電容耦合式非接觸電導測量系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、液相體系廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中，作為液體的基本物理參數(shù)之一，電導率不僅可以反映液體的導電能力，而且可以反映液體各成分的濃度等其他重要信息，因此研究液體電導率的測量具有非常重要的意義。
　　 電容耦合式非接觸電導測量方法(C4D)是一種重要的非接觸式電導測量方法，具有非接觸、結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好等優(yōu)點。但是，作為一種相對較新的測量方法，目前主要用于實驗室分析，系統(tǒng)的使用環(huán)境較好，并且管道尺寸主要限于毛細管道尺度下。針對這種情

2、況，本文基于該新技術(shù)，尋求可以用于常規(guī)工業(yè)領(lǐng)域的C4D系統(tǒng)，初步針對具有更廣泛應(yīng)用范圍的毫米級管道進行研究。本文首先對系統(tǒng)傳感器幾何尺寸對測量性能的影響進行分析，然后，分析了屏蔽罩的影響，最后，利用得到的規(guī)律選擇傳感器參數(shù)，構(gòu)建大口徑(毫米級管道)C4D測量裝置。本文的主要工作如下：
　　 (1)搭建一套C4D測量裝置，該套裝置由激勵電壓源、C4D傳感器、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集模塊和計算機五部分組成，可以方便地實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)的采

3、集、記錄和顯示。同時，利用仿真軟件COMSOL Multiphysics和Matlab編寫了有限元仿真程序。
　　 (2)研究電極長度變化對C4D系統(tǒng)性能的影響。對多種毫米級管道仿真和實驗結(jié)果進行了研究和分析，研究表明，增大電極長度對于提高檢測系統(tǒng)性能是有利的。系統(tǒng)存在有效的電極長度，在有效電極長度范圍內(nèi)，系統(tǒng)靈敏度與電極長度為單調(diào)關(guān)系，電極長度越長，靈敏度越高；在有效電極長度范圍外，系統(tǒng)靈敏度基本保持不變。
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4、)研究電極間距變化對C4D系統(tǒng)性能的影響。對多種毫米級管道仿真和實驗結(jié)果進行了研究和分析，研究表明，電極間距變小，系統(tǒng)輸出電流值變大，靈敏度提高，但是靈敏度曲線變陡，并且隨著溶液濃度的變大而較快趨于零，系統(tǒng)的測量范圍變窄。
　　 (4)研究屏蔽罩對C4D系統(tǒng)性能的影響。通過理論分析和多條毫米管道的實驗驗證，證實了在C4D系統(tǒng)中，通過引入接地屏蔽罩可以有效地消除激勵電極與檢測電極通過空氣耦合形成的雜散電容的影響，對于檢測系統(tǒng)是有利