o n ce ag ai n   l o cat i o n  r ea s o n  o n   h o r i zo n t al  s ect i o n s .   T h h o r i zo n t al l y   f l o w n   b i o m as s   m at er i al s  d o  n o t   s c a tte r  a nd  s p r e a d  o ve r  t he  s e ns i n g vo l u m e   unl i ke  ve r t i c a l l y   f l o w n b i o m a s s .  T he  p r e s s ur e  d r op  i s  d ue  t t w o  b e n t s  o n t he  p i p i n g s ys t e m ,  s ho w i ng a  s t a b l e  c o nc e nt r a t i o n o n t he   ho r i z o nt a l  p i p e ,   m a xi m u m   ne a r  t he   co n t ai n er  a n d  l o w   n ear  t h s u c t i on  pum p .           F i g ur e   4.  B a r  g r a ph  of   w ood f l o w  ov e r  on e   m i nu t e  ( 333gm / m i n )  ( a )  S e n s e d b y  C A  ( b)  S e n s e d b y  C B  ( c )   S en s ed  b y  S A  ( d )  S e n s ed  b y  S B ( e)  S en s ed  b y  S C  C ap aci t a n c e as  a f u n ct i o n  o f   w o o d  f l o w  ( 3 3 3 g r am s )  o v er   60 s e c on ds   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   5 3 1     5 41   536     (a )                                                                               (b )     F i g ur e  5 .   ( a)  V o l t ag e O u t p u t  a s  a f u n ct i o n  o f  co r n   f l o w  ( 6 0 0 g m / m i n ) ,  ( b )  C ap aci t an ce as  a  f u n ct i o n  o f  co r n   f l o w  ( 600gm / m i n )       T h e p eak s  a n d  d i p s  o f  cap aci t an ce  g r ap h s  i n  F i g ur e   5 ( b )  i n d i cat e t h at  t h e ci r c u l ar  el ect r o d es  s e n s ed   t he   c o n c e n tr a tio n   o f  c o r n  f lo w   m a te r ia ls   g iv i n g  a   st e a d y  r e s p o n se .  A   s i m i l ar  s et  o f  b ar  g r ap h s  ar e f o u n d  al s o   f o r c o rn  f l o u r [a s  i n  F i g ur e   6 (a - e )].       F i gu r e  6.    B ar  g r ap h  o f  co r n  f l o u r  f l o w  ( 6 0 0 g m / m i n )  f o r  ( a)  ci r cu l ar  el ect r o d e C A  ( b )  ci r cu l ar  el ect r o d e C B   (c )  s e m i ci r cu l ar  el ect r o d e S A   ( d )  s em i c i r cu l ar  el ect r o d e S B  ( e)  S em i - c i r cu l ar  el ect r o d e S C     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       No n - C ont ac t  C apac i t i v e  T e c h ni que  f or  B i om as s  F l ow  Se ns i ng ( R um ana T as ni m )   537   M o r eo v er ,   s i m u l at i o n   h as  b e en   car r i ed  o u t  t o   o b t ai n   o u t p u t   v o l t ag e   f o r   t h e   o b t ai n ed  c ap aci t an ces   s en s ed   b y  t h e s e n s i n g  el ect r o d es   an d   co m p ar ed   w i t h   t h e x p er i m e n t al l y   ac h i e v ed  o u t p u t  v o l t ag es   V o  as   f u n ct i o n  o f  d i f f er e n t  cap aci t a n ce ch a n g e s  i n   C x .  T h es e e x p er i m en t al  r es u l t s  ar e a s cen d ed  i n  T ab l e   2   w hi c h i s   ba s e d u pon   t h e   w ood f l o w   o f (3 3 3 g m / m i n ) f o r c i rc u l a r e l e c t ro d e  C A .  M o re o v e r,   P Sp i c e   s i m u la tio n  r e s u lt s   w i t h  eq u i v al e n t  cap aci t a n ce C x =C A =8 3 . 3 p F  i s  s h o w n   F i g ur e  7 .           F i gu r e  7.    P Sp i c e   S im u la tio n  r e s u lt s  f o r  C x = C A = 8 3 . 3 p F       F i g u r e 7  s h o w s  a s p eci f i v o l t ag e ( 8 . 