基于C4D技術(shù)的流體參數(shù)測(cè)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(xiàng)目，對(duì)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(xiàng)基本的物性參數(shù)和流程控制手段，基于電導(dǎo)率測(cè)量的流體參數(shù)檢測(cè)方法是一種有效的流體參數(shù)檢測(cè)方法。但是當(dāng)前的電導(dǎo)率的測(cè)量方法主要是接觸式測(cè)量方法，存在電極極化、電化學(xué)腐蝕等缺點(diǎn)。電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測(cè)(CapacitivelyCoupledContactlessConductivityDetection，簡(jiǎn)寫為C4D)技術(shù)是一種新型的檢測(cè)技

2、術(shù)，具有非接觸、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前C4D技術(shù)的應(yīng)用主要為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用還鮮有文獻(xiàn)報(bào)道，且C4D技術(shù)在毫米級(jí)管道的流體參數(shù)檢測(cè)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(cè)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(chǎng)流體電導(dǎo)率檢測(cè)的C4D測(cè)量新方法;2）探索研究一種基于C4D技術(shù)的毫米級(jí)管道的流體流量測(cè)量新方法。主要工作如下:
　　(1)本文對(duì)C4D技術(shù)在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)

3、場(chǎng)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(cè)的浮置電壓的影響，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響以及實(shí)現(xiàn)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)金屬管道的連接困難等問題）。針對(duì)這些問題設(shè)計(jì)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(jì)思路。
　　(2)基于所提出的工業(yè)應(yīng)用的C4D系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)研發(fā)一種適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流體電導(dǎo)率在線測(cè)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(shí)現(xiàn)

4、更大管徑的電導(dǎo)率測(cè)量。特殊設(shè)計(jì)的屏蔽結(jié)構(gòu)可以克服雜散電容對(duì)測(cè)量的不利影響，有效隔離工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)浮置電壓對(duì)測(cè)量的不利影響，同時(shí)可以成功實(shí)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(cè)量實(shí)驗(yàn)，最大相對(duì)偏差均小于4.2％，實(shí)現(xiàn)了在接近10mm管徑的管道下電導(dǎo)率的有效測(cè)量，結(jié)果表明所提出的流體電導(dǎo)率測(cè)量方法是成功的。在電導(dǎo)率測(cè)量實(shí)驗(yàn)的過程中，對(duì)工業(yè)應(yīng)用的新型C4D系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種電導(dǎo)率測(cè)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(chǎng)的電導(dǎo)率檢測(cè)，為基于C4D的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電導(dǎo)率檢測(cè)提供了有效借鑒。
　　(3)提出一種基于C4D技術(shù)的毫米級(jí)管道的流量測(cè)量新方法，該方法利用四個(gè)電子開關(guān)成對(duì)的交互閉合的方法，分別獲得獨(dú)立的流體電導(dǎo)信號(hào)。對(duì)得到的電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，獲得流體的流速，進(jìn)而獲得流量。兩對(duì)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(shí)現(xiàn)上下游電導(dǎo)傳感器相互獨(dú)立，同時(shí)在三個(gè)電極上分別串聯(lián)一個(gè)可以獨(dú)立調(diào)整電

6、感模塊，實(shí)現(xiàn)分別抵消管道內(nèi)導(dǎo)電流體、絕緣測(cè)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(jí)管道流量測(cè)量系統(tǒng)。系統(tǒng)由C4D傳感器、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相關(guān)流量測(cè)量模塊構(gòu)成。作為初步研究，本文分別對(duì)內(nèi)徑為3.2mm和5.4mm的管道進(jìn)行流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)。兩組流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的相對(duì)偏差均小于10％，證明了提出的基于C4D技術(shù)的毫米級(jí)管道流量測(cè)量方法是可行的和有效的。