液滴微流控系统是一种重要的微流控系统,该系统涉及流体力学、生物、医学、化学和系统控制等多个学科,其中,在微流道中如何形成离散的微小液滴并精确控制液滴尺寸,是目前液滴微流控系统研究的重点和难点,对于液滴微流控系统在交叉学科领域的应用十分关键。因此,本文提出了电容检测闭环液滴微流控系统,采用压力驱动调节系统流量,通过电检测方法在线测量液滴尺寸并反馈调节,实现液滴尺寸的闭环控制。研究液滴尺寸电检测方法与闭环液滴微流控系统的动态特性,对于提高液滴尺寸的控制精度,降低液滴尺寸的不一致性,具有重要意义。分析T型微流道液滴形成瞬态过程,建立液滴尺寸与两相液体流量比的线性数学模型。通过比较液滴形成瞬态响应和系统动态响应过程,给出液滴形成的瞬态数学模型。研究外界流量不稳定和液滴形成瞬态过程引起的液滴尺寸变化,并测试液滴尺寸不一致性大小,得到液滴尺寸不一致性的变化规律。开展T型微流道液滴形成试验研究,选取不同的T型微流道结构参数,测试液滴形成规律,验证低毛细管数下,液滴长度与两相液体流量比的线性数学模型。基于液滴形成瞬态模型,考虑液滴形成瞬态过程引起的压力脉动,重点分析该压力脉动作用下,液滴微流控系统的动态响应速度和控制精度,进行系统动态特性的仿真分析与试验测试。采用电检测方法测量液滴尺寸,提出利用多组微电极测量结果的均方根,提高液滴尺寸检测精度的测量方法。本文将电检测方法与液滴微流控系统集成为一体,形成电容检测闭环液滴微流控系统,实现液滴尺寸在线测量与闭环调节。基于液滴尺寸电检测原理,建立液滴尺寸电检测数学模型,仿真分析与试验测试不同尺寸液滴经过微检测电极时,引起电极的电容变化。试验中,为分析液滴形成瞬态过程引起的液滴尺寸变化对电检测方法测量精度的影响,在微流道不同位置布置多对微检测电极,比较不同检测位置的液滴尺寸测量结果,分析液滴尺寸测量误差。采用多组微电极同时测量液滴尺寸,并将微检测电极布置于远离T型微流道交汇处,能减小液滴形成瞬态过程引起的液滴尺寸测量误差,提高电检测方法的测量精度。针对电容检测闭环液滴微流控系统,采用PI控制算法改善闭环系统的动态调节特性,提高液滴尺寸控制精度。根据闭环系统数学模型,进行闭环系统动态特性仿真分析,并开展液滴尺寸电检测、压力驱动装置和液滴尺寸闭环调节动态特性的试验研究。根据液滴尺寸电检测过程,分析液滴形成速度与液滴尺寸测量速度的关系,得到液滴形成速度对液滴尺寸闭环调节动态特性的影响。采用液滴尺寸闭环调节,并将PI控制算法引入电容检测闭环液滴微流控系统,可抑制外界扰动引起的液滴尺寸变化。搭建电容检测闭环液滴微流控系统,合理选取PI控制参数,实际测试闭环系统的动态调节特性,比较不同PI控制参数对液滴尺寸闭环调节动态响应速度和控制精度的影响。本文提出的电容检测闭环液滴微流控系统,可实现液滴尺寸快速调节和精确控制,为液滴微流控系统的应用研究提供了理论与试验指导。