通过混合电导率-超声波传感器融合技术实现冷却结晶过程中的实时过饱和度监测

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Real-time supersaturation monitoring in cooling crystallization via hybrid electrical conductivity–ultrasonic sensor fusion

实时监测溶液浓度对控制过饱和并优化冷却结晶产率至关重要。本研究提出一种电导率（EC）与超声波（US）融合的混合传感方法，开发并验证了温度依赖的EC和US浓度模型，覆盖饱和至过饱和全浓度范围。浊度分析揭示了亚稳态区与成核起始点，发现EC在低浓度灵敏度下降，US在高浓度因颗粒干扰信号失真。基于此设计的自适应融合算法将整体相对误差控制在5%以内，提供了一种经济可靠的替代光谱技术的实时浓度监控方案，适用于多种无机结晶体系。

　　

摘要

实时监测溶液浓度对于控制过饱和度并优化冷却结晶过程中的产量至关重要。我们提出了一种混合传感器融合方法，该方法结合了电导率（EC）和超声波（US）声速测量技术，用于对$K_2?{\mathrm{SO}}_4$溶液在冷却结晶过程中的浓度进行原位监测。我们开发并验证了基于温度的电导率和超声波模型，这些模型涵盖了饱和状态和过饱和状态在内的广泛浓度范围。基于浊度的分析界定了亚稳态区域和成核起始点，揭示了两种传感器的互补局限性：低浓度时电导率灵敏度降低，高浓度时颗粒会干扰超声波信号。一种自适应融合算法利用了这两种传感器的互补优势，使在整个浓度范围内的相对误差保持在5%以下。这种成本效益高的双传感器策略为光谱技术提供了一种稳健的替代方案，并且可以轻松应用于多种无机结晶系统的实时过饱和度控制。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在https://github.com/jjlitype/Real-Time-Concentration-Model公开获取。