基于电-声联合的液膜厚度测量方法研究

为了拓宽液膜厚度的测量范围,提出了一种联合应用电阻法与超声渡越时间法的液膜厚度测量新方法。设计了新型的电-声复合传感器,建立了用于优化传感器电极结构参数的数值模型,以灵敏度和线性度为优化目标确定了最优电极参数,通过开展液膜厚度测量实验验证了联合测量方法的有效性。研究结果表明：同轴金属电极适合于测量较薄液膜,在2.4mm~4.4mm厚度范围内的相对误差为-4.93%至5.35%;超声探头更适用于测量较厚液膜,在3.4mm~10.0mm厚度范围内的相对误差为-3.68%至2.20%。通过联合应用电阻法和超声法可以拓展两种方法各自的测量范围并且提高测量结果的可靠性。所提出的电学-声学联合测量方法具有测量范围宽、非侵入、响应快、精度和灵敏度高、安全性好等优点,能够广泛适用于工业生产和实验室研究等场合。     

用于薄液膜检测的同轴环盘电导传感器优化设计

液膜厚度是研究环状流液膜演化发展的重要参数,基于环状流薄液膜厚度范围,设计了基于电导法的非侵入式同轴环盘液膜测量传感器。通过有限元分析,对同轴环盘液膜测量传感器电极结构参数进行了优化设计,确定了传感器结构参数最优选择。实验表明：传感器在50μm~200μm的液膜厚度范围内具有很高的灵敏度,液膜厚度的测量误差在±3.7％以内。     

电导法原油含水率测量传感器的模型优化与仿真

电导法原油含水率测量是基于阵列电极传感器的一种测量方法,电极系的结构与参数对传感器性能有着重要影响.拟研究电极系传感器结构的优化设计方法,在建立传感器电场分布理论模型的基础上,利用ANSYS有限元软件仿真电极系传感器不同参数下的电场分布,分析电极环宽度、激励电极对间距、测量电极间距等参数对传感器性能的影响.依据仿真结果,确定传感器的优化参数,并对传感器进行了灵敏度的模拟测试,测试结果显示:传感器灵敏度仿真结果与实际测试结果一致性较好;在高含水(大于85%)的油水两相流含水率测试精度可达3%.测试结果验证了传感器理论和仿真分析方法的有效性,为优化设计传感器提供一种有效的方法.     

高精度海洋温/盐/酸度集成微纳传感器制造与测试

面向"智慧海洋"应用需求,基于微机电系统(MEMS)技术设计制备了一批温度、盐度、酸度(pH值)三参数集成微纳传感器。温度测量采用铂电阻传感器,盐度测量采用4电极电导率传感器,pH测量采用钛/二氧化钛(Ti/TiO_2)为工作电极和液接式Ag/AgCl参比电极构成的两电极体系。采用电化学工作站分别测量了三个传感器的基本参数和性能,其中温度传感器的电阻为(2240±5)Ω,灵敏度为8.636Ω/℃,测量精度达到±0.01℃;电导率传感器在0.01 mol/L KCl溶液中精度为±0.000 5 S/m; pH传感器灵敏度为42.86 mV/pH。由于采用微机电加工技术,传感器尺寸小、成本低、可批量制造,将为海洋环境参数的高精度网格化测量提供核心传感器。     

苯乙烯-马来酸酐交替共聚物钠盐/聚苯乙烯磺酸钠复合物的湿敏特性

以苯乙烯-马来酸酐交替共聚物钠盐(NaSMA)与聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)复合物为湿敏材料,在叉指金电极上浸涂成膜制备了电阻型湿度传感器,考察了NaSMA和NaPSS浓度对复合湿度传感器响应特性的影响.研究表明,加入NaPSS可降低传感器在低湿下电阻,同时提高传感器的高湿灵敏度.在最佳条件下,当环境湿度从33%RH增...     

纳米金、聚天青Ⅰ修饰铂电极的电流型葡萄糖传感器

用循环伏安法在铂金电极上电聚合一层稳定的天青Ⅰ聚合物膜.研究了这层膜在0.1 mol/L磷酸缓冲溶液(pH6.5)中的电化学性质.用纳米金溶胶与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)构成复合固酶基质,采用溶胶-凝胶法固定葡萄糖氧化酶(GOD)于天青Ⅰ修饰的铂金电极表面,制成了新型葡萄糖生物传感器.实验发现,所制备的传感器具有响应快、灵敏度高、稳定性好,对葡萄糖的线性响应范围为1.2×10-5～7.5×10-3mol/L,检测下限为6.0×10-6mol/L.并具有抗坏血酸、尿酸干扰的特点.     

