System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法技术_技高网
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一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法技术

技术编号:41834619 阅读:3 留言:0更新日期:2024-06-27 18:18
本发明专利技术公开了一种电容耦合非接触式电导检测方法(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C<supgt;4</supgt;D),其具备宽浓度线性响应范围,可以实现对流体的非接触电导检测。在对C<supgt;4</supgt;D模型的深入理解下,采用低噪音高带宽高增益电流放大电路,通过使用频率扫描(扫频)方法找到平台区对应的激发频率,使得C<supgt;4</supgt;D自身复杂的阻抗响应简化为电导响应,使得浓度的线性响应范围拓展至4‑5个数量级,该方法有效解决了现有C<supgt;4</supgt;D检测技术浓度线性范围窄(仅为1至2个数量级)的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体电导检测技术,尤其涉及一种宽浓度线性响应范围电容耦合非接触式电导检测方法。可满足生活饮用水、环境用水、工业用水和生物发酵等对溶液电导进行测量的应用场合。


技术介绍

1、电导率是液体的一项基本物理参数,可以反映出液体的许多特性,包括浓度、液体组分和化学反应速率等。液体的物理和化学特性差异会导致电导率的变化,因此在线测量液体的电导率对科研和生产具有重要意义。传统的电导测量方法主要采用接触式测量,即检测电极直接接触被测液体。然而,这种方法存在电极极化和电化学腐蚀等问题,因此在测量场合和适用范围上存在一定的局限性。

2、电容耦合式非接触电导检测(capacitively coupled contactlessconductivity detection,简称c4d)技术是一种新型的电导测量方法,通过管状电极以电容耦合的方式传递信号,避免了传统接触式电导检测中电极与液体直接接触的问题。由于不直接接触被测液体,避免传统电导测量技术中的电极极化和电化学腐蚀问题。该技术常用于流体的电导率测量,具有高精度、快速和非侵入性等优点,具有重要的科研意义和实际应用价值。1980年,gas首次提出了非接触电导检测技术。随后,zemann和da silva分别在1998年提出了电容耦合非接触电导检测技术。由于该技术相对于接触式检测方法具有显著的优势,因此一经提出就受到了相关领域研究人员的广泛关注。通常可将c4d作为毛细管电泳的一种非接触电导检测器,构成ce-c4d检测技术。

3、然而,原有的c4d模式一直因为浓度响应线性范围窄而受限。传统模式的参数模型涉及两个与有效溶液电阻(reff)串联的壁电容器(溶液与电极构成的电容,记为cw)和电极之间的旁路杂散电容(激励电极与检测电极构成的电容,记为cs),见本专利相关附图。在固定激发频率时,通过对波特图(频率行为)进行模拟,可以得到一条s形曲线,很明显其存在两个有限的边界(cw边界和cs边界),而只有位于平台区域的信号完全由实际溶液电导率决定,这块平台区域就是浓度线性响应范围。当溶液电阻变化时,平台区的相应频率将移动,并且平台区会随着杂散电容水平的提高而缩短。传统固定激励频率的检测方法存在局限:当浓度或电导率增加时,平台频率将移动到更高的频率(类似于高通滤波器的效果),信号将受到cw边界的限制。相反,当浓度或电导率降低时,平台频率将移动到较低的频率,那么信号将受到cs边界的限制。为了扩大平台区,以获得更宽的线性工作范围,c4d单元应设计为具有尽可能高的cw/cs比,通常选择引入接地屏蔽电极或法拉第屏蔽电极来最小化杂散电容cs。但即使基于这种情况,其浓度响应的线性范围也仅为1到2个数量级,范围较窄。而由于引入屏蔽电极,其又产生了漏电容cl,该电容的存在进一步压缩了平台区的频率范围,影响了浓度响应的线性范围。针对该问题,本专利技术提供了一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,通过扫描频率寻找平台区的方式,使c4d电导池自身复杂的阻抗响应简化为电导响应,本专利技术提供的方法可以有效地将c4d浓度线性响应范围扩展至4到5个量级。


技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,有效地将c4d浓度线性响应范围扩展至4到5个量级。

2、为了达到上述效果,得到宽浓度线性响应范围,本专利技术的技术方案如下:

3、一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其特征在于:使用扫描频率的方法来找到平台区频率,并以该平台区频率去激励c4d电导池,使得c4d自身复杂的阻抗响应简化为电导响应,使得浓度的线性响应范围可拓展至4-5个数量级。

4、所述方法,其扫描频率的方式可以是线性扫描或者对数扫描,以满足宽频率范围的测量要求。

5、所述方法,其扫描频率的方式可以是线性扫描或者对数扫描,以满足宽频率范围的测量要求。

6、所述方法,其需要结合合适的增益放大或调节激励电压,以满足宽浓度范围的测量要求。

7、所述方法,其可适用于以毛细管为载体的非接触电导检测,也可适用于其他材质和管径的非接触电导测量。

8、所述方法,当用于低电导率电解质的测量时,需要去除溶液中溶解的co2气体,以降低碳酸根离子带来的测量偏差。

9、所述方法,当用于测量高电导率溶液(例如高于50mm的kcl)时,需要确保c4d检测器自身具有足够的频率响应带宽,以满足平台区频率的测试要求。

10、所述方法,由于电导测量受到温度的影响(如2%每摄氏度),可通过配备恒温系统,以减少环境温度变化对测量准确性的影响。

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【技术保护点】

1.一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其特征在于:使用扫描频率的方法来找到平台区频率,并以该平台区频率去激励C4D电导池,使得C4D自身复杂的阻抗响应简化为电导响应,使得浓度的线性响应范围可拓展至4-5个数量级。

2.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其扫描频率的方式可以是线性扫描或者对数扫描,以满足宽频率范围的测量要求。

3.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其需要结合合适的增益放大或调节激励电压,以满足宽浓度范围的测量要求。

4.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其可适用于以毛细管为载体的非接触电导检测,也可适用于其他材质和管径的非接触电导测量。

5.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,当用于低电导率电解质的测量时,需要去除溶液中溶解的CO2气体,以降低碳酸根离子带来的测量偏差。

6.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,当用于测量高电导率溶液(例如高于50mM的KCl)时,需要确保C4D检测器自身具有足够的频率响应带宽,以满足平台区频率的测试要求。

7.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,由于电导测量受到温度的影响(如2%每摄氏度),可通过配备恒温系统,以减少环境温度变化对测量准确性的影响。

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【技术特征摘要】

1.一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其特征在于:使用扫描频率的方法来找到平台区频率,并以该平台区频率去激励c4d电导池,使得c4d自身复杂的阻抗响应简化为电导响应,使得浓度的线性响应范围可拓展至4-5个数量级。

2.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其扫描频率的方式可以是线性扫描或者对数扫描,以满足宽频率范围的测量要求。

3.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其需要结合合适的增益放大或调节激励电压,以满足宽浓度范围的测量要求。

4.如权利要求1所述的一种宽浓度线性响应范围的电容耦合非接触式电导检测方法,其可适用于以毛细管为...

【专利技术属性】
技术研发人员:曾智聪高铭徽李霖
申请(专利权)人:兰州大学
类型:发明
国别省市:

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