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工程电导测试技术及应用研究

刘铁军  
【摘要】:含液多相物系的电导率是其基本物理特性之一,其测量值通常与物系各种内部特性相关联,因而电导测试技术一直是研究含液物系内部特性的重要手段。虽然电导测试技术已得到广泛深入的研究,但科研和生产实践中含液物系是复杂多样的,必须研究具有针对性的测量方法才能在电导率及其分布测量中提高测量精度。 在单点电导率测量方面,存在含液物系的电导/电导率测量值与测量时的传感器激励信号频率相关,而常规仪表信号源频率固定、对测量对象适应能力较弱的问题。针对此问题,本文提出了变频率电导测量方法并研制了工作频率连续可调的新型电导测量装置。该装置采用锁定放大器结构,整体电路结构紧凑、性能稳定,可满足在0-1.25MHz范围内对含液物系的电导(率)进行准确测量的需要。 在电导率分布测量方面,本文针对电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography, ERT)系统数据采集速度较慢、图像重建算法综合性能不能满足工业应用要求的问题,研制了高速ERT数据采集系统并借鉴电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography, ECT)领域的科研成果提出了新的成像算法,提高了ERT系统的整体性能。 本文的主要工作和创新点如下: (1)针对含液物系的电导测量值依赖于电导测量装置传感器激励信号频率的问题,提出了一种变频率电导测量方法并根据此方法研制了工作频率可调的电导测量装置,解决了现有激励信号频率固定的电导仪表对测量对象适应能力较弱的问题。变频率电导测量电路需要处理频率在一定范围内变化的小信号,采用常规信号调理电路结构复杂、不易保证性能。所设计的测量装置整体上采用锁定放大器结构,电路结构大为简化。采用直接数字合成(DDS)集成电路实现0-1.25MHz的交流信号源,频率和相位均可精确调整,为测量装置的核心电路一锁定放大器稳定工作提供了保证,实现了0-1.25MHz频率范围内溶液电导的准确测量。


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