基于C4D技術(shù)的流體參數(shù)測量新方法研究.pdf

1、流體有廣泛的工業(yè)應(yīng)用，涉及大量的研究項目，對化工，石油，冶金，能源等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義。電導(dǎo)率是一項基本的物性參數(shù)和流程控制手段，基于電導(dǎo)率測量的流體參數(shù)檢測方法是一種有效的流體參數(shù)檢測方法。但是當(dāng)前的電導(dǎo)率的測量方法主要是接觸式測量方法，存在電極極化、電化學(xué)腐蝕等缺點。電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測(CapacitivelyCoupledContactlessConductivityDetection，簡寫為C4D)技術(shù)是一種新型的檢測技

2、術(shù)，具有非接觸、結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)等優(yōu)點。然而，目前C4D技術(shù)的應(yīng)用主要為實驗室環(huán)境下，實際工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用還鮮有文獻(xiàn)報道，且C4D技術(shù)在毫米級管道的流體參數(shù)檢測方面的應(yīng)用還比較少。因此本文的研究主要圍繞C4D技術(shù)在流體參數(shù)檢測方面的應(yīng)用，主要包括兩方面的內(nèi)容:1）研究一種適用于工業(yè)現(xiàn)場流體電導(dǎo)率檢測的C4D測量新方法;2）探索研究一種基于C4D技術(shù)的毫米級管道的流體流量測量新方法。主要工作如下:
　　(1)本文對C4D技術(shù)在實際工業(yè)現(xiàn)

3、場的應(yīng)用過程中可能存在的問題進(jìn)行詳細(xì)的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了一些至今未被解決的問題（如管道中存在的不穩(wěn)定和不可預(yù)測的浮置電壓的影響，工業(yè)現(xiàn)場干擾的影響以及實現(xiàn)與工業(yè)現(xiàn)場金屬管道的連接困難等問題）。針對這些問題設(shè)計了相應(yīng)的解決策略，從而提出了一種工業(yè)應(yīng)用的C4D系統(tǒng)的設(shè)計思路。
　　(2)基于所提出的工業(yè)應(yīng)用的C4D系統(tǒng)的設(shè)計思路，設(shè)計研發(fā)一種適用于工業(yè)現(xiàn)場流體電導(dǎo)率在線測量的C4D系統(tǒng)。利用串聯(lián)諧振原理有效克服耦合電容的不利影響，實現(xiàn)

4、更大管徑的電導(dǎo)率測量。特殊設(shè)計的屏蔽結(jié)構(gòu)可以克服雜散電容對測量的不利影響，有效隔離工業(yè)現(xiàn)場干擾和工業(yè)現(xiàn)場浮置電壓對測量的不利影響，同時可以成功實現(xiàn)與工業(yè)金屬管道的連接。分別在四種管徑的絕緣管道下進(jìn)行電導(dǎo)率測量實驗，最大相對偏差均小于4.2％，實現(xiàn)了在接近10mm管徑的管道下電導(dǎo)率的有效測量，結(jié)果表明所提出的流體電導(dǎo)率測量方法是成功的。在電導(dǎo)率測量實驗的過程中，對工業(yè)應(yīng)用的新型C4D系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行實驗驗證，實驗結(jié)果表明這種電導(dǎo)率測量

5、方法的抗干擾性能是令人滿意的，能適用于工業(yè)現(xiàn)場的電導(dǎo)率檢測，為基于C4D的工業(yè)現(xiàn)場電導(dǎo)率檢測提供了有效借鑒。
　　(3)提出一種基于C4D技術(shù)的毫米級管道的流量測量新方法，該方法利用四個電子開關(guān)成對的交互閉合的方法，分別獲得獨立的流體電導(dǎo)信號。對得到的電導(dǎo)信號進(jìn)行互相關(guān)運算，獲得流體的流速，進(jìn)而獲得流量。兩對電子開關(guān)交互閉合消除了上下游C4D傳感器的耦合關(guān)系，實現(xiàn)上下游電導(dǎo)傳感器相互獨立，同時在三個電極上分別串聯(lián)一個可以獨立調(diào)整電

6、感模塊，實現(xiàn)分別抵消管道內(nèi)導(dǎo)電流體、絕緣測量管道和金屬電極形成的相應(yīng)耦合電容，有效提高系統(tǒng)的精確性和可調(diào)性。
　　(4)研制一套基于C4D技術(shù)的毫米級管道流量測量系統(tǒng)。系統(tǒng)由C4D傳感器、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相關(guān)流量測量模塊構(gòu)成。作為初步研究，本文分別對內(nèi)徑為3.2mm和5.4mm的管道進(jìn)行流量測量實驗。兩組流量測量實驗的相對偏差均小于10％，證明了提出的基于C4D技術(shù)的毫米級管道流量測量方法是可行的和有效的。