基于虛擬電感的新型C4D傳感器設(shè)計及其應(yīng)用.pdf

1、電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量(C4D)技術(shù)是一種新型的電導(dǎo)測量技術(shù)，具有非接觸、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，能夠避免接觸式電導(dǎo)測量技術(shù)中電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題。然而，傳感器中的耦合電容限制了傳感器的檢測范圍和靈敏度，因此目前該技術(shù)的研究工作主要局限于毛細管尺度下的分析化學(xué)等領(lǐng)域。本課題組提出了基于串聯(lián)諧振的C4D方法，能夠有效的消除耦合電容的影響并成功應(yīng)用于毫米級管道，然而所使用的普通電感存在一系列缺點，如:電感量調(diào)節(jié)不易，內(nèi)阻較大，體積較大，不易

2、于小型化、集成化等。虛擬電感技術(shù)是一種利用有源器件、電阻和電容等實現(xiàn)電感功能的技術(shù)，能夠有效地克服普通電感的一系列缺點。
　　有鑒于此，本文將虛擬電感技術(shù)引入到C4D領(lǐng)域，以期望開發(fā)一種基于虛擬電感的新型C4D傳感器。本文的主要工作概括如下:
　　(1)在Riordan電路的基礎(chǔ)上，研發(fā)一種適用于C4D傳感器的新型虛擬電感。電感性能測試實驗表明，與普通電感相比，設(shè)計的虛擬電感具有內(nèi)阻小、電感量可以較大范圍調(diào)節(jié)以及易于集成等優(yōu)

3、點。
　　(2)將新設(shè)計的虛擬電感引入C4D傳感器中，設(shè)計一種基于虛擬電感的新型C4D傳感器。在五種不同內(nèi)徑(0.3 mm、0.5 mm、0.9mm、1.8 mm、3.0 mm)的絕緣管道下進行了電導(dǎo)率測量實驗。實驗結(jié)果表明，與商業(yè)化的電導(dǎo)率測量儀相比，最大相對偏差均小于5％。與基于串聯(lián)諧振C4D傳感器相比，設(shè)計的新型C4D傳感器的諧振頻率調(diào)節(jié)自由，易于實現(xiàn)電導(dǎo)率測量，并且降低了對激勵信號源的要求，另外，C4D傳感器的小型化、集成

4、化也較容易實現(xiàn)。
　　(3)將設(shè)計的基于虛擬電感的新型C4D傳感器應(yīng)用于氣液兩相流段塞流參數(shù)測量中，對段塞流流速、氣塞長度以及相含率進行了測量。實驗分別在內(nèi)徑為1.8 mm以及3.0mm的管道內(nèi)進行，實驗結(jié)果表明，流速測量的最大相對偏差均小于5％，氣塞長度測量的最大相對偏差小于10％，相含率測量的最大絕對偏差均小于10％。
　　本文的研究驗證了虛擬電感在C4D傳感器領(lǐng)域應(yīng)用的有效性，為將來C4D傳感器的小型化和集成化奠定了一