9  v o l t s )  o b t ai n ed  f r o m   s i m u l at i o n  r es u l t  f o r  a d i s t i n ct i v e v al u e   o e x p er i m e n t al l y   s en s ed  cap a ci t an ce acr o s s   C A  ( C x )  el ect r o d e.  A   s et  o f   s i m u l at ed   v o l t ag es  ar f o u n d   f o r  t h c a pa c i t a n c e s  r a ng i ng  f r o m  78. 2 t 96. 2 ( a s  i n   T a bl e  2) .   A  s im ila r  r e la tio n s h ip   i s  obs e r v e d ( a s  i n   T a bl e   3)  f or   t h e   sa m e   w o o d  f l o w   se n s e d  b y  s e m i - c ir c u l a r  S A  ov e r  60  s e c on ds .  S i m ul a t i on i s  c a r r i e d ou t   u s i ng   P Sp i c e   fo r   t h e cap aci t an ce s  v ar y i n g   f r o m   6 0  t o  6 2 . 2   p F .       T a b le   2.    E x p er i m en t al  an d  s i m u l at ed  o u t p u t   v o l t ag e s  ar r an g ed  i n  as ce n d ed   m a n n er   f o r   w ood f l o w  s e n s e d b y  C A   C a p ac i t an ce ( p F)   V ol t a g e  i n  V o l t s  ( E x p er i m en t a l )   V o l ta g e   in  V o l ts   ( S i m u l a tio n )   7 8 . 2   8 .5   8 .3   7 8 . 2   8 .5   8 .3   8 1   8 .5   8 .5   8 3 . 3   8 .6   8 .9   8 5 . 1   8 . 6 5   9 .1   9 6 . 2   8 .8   1 0 . 1       T a b le   3.    E x p er i m en t al  an d  s i m u l at ed  o u t p u t   v o l t ag e s  ar r an g ed  i n  as ce n d ed   m a n n er   f o r   w ood f l o w  s e n s e d b y  S A   C a p ac i t an ce ( p F)   V o lt a g e  i n  V o lt s  ( E x p e r i m e n ta l)   V o l ta g e   in  V o l ts   ( S i m u l a tio n )   6 0   9 .1   6 .2   6 1 . 4   9 .1   6 .4   6 1 . 4   9 . 1 5   6 .4   6 1 . 5   9 .1   6 .4   6 1 . 5   9 .1   6 .4   6 2 . 2   9 .2   6 .6           F i gu r e  8.   ( a )  E x pe r i m e n t a l  a nd S i m u l a t i on  V ol t a g e   f or   w ood f l o w   s e ns e d by   C A ,  ( b)  E x pe r i m e nt a l  a n S i m u la tio n  V o lta g e   f o r   w o o d  f lo w  s e n s e d  b y  S A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   5 3 1     5 41   538   F ig u r e  8 ( a )  illu s tr a te s  t h a s i m u la tio n  a n d  e x p e r i m e n ta l r e s u lt s  li n e a r l y   v a r y  i n  th e  la r g e r  p a r t o f   cap aci t an ce s en s i n g A   s i m ila r  r e la tio n s h ip   h as  b een  o b s er v ed  f o r  t h s am e  am o u n t   of   w ood  bi om a s s   f l o w   ( 333g m / m i n )  s e ns e d b y  t h e   s e m i - ci r c u l ar  el ect r o d e S A  o v er  6 0  s eco n d s  o f  t i m e.  F i g u r e 8 b )  i l l u s t r at es   s i m u la t io n  a n d  e x p e r i m e n ta o u tp u v o lta g e s   w h ic h   m a in ta i n e d  s i m ila r  li ne a r   va r i a t i o n i n  o ut p ut   vo l t a ge s .  I n   cas e o f  ci r cu l ar   el ect r o d es ,   t h e d i f f er e n ce i n  t h v o l t ag e o u t p u t  i s   n o t  o b s er v ed  t o  b e as  l ar g e as  s e m i ci r c u l ar   o ne .   Al s o ,   ci r cu l ar  el ect r o d es  s h o w ed  b et t er  co n f o r m i t y   b u t  l eas t  s e n s i t i v i t y  b et w een  t h s i m u l a t ed  an d   e xp e r i m e nt e d  o ut p ut  vo l t a ge s ,   unl i ke   s e m i ci r cu l ar  o n es .  C a p aci t an ce v al u es  s e n s ed  f o r  f i n e co r n  f l o u r ,  o n ce   ag ai n  t h e s i m u l at i o n  r es u l t s  ar e o b t ai n ed .           