电容式水膜厚度测量传感器的设计与实现

发布时间：2017-10-28 19:06

  本文关键词：电容式水膜厚度测量传感器的设计与实现

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【摘要】：水膜厚度是研究与分析降膜蒸发装置换热能力以及表征水膜表面波动状态的重要性能指标。随着降膜蒸发换热理论的深入研究,水膜厚度通常达到微米级。因此对于水膜厚度的检测方法要具有高精度并且要满足检测装置的动态响应频率高的要求。所以迫切需要研制一种能够实现水膜厚度高精度检测的传感器来解决此工程问题。本课题通过对现有水膜膜厚不同测量方法的比较,基于静电场理论建立了电容式水膜厚度测量传感器的工作数学模型。研究并设计出了用于水膜膜厚测量的涂敷介质隔离层复合结构电容式传感器,添加了一层聚四氟乙烯涂层介质将水膜与传感器探头隔离,防止水雾溅射对传感器测量精度的影响。传感器将水膜厚度的变化转换为电容信号输出；设计了传感器输出电容信号非电量转换电路,将电容信号转换成易于采集和显示的电压信号,设计的硬件电路实现了PF级电容信号的高精度检测。本课题通过LabVIEW软件开发了上位机水膜膜厚测量显示平台,通过A/D采集卡对非电量转换电路输出的电压信号进行高速采集上传至上位机,经过软件数据处理转换成相对应的水膜厚度值并进行显示；同时生成了可以移植的用户应用程序,方便对工业换热设备的在线测量。本课题通过电容式水膜厚度测量传感器静态标定实验,对传感器的线性度、灵敏度性能指标进行了数据分析与评价；将电容传感器在降膜蒸发装置进行了实验测试,对引起传感器测量误差的各种因素进行了分析,提出了相应的解决措施。
【关键词】：降膜蒸发 膜厚 电容传感器 换热 测量电路
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 水膜厚度测量的研究意义9
• 1.2 水膜厚度测量的方法9-11
• 1.2.1 电导探针测量法9-10
• 1.2.2 光学测量法10
• 1.2.3 电容传感器测量法10-11
• 1.3 本课题的主要研究内容11-13
• 第2章 电容式水膜厚度测量传感器总体方案设计13-23
• 2.1 水膜厚度测量总体方案设计13
• 2.2 电容传感器探头结构设计13-15
• 2.3 电容式传感器水膜厚度测量数学模型15-23
• 2.3.1 电容式传感器理论基础15-16
• 2.3.2 水膜厚度测量数学模型16-23
• 第3章 传感器非电量转换电路的设计与实现23-40
• 3.1 电容信号检测方法23-26
• 3.2 积分运算转换电路原理图26-29
• 3.3 交流激励信号发生电路29-32
• 3.4 信号调理电路32-37
• 3.4.1 精密全波整流电路32-33
• 3.4.2 有源滤波电路33-35
• 3.4.3 校准放大电路35-37
• 3.5 精密稳压电源电路37-39
• 3.6 数据采集卡39-40
• 第4章 基于LABVIEW水膜厚度显示主界面设计40-49
• 4.1 传感器输出水膜膜厚线性校正41-43
• 4.1.1 多项式拟合理论依据41-42
• 4.1.2 传感器线性校正程序42-43
• 4.2 水膜测厚主程序编写43-47
• 4.3 水膜测厚监控主界面设计47-49
• 第5章 电容式水膜厚度测量传感器的标定与运行49-59
• 5.1 电容传感器的标定实验49-50
• 5.2 传感器的技术指标50-54
• 5.2.1 传感器线性度评价51-53
• 5.2.2 传感器灵敏度评价53-54
• 5.3 电容传感器的安装与运行54-57
• 5.4 水膜膜厚与换热57-59
• 第6章 电容式水膜厚度测量传感器误差分析59-64
• 6.1 传感器测量误差的组成59
• 6.2 传感器测量误差的分析与合成59-64
• 第7章 总结与展望64-65
• 7.1 总结64
• 7.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况70

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本文编号：1109534