螺旋表面极板电容式传感器的设计

介绍了一种电容法测量气/固两相流固相体积分数的螺旋表面极板电容传感器。从测量原理、检测电路、电极参数选取方面进行了设计和实验,并得出了提高传感器检测场灵敏度空间分布均匀性的几何参数及实验曲线。     

基于聚中性红和纳米银修饰的葡萄糖生物传感器

采用循环伏安法在铂金电极上电聚合一层聚中性红膜,将葡萄糖氧化酶和纳米银通过静电吸附交替固定于聚中性红修饰的铂金电极表面,最后用聚中性红包埋电极,从而制得葡萄糖生物传感器.中性红能够在电极表面形成一层性能稳定并对生物分子有较强的电催化作用复合膜,加入纳米银后,显著增加葡萄糖氧化酶固定量,提高传感器的响应灵敏度.电极在葡萄糖浓度为0.5×10-8～3.5×10-6mol/L的范围内,氧化峰峰电流值与葡萄糖呈良好的线性关系,检测下限为0125×10-8mol/L(S/N=3).该传感器制备方法简单、灵敏度高、稳定性好,并具有抗抗坏血酸、尿酸干扰的特点.     

一种新的甲胎蛋白（α—FP）非标记免疫电极的研制

α—FP 是临床诊断肝癌的一个重要指标。本文将醋酸纤维素-抗体-抗原膜与自制的氯电极研制成α—FP 非标记免疫传感器。研究了载体膜组成对电极灵敏度的影响;采用均匀设计、单纯形法优化了膜结合抗原抗体复合物的实验条件和参数;与同类电极相比,该电极使用简便,响应快(≤3min),灵敏度高,重视性和稳定性均好;在最佳测试条件下,电极线性范围为0-600ng/ml,检测下限26ng/ml,相关系数0.9925,测量600ng/mlα—FP 时的标准偏差为30ng/ml;人体血清中所含主要免疫球蛋白对α—FP 的测量均无干扰;在用于实际血清样品测量中取得满意结果。     

免疫球蛋白M(lgM)非标记免疫传感器的研究

本文介绍用醋酸纤维素-戊二醛-己二胺-抗体抗原膜与专用原电极研制的lgM非标记免疫传感器.采用均匀设计法优化了膜结合抗原抗体的实验条件,研究了抗体浓度对电极灵敏度及线性范围的影响,并对抗原抗体结合时间、测试介质等条件进行了选择.与同类电极相比,该电极使用方便、响应快、灵敏度高、重现性和稳定性较好.在最佳测试条件下,电极线性范围47~850μg/mL,相关系数0.9973.用于血清样品测量,取得满意结果.     

Liquid film thickness measurement underneath a gas slug with miniaturized sensor matrix in a microchannel

Measurement of liquid film thickness is essential for understanding the dynamics of two-phase flow in microchannels. In this work, a miniaturized sensor matrix with impedance measurement and MEMS technology to measure the thin liquid film underneath a bubble in the air–water flow in a horizontal microchannel has been developed. This miniaturized sensor matrix consists of 5 × 5 sensors where each sensor is comprised of a transmitter and a receiver electrode concentrically. The dimension and performance of the sensor electrodes were optimized with simulation results. The maximum diameter of the sensor ring is 310 µm, allowing a measurable range of liquid film thickness up to 83 µm. These sensors were distributed on the surface of a wafer with photolithography technology, covering a total length of 8 mm and a width of 2 mm. A spatial resolution of 0.5 × 2.0 mm² and a temporal resolution of 5 kHz were achieved for this sensor matrix with a measurement accuracy of 0.5 µm. A series of microchannels with different heights were used in the calibration in order to achieve the signal-to-thickness characteristics of each sensor. This delicate sensor matrix can provide detailed information on the variation of film thickness underneath gas–water slug directly, accurately and dynamically.     