F i g ur e   9.    P Sp i c e   s im u la tio n  r e s u lt  f o r  C x = 9 1 . 6 p F       F i gu r e  9 s ugg e s t s  a  s pe c i f i c  vol t a g e  of  9. 8 v ol t s   f r o m  s i m u l at i o n  r es u l t  f o r  a d i s t i n ct i v e c ap aci t an ce   v al u e o f  9 1 . 6 p F .  A cco r d i n g l y ,  a s et  o f  s i m u l a t ed  v o l t ag e s  ar e r eco r d e d  f o r  cap aci t an ces  r an g i n g  f r o m  9 0 . 3  t o   93. 8 pF  a s  s h o w n   i n T a bl e  4.  T h i s  t a bul a t e d da t a   f or  e x pe r i m e n t a l  a n d s i m u l a t i on  a n d e x pe r i m e n ta l r e s u l ts   ba s e d on  n on - u ni f o r m  c o r f l o ur  f l o w  ( 6 0 0 g/ m i n)  u s i ng c i r c ul a r  e l e c t r o d e  C A  i s  a s  s ho w i n F i g ur e   10.       T a b le   4.    E x pe r i m e nt a l  a n d s i m ul a t e d ou t pu t   v ol t a g e s  a r r a ng e d i n  a s c e n de m a n n e r  ( f or  c or n  f l ou r   f l o w   s e ns e d by   C A )   C a p ac i t an ce ( p F)   V ol t a g e   i n  V o lt s  ( E x p e r i m e n ta l)   V o l ta g e   in  V o l ts   ( S i m u l a tio n )   9 0 . 3   8 .8   9 .6   9 0 . 5   8 .9   9 .6   9 0 . 7   8 . 9 5   9 .7   9 1 . 4   9   9 .7   9 1 . 6   9 .2   9 .8   9 3 . 8   9 .5   1 0 . 1           F i gu r e  10.    E x p e r im e n ta l a n d  S i m u la tio n  V o lta g e   f o r  c o r n  f l o u r  f lo w  a c r o s s  C A       F ig u r e   1 0   illu s tr a te s   a   s i m ila r   p a tte r n   o f   s i m u la te d   a n d   e x p e r i m e n ta r e s u lts   o b ta i n e d   w it h   s i m ila r   v a r ia tio n  s lo p e  in  o u tp u v o lta g e s ,  o n c e  a g a in  t h e  s i m u la tio n  d a ta  s h o w e d  b e tte r  s e n s iti v it y  in  c a s e  o f  c ir c u la r   el ect r o d es .   A s  a  co n t i n u a t i o n   o f   t h p r e vi o us l r e p o r t e d   r e s ul t ,   s i m u l at i o n   r es u l t s   o b t ai n ed   f o r   cap aci t an c e   s en s ed  b y   S A  an d  ex p er i m en t al  r es u l t s  ar e n o t ed  i n  T ab l e 5 ,  t h e r es u l t s  ar e p l o t t ed  i n  F i g u r e1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       No n - C ont ac t  C apac i t i v e  T e c h ni que  f or  B i om as s  F l ow  Se ns i ng ( R um ana T as ni m )   539   T a b le   5.    E x p er i m en t al  an d  s i m u l at ed  o u t p u t   v o l t ag e s  ar r an g ed  i n  as ce n d ed   m a n n er  ( f o r   c o r n  fl ou r   f l o w   s e ns e d b y  S A )   C a p ac i t an ce ( p F)   V o lt a g e  i n  V o lt s  ( E x p e r i m e n ta l)   V o l ta g e   in  V o l ts   ( S i m u l a tio n )   8 0   9 .1   8 .5   8 0 . 1   9 .2   8 .5   8 0 . 1   9 .2   8 .5   8 0 . 3   9 .2   8 .6   8 0 . 6   9 .4   8 .7   8 0 . 8   9 .5   8 .8           F i g ur e   11.    E xp e r i m e nt a l  a nd  S i m ul a t i o n V o l t a ge   f o r  c o r n f l o ur   f l o w  a c r o ss  S A         I n  te r m  o f  c o n s is te n c y  b e t w e e n  e x p e r i m e n ta l a n d  s i m u la ti o n  r e s u lt s ,  F ig ur e   11 h a s  s h ow n be t t e r   c o ns i s t e nc y f o r  s e m i - ci r cu l ar  el ect r o d es  t h an  t h at  o f  ci r c u l ar  el ect r o d es .   