电磁式酸碱浓度传感器的研究

论文摘要

在化工、制药、食品、环保等领域,广泛涉及对酸碱溶液浓度的测量,因为电导率与溶液中的离子浓度成一定的比例关系,所以通过测量溶液的电导率可以间接推测出溶液的浓度。本课题在总结国内外电磁式酸碱浓度传感器的研究成果及发展现状的基础之上,对电磁式酸碱浓度传感器的测试原理及参数设计进行了分析,基于电磁感应原理,提出了传感器的关键检测部分采用非接触式测量的技术方案,励磁方式采用正弦交流信号,检测到的浓度信号经测量放大、峰值保持电路后,再经AD转换送入单片机进行数据处理,最终将测得的浓度结果显示在液晶显示屏上。由于采用非接触式测量方法,彻底解决了传统接触式测量过程中电极易腐蚀的问题,同时为了解决温度对浓度测量的影响,采用单片机进行软件温度补偿。通过单片机程序内嵌的经Matlab拟合好的公式实时地自动转化成浓度值和温度补偿值,并经过运算处理得到最终的浓度值。在测量0-14%和18%-40%的NaOH溶液和0-30%H2SO4溶液时,传感器测量的相对误差分别为±3%、±2%、±4%,同时对传感器的灵敏度随着被测溶液浓度变化的规律进行了探讨,并且通过实验验证了传感器的稳定性能良好。实验结果表明,此系统运行可靠,测量相对精度与稳定性均达到了设计要求,传感器设计达到了预期设计的指标。电磁式酸碱浓度传感器可以用于一些腐蚀性较强的溶液浓度的测量,是一种比较理想的物性分析仪器,具有精度高、操作简单、稳定性好、使用方便等优点。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 浓度测量方式简介
• 1.2.1 光学式浓度计
• 1.2.2 电导式浓度计
• 1.2.3 电磁式浓度计
• 1.3 电磁式浓度传感器的特点
• 1.4 国内外研究现状及发展趋势
• 1.4.1 国外研究现状及发展趋势
• 1.4.2 国内研究现状及发展趋势
• 1.5 本课题主要完成工作
• 1.6 本章小结
• 第2章 电磁式酸碱浓度传感器测试原理及参数设计
• 2.1 酸碱浓度与电导率
• 2.1.1 酸碱浓度与电导率关系的理论依据
• 2.1.2 酸碱浓度对电导率的关系曲线
• 2.1.3 影响溶液电导率大小的因素
• 2.2 电磁浓度传感器工作原理分析
• 2.2.1 法拉第电磁感应定律
• 2.2.2 传感器工作原理与理论方程式
• 2.3 电磁浓度传感器参数设计
• 2.3.1 影响传感器灵敏度的因素
• 2.3.2 传感器铁芯材料的选择
• 2.3.3 传感器铁芯尺寸的设计
• 2.3.4 传感器激励源的选择
• 2.4 运用单片机进行温度补偿
• 2.5 传感器系统的总体设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计与实现
• 3.1 励磁信号产生电路设计
• 3.1.1 正弦波发生器
• 3.1.2 中频功放电路
• 3.2 检测信号电路设计
• 3.2.1 测量放大电路
• 3.2.2 峰值保持电路
• 3.3 信号处理电路设计
• 3.3.1 核心处理器
• 3.3.2 模数转换电路
• 3.3.3 温度补偿电路
• 3.3.4 键盘控制电路
• 3.3.5 显示驱动电路
• 3.4 电源电路设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统的软件设计与实现
• 4.1 软件总体设计
• 4.2 模/数转换程序设计
• 4.3 数据处理程序设计
• 4.4 温度补偿程序设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验数据分析与处理
• 5.1 实验数据分析与处理
• 5.2 传感器的性能测试
• 5.2.1 传感器的灵敏度
• 5.2.2 传感器的相对误差
• 5.2.3 传感器的稳定性
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