电容耦合非接触电导检测技术在流体检测中的应用研究

【摘要】电导率是流体的基本物理特性之一,其测量值通常与流体各种内部特性相关,因此电导测量技术一直是研究流体特性的重要手段。电容耦合非接触电导检测(CapacitivelyCoupledContactlessConductivityDetection,C4D)技术具有电极非接触、结构简单、鲁棒性好等特点,但目前仍处于发展初期,主要应用于分析化学领域,在过程工业和环境监测领域的应用研究还比较少见。本文对C4D技术在小管道、常规大管道中流体电导检测以及其在水质检测中的应用进行了研究,主要工作和创新点如下：(1)提出了基于相敏解调的C4D电导率检测方法,构建了两电极C4D小管道电导检测系统。首先,以KCl溶液单相流为测量对象进行实验。测试结果表明,相对于传统的C4D检测系统,本系统具有较好的分辨率和灵敏度,提高了电导率测量范围,同时也可以获得流体的更多信息。其次,以气液两相流为测量对象,获得了四种典型流型的电导率信号并提取了时域和频域的多个特征。实验结果表明,本系统测得的不同流型下的信号,其特征存在明显差异,能够有效地反映出气液两相流流型的变化特性。(2)提出了基于相敏解调的电容耦合式非接触电阻层析成像电阻并行测量方法,分析了并行测量模型,研究了电阻求解的新方法,获得了传感器场域的灵敏场分布,完成了硬件的制作、软件的编程及软硬件联调,实现了样机系统。测试结果表明,该系统可获得两相流电导率实时分布图像,数据采集速度可达120帧/秒,在保证具有较好的测量精度前提下,提高了系统的实时性。(3)针对地表水电导率测量传感器在野外恶劣环境中进行长期连续在线实时检测时遇到的问题,提出了基于C4D的地表水非接触电导率测量方法。研制了非接触式测量传感器,建立了一种采用串联谐振原理的新型检测系统。利用有限元仿真的方法建立了传感器的仿真模型,对传感器结构参数的优化进行了研究,并分析了该系统的抗杂质干扰能力。通过实验测试验证了该系统的可行性。与现有技术相比,该系统具有传感器结构简单、电极非接触和抗杂质干扰能力强等特点,能够明显减少野外电导率测量时传感器维护的工作量。
【作者】徐升继；
【导师】王保良；
【作者基本信息】浙江大学，检测技术与自动化装置，2013，硕士
【关键词】电容耦合；非接触；电导率；小管道；电阻层析成像；地表水；

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