T h cap aci t i v m ea s u r e m en t   o f   b i o m as s   co n ce n t r at i o n   o b t ai n s   s o l i d   p ha s e   c o nc e nt r a t i o b m eas u r i n g  t h e cap aci t an ce o f  cap aci t i v e s en s o r  b as ed  o n  t h e es t ab l i s h ed  r el at i o n s h i p  b et w ee n  s o l i d  p h as co n cen t r at i o n  an d   m ea s u r e m e n t  cap aci t an ce ( C x ) .     = ( ) / ( )           (2 )     W h er e,   = B i om a s s  ( s ol i d ph a s e )   c on c e n tr a tio n ,   = B i om a s s  ( s ol i d ph a s e )  de ns i t y     = B io m a s s  ( s o lid  p h a s e )  p e r m it tiv it y   = A ir  ( g a s  p h a s e )  p e r m it tiv it y     =ad d r es s ed  b y  s t r u c t u r e a n d  d i m e n s i o n  o f  cap aci t an ce  s en s o r  p l at es   ( C x ) = M eas u r e m en t  cap aci t an ce ( C x )   F ro m  E q u a tio n   (1 ),     3 2 =    1   ( 0 )    1   =    1   0 3 2   =  1   0 3 2  1       A n d  f r o E qu a t i on  2,     ρ = ρ s   ( C x k g ) / k ( s g )     ρ = ρ s C 0 V o R 3 R 2 j ω v R fo R f1   k g k ( g )         (3 )     S o ,  b i o m as s  co n cen t r at i o n  i s   d er i v ed   w i t h  r es p ect  t o   m eas u r ed  cap aci t an ce an d  v o l t ag e  o u t p u t  i n   eq u at i o n  3 .  T h i s  h as  es t ab l i s h ed  a co r r es p o n d en ce r el at i o n s h i p  b et w ee n  b i o m as s  co n cen t r at i o n s   w i t h  b i o m as s   a n d  a ir  p h a s e  d e n s it y ,  d ie le c tr ic  p e r m itti v it y  o f  te s t  b i o m a s s   m at er i al s  as   w el l  t h e p h y s i cal  ch ar act er i s t i c s  an d   s t r u ct u r e o f  t h e cap aci t i v e el ec t r o d e.   T h e ex p er i m e n t al  r es u l t s  h a v e s h o w n  l i k e w i s e b eh av i o u r .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i ,   V o l.   11 , N o .   2 A ug us t  2018   :   5 3 1     5 41   540   6.   D I SC U SSI O N   T o  r eal i ze t h e s en s i n g   be h a vi or   o f  d if f e r e n t b io m a s s  te s m a t e r ia ls  t h is   w o r k   h a s  b e e n   car r i ed  o u t  b y   t u n i n g  t h e f i n d i n g s  t o  ach i e v t h e r es ear ch  o b j ect i v es .  T h e d ev el o p ed  p i p i n g  s y s t e m ,  el ect r o d es  an d  i t s  ci r cu i t   is   cap ab l e o f  d et ect i n g   v er y  s m al l  cap aci t a n ce v ar i at i o n s   w h i l m i n i m i zi n g  o r  o f f s et t i n g   t h e e f f ect  o f  s t r a y   an d  r es i d u al  cap aci t a nc e s  d ur i ng  f l o w .  T he  o ve r a l l  r e s ul t s  s h o w n p r o ve  t he   va l i d i t y o f  t he   c i r c ui t  t o  b e  us e d  i n   r eal   t i m f l o w   m eas u r e m e n t   s ch e m e   w he c o nne c t e d   t o   a   pr o gr a m m a b l e   d a t a   p r oc e s s i ng  uni t   i a   P r o g r am m ab l e L o g i c C o n t r o l l er  ( P L C ) - ba s e d e nv i r onm e n t .     T h e s ect i o n  cl o s t o  t h e b i o m as s  co n t ai n er   s h o w ed   l ar g e r  co n cen t r at i o n  v al u e s   ( b o t h   i n  t er m s  o f   cap aci t an ce an d  v o l t a g e s e n s e d )  t h an  t h e r e m ai n i n g  p ar t s  o f   t h e s y s t e m .  