平面电容传感器参数优化设计及实验

平面电容传感器的性能指标由结构参数决定,如何优化结构参数使传感器达到良好的性能是传感器设计的关键.基于三维有限元仿真模型,研究了感应面积一定的条件下,电极对数、电极宽度与间距比对传感器信号强度、灵敏度及穿透深度的影响.采用神经网络方法优化结构参数,在保证穿透深度的条件下,获得较好的信号强度.研制了不同结构参数的PCB型平面电容传感器,并将其用于介电材料检测,实验结果证明了传感器参数优化测量的有效性.     

基于响应面法的油气润滑ECT传感器优化设计

建立了油气润滑ECT传感器的基准三维物理模型;分析了管道厚度、电容极板长度、轴向屏蔽电极长度和径向屏蔽电极深度4个结构参数对传感器性能的影响并确定优化范围;通过灵敏度影响系数和电容响应比确立了传感器性能优化函数;采用响应面法对上述4个结构参数进行了优化设计;在此基础上以图像相对误差和图像相关系数为评价标准,对优化后传感器的重建图像质量进行了评判;研究结果表明,优化传感器得到的图像质量最高,图像相对误差平均降低了22.99％,图像相关系数平均提高了21.73％.     

超声悬浮及转子振动抑制理论与实验研究

超声悬浮技术可以实现悬浮和减摩功能,减少转子与静子之间的摩擦,而且由超声波产生的悬浮力可以不受悬浮物材料的影响.首先,根据流体动力学推导出超声波挤压膜的基本方程,对其进行理论推导并利用高阶差分方法进行仿真求解;针对气膜力与悬浮间隙、超声波振幅、气压、超声波频率因素的关系进行了分析,讨论了不同参数对超声悬浮性能的影响规律.然后,通过平面气膜力分解与合成推导出凹面气膜力,并研究了转速对其悬浮力的影响.将其施加在不平衡转子系统中,对转子系统的振动响应进行数值仿真,并对各个情况下的结果进行对比,探讨出不同参数下的振动抑制效果.最后,设计了超声悬浮-转子系统的实验台,通过实验测试不同参数下转子系统的振动响应,验证超声悬浮技术对于转子系统的振动抑制作用.     

一种新型三维敏感气体传感器的研究

在平面微电极式结构的基础上,提出了一种新型薄膜气体传感器,其主要结构引用了离散阵列的概念,将传统的长方体型薄膜改进为由多条小长方体有间隔的并行排列的离散结构,使敏感薄膜具有了三维敏感效应。根据半导体气敏薄膜的扩散响应理论,对传感器的响应时间和灵敏度特性进行了理论分析,证明新型传感器具有响应时间更短、灵敏度更高的优点;并分析了薄膜厚度对传感器响应时间的影响。     

Enhancing the sensitivity of ionic liquid sensors for methane detection with polyaniline template

Flammable gas sensors are essential in occupational health and safety to prevent fire or explosion in gas facilities and underground mining. Our early study demonstrated that ionic liquid (IL)/quartz crystal microbalance (QCM) gas sensors and sensor arrays were excellent for the detection of various organic vapors at both room temperature and elevated temperatures. In this paper, we developed a general method that significantly enhanced the sensitivity of the IL/QCM sensors for flammable gases detection by immobilizing IL on a conductive polymer polyaniline (PAn) template. Studies were performed to optimize the PAn oxidation states, thickness, and IL concentrations. Results showed that the sensitivity increased with increasing the PAn film thickness and the amount of IL immobilized within the PAn film. The sensitivity depended also on the oxidation state and doping state of PAn. With doped and partially oxidized PAn (emeraldine salt) the IL/QCM sensor showed the best performance. The current detection limit for methane was as low as about 115 ppm at room temperature. The sensitivity also depended on the structure of the IL used. Among the four ILs tested, two of them showed excellent sensitivities after being immobilized in the PAn film.     

固体电解质硫化氢气体传感器的特性研究

采用溶胶-凝胶法制备NASICON(钠离子导体)固体电解质及镍/钛复合氧化物材料。并以NASICON为离子导电层,镍/钛复合氧化物为敏感电极制作固体电解质硫化氢气体传感器。在260-380℃温度范围内,以镍/钛复合氧化物为敏感电极制作的器件对1.10-6～100.10-6硫化氢具有良好的敏感特性。在320℃时器件的灵敏度(斜率)为-72.4mV/decade。并且器件具有良好的选择性、抗湿性及响应恢复特性。器件对5.10-6,50.10-6硫化氢的响应时间为10s,4s和20s,40s。最后对器件的敏感机理做了分析。