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《浙江大学》 2010年
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电容耦合式非接触电导测量系统优化设计

姜娓娓  
【摘要】:液相体系广泛存在于工业生产和科学研究中,作为液体的基本物理参数之一,电导率不仅可以反映液体的导电能力,而且可以反映液体各成分的浓度等其他重要信息,因此研究液体电导率的测量具有非常重要的意义。 电容耦合式非接触电导测量方法(capacitively coupled contactless conductivity detection, C4D)是一种重要的非接触式电导测量方法,具有非接触、结构简单、鲁棒性好等优点。但是,作为一种相对较新的测量方法,目前主要用于实验室分析,系统的使用环境较好,并且管道尺寸主要限于毛细管道尺度下。针对这种情况,本文基于该新技术,寻求可以用于常规工业领域的C4D系统,初步针对具有更广泛应用范围的毫米级管道进行研究。本文首先对系统传感器几何尺寸对测量性能的影响进行分析,然后,分析了屏蔽罩的影响,最后,利用得到的规律选择传感器参数,构建大口径(毫米级管道)C4D测量装置。本文的主要工作如下: (1)搭建一套C4D测量装置,该套装置由激励电压源、C4D传感器、信号处理电路、数据采集模块和计算机五部分组成,可以方便地实现对实验数据的采集、记录和显示。同时,利用仿真软件COMSOL Multiphysics和Matlab编写了有限元仿真程序。 (2)研究电极长度变化对C4D系统性能的影响。对多种毫米级管道仿真和实验结果进行了研究和分析,研究表明,增大电极长度对于提高检测系统性能是有利的。系统存在有效的电极长度,在有效电极长度范围内,系统灵敏度与电极长度为单调关系,电极长度越长,灵敏度越高;在有效电极长度范围外,系统灵敏度基本保持不变。 (3)研究电极间距变化对C4D系统性能的影响。对多种毫米级管道仿真和实验结果进行了研究和分析,研究表明,电极间距变小,系统输出电流值变大,灵敏度提高,但是灵敏度曲线变陡,并且随着溶液浓度的变大而较快趋于零,系统的测量范围变窄。 (4)研究屏蔽罩对C4D系统性能的影响。通过理论分析和多条毫米管道的实验验证,证实了在C4D系统中,通过引入接地屏蔽罩可以有效地消除激励电极与检测电极通过空气耦合形成的杂散电容的影响,对于检测系统是有利的。 (5)根据上面得到的规律,选择了传感器参数,设计研制了传感器并进行实验效果测试。通过测试表明,研制的大口径的传感器的性能基本达到了现有文献报道的水平,传感器的研制是成功的。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM934.16

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