T h e s ect i o n  cl o s e t o  t h e s u ct i o n  p u m p   s ho w   s te a d y  b u l e ss   v al u es   o f  o u t p u t  v o l t a g e an d  cap aci t an ce ch a nge s .  T he  p hys i c a l   p r o p e r t i e s   o f  f i ne   p ar t i cl e co r n  ar e  co m p ar at i v el y  d i f f er en t  f r o m   w o o d  t h at  i n f l u en ce s  t h m ea s u r e m e n t   m a d e as  b et t er  s t ead y   o ut p ut .     S i nc e  t he  ga l va ni z e d  i r o n  s e m i - c ir c u la r  e le c tr o d e s  h a v e  b e tte r  c o n d u c ti v it y   th a n   th a t  o f   m ild   s te e l   ci r cu l ar  o n es ,   s e n s i t i v i t y   h a v b een  p r o v en  t o  b e b et t er  i n  ca s e o f   s e m i ci r cu l ar  o n es .  S o m e  v al i d  co m p ar i s o n s   h av e  b een   m ad e b et w ee n  t h e   cap aci t an ce s e n s ed  an d   v o l t a g e v al u es  i n  t er m  o f  s i m u l at i o n  a n d  ex p er i m en t s .   T he  e xp e r i m e nt a l  a nd  s i m ul a t e d  vo l t a ge s  s u gg e s t   t ha t   t h e  s e mi - ci r cu l ar  el ect r o d es  s h o w   b et t er  s en s i t i v i t y  i n   cas e o f  t h e b i o m a s s   f l o w   w h i l m ai n t ai n i n g  a  g en er al  co n s i s t e n c y  o v er  t h g i v e n  r a n g e o f   m eas u r e m e n t .   S i m ul a t i o n a nd  e xp e r i m e nt a l   c o ns i s t e nc ha s   b ee n  p r o v en   t o  b e r el at i v el y   m o r e l i n ear  o v er   s m al l  cap aci t i v e   v ar i at i o n   f o r  s e m i c i r cu l ar  el ec t r o d e r at h er  t h an  ci r cu l ar  o n e s .         7.   CO NCL U S I O N   I o r d e r   t c a r r y   o ut   f l o w   s e ns i n a nd   m e a s ur e m e nt   o f   b i o m a s s   i a i nd u s t r i a l   e nvi r o n m e nt ,   t he   r es u l t s  o f  t h i s  r es ear ch   w o r k   h as   p r o v e n  th e  u tilit y  b y  s e tti n g   u p a  pr ot ot y pe  e x pe r i m e n t a l   s e t u p.  F or   r eal - t i me   f l o w   m e a s u r e m e n t ,  pr opos e s e ns i ng  t e c h ni qu e  c a n  be  c onn e c t e w i t h  da t a  pr oc e s s i ng   un i t   f r o m   w he r e  t h e   p l an t  o p er at o r s  can  p r o v i d u s ef u l  d at a t o  e n h an ce  f l o w  co n t r o l  s y s t e m  p er f o r m a n ce.  T h e r es u l t s   h a v e s h o wn   d i s t i n ct i v e f ea t u r es  b as ed  o n  s h ap es  an d  p h y s i cal  c h ar act er i s t i cs  o f  t h e el ect r o d es  i n  u s e,  l o cat i o n s  o f  t h e   m o u n te d  e le c tr o d e s  o n  te s t p ip e  a n d  d ie le c tr ic  p e r m itti v i t y  o f  b io m a s s   m a te r ia l s .  R e s u lts   f r o m  th e  te s ts   co n d u ct ed  ag r ee t h at   t h e ap p r o ach   w i t h   m eas u r e m e n t  c i r cu i t  an d  d i s s i m i l ar  el ect r o d es  h a v w o r k ed  o u t  v er y   w el l   w i t h  t h e d et ect i o n  o f   f l o w   v ar i at i o n   i n   v er y  s m al l  c ap aci t an ce ch a n g es .   F u r t h er ,   t h e t w o  t y p es   h a v e   s ho w n  c o n s i s t e nt  r e s ul t s  b e t w e e s i m ul a t i o n a nd  e xp e r i m e n t a l  va l i d a t i o n.   