基于虛擬電感的新型C4D傳感器設計及其應用.pdf

1、電容耦合式非接觸電導測量(C4D)技術是一種新型的電導測量技術，具有非接觸、結構簡單等優(yōu)點，能夠避免接觸式電導測量技術中電極極化和電化學腐蝕等問題。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，因此目前該技術的研究工作主要局限于毛細管尺度下的分析化學等領域。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，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引入到C4D領域，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，設計的虛擬電感具有內(nèi)阻小、電感量可以較大范圍調節(jié)以及易于集成等優(yōu)

3、點。
　　(2)將新設計的虛擬電感引入C4D傳感器中，設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率測量實驗。實驗結果表明，與商業(yè)化的電導率測量儀相比，最大相對偏差均小于5％。與基于串聯(lián)諧振C4D傳感器相比，設計的新型C4D傳感器的諧振頻率調節(jié)自由，易于實現(xiàn)電導率測量，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)將設計的基于虛擬電感的新型C4D傳感器應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傳感器領域應用的有效性，為將來C4D傳感器的小型化和集成化奠定了一