F o r  f ur t he r   r es ear ch  p r o g r es s ,   t h e   w hol e  s y s t e m   n e e ds  t o be  t e s t e d u s i n g  a  pr ope r l y  de v e l ope m e a s u r e m e n t  be d,  c onn e c t e d t o a  da t a  pr oc e s s i ng  uni t  i n t he   S C AD A - b a s e d  in d u s tr ia l e n v ir o n m e n t .       ACK NO W L E D G M E NT   F i n a n ci al  a s s i s t a n ce f o r  t h i s  r es ear ch  b y  t h e  I I U M  R e s ear ch   Ma n ag e m e n t   C en t er  ( R M C )  v i R I G S   Gr a n t  No  R I GS  1 5 - 147 - 0147 i s  h i g hl y  a c k n o w l e d g e d.       R EF ER EN C ES   [1   H e p i ng C ui  &  J ohn R .  G r a c e   ( 2 00 6)   P ne um a t i c  c onv e yi n g of  b i om a s s   p a r t i c l e s :   a   r e v i e w ,   C hi na P ar t i c uol ogy   V o l 4 ,  N o s . 3 - 4,  18 3 - 1 88.     [2   X i a ngc he n Q i a n &   Y ong Y a n.  ( 2 01 2 ,  M a y ) .  F l ow  M e a s u r e m e nt  of   B i om a s s   a nd B l e nde d B i o m a s s  F ue l s  i n   P ne um a t i c  C on v e y i n g P i p e l i ne s   U s i ng E l e c t r os t a t i c  S e ns or - A rra y s .   I E E E  T r a ns ac t i ons   on  I ns t r um e nt at i o n a nd   M ea s u r em en t ,   61 ( 5 ) ,   p p.  13 43 -   13 5 2.   [3   B e r a ,   S .   C . ,  &  M a nda l ,   H . ,  ( 20 12 ,  S e p t e m b e r ) .  A  F l ow  M e a s ur e m e nt  T e c hni q ue  U s i ng a  N onc ont a c t  C a p a c i t a nc e - T y p e   O r i f i c e  T r a ns duc e r  f o r  a  C on duc t i ng L i q ui d.   I E E E  T r ans ac t i ons  o n I ns t r um e n t at i on  an d M e as ur e m e nt ,   vol .   61,  N O .  9,  2 55 3   [4   L u c a s J ., H o l e , S ., & B a t i s , C ( 2 0 0 6 ) . A n a l y t i c a l  C a p a c i t iv e   S e n s o r  S e n s itiv it y   D is tr ib u tio n  a n d  A p p lic a tio n .   M ea s u r em en t  S ci en ce a n d  T ech n o l o g y,   17 ,  p p.   24 67 - 24 78 .   [5   Z a n g l , H ., B r e t t e r k l i e b e r , T .,  &  H o l l e r , G . ( 2 0 0 8 ) .   O n t he  D e s i gn  of  a F ul l y  D i f f e r e nt i al  C ap ac i t i v e  Se ns or  F r ont - E nd I nt e r f ac e  C i r c ui t .   M i cr o el ec t r oni c s  C onf e r e nc e  M E 2 00 8,  pp.  132   [6   B r e t t e r k l i e b e r , T ., Z a n g l , H ., H r a c h , D ., H o l l e r , G ., H a m m e r s c h m i d t , D ., & M o t z , M . ( 2 0 0 8 ) .V e r s a t i l e   P r ogr a m m a b l e  I nt e gr a t e d I nt e r f a c e  f or  R ob u s t  C a pa c i t i v e   S e ns or s .   E l e k t r ot e c hni k  a nd I nf or m at i o ns t e c hni k ,   12 5  ( 4) ,   pp. 12 3 - 1 28.   [7   B r e t t e r k l i e b e r , T . , Z a n g l , H ., M o t z , M . & We r t h , T ( 2 0 0 8 ) . V e r s at i l e  Se ns or  F r o nt  E nd f or  L ow -   D e pt h M o dul at i on   C apac i t i v e  Se ns or s .   I E E E  I nt e r na t i ona l  I ns t r um e nt a t i on a nd M e a s u r e m e nt  T e c hn ol o g y  C onf e r e nc e ,   p p .   8 30 - 835 .   [8   Y a n , Y ., &  R e e d , A .R . ( 1 9 9 9 ) E x p e r i m e nt a l  e v a l ua t i on of  c a pa c i t a nc e  t r a n s duc e r s   f or  v ol u m e t r i c  c onc e nt r a t i on  m e a s ur e m e nt  of  p a r t i c ul a t e   s ol i ds .   F l ow  M e as ur e m e nt  a nd I ns t r um e nt at i on ,  pp . 45 4 9.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.