專利名稱：用于確定電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合的方法，在該方法中， 電導(dǎo)率傳感器由測(cè)量介質(zhì)環(huán)繞，并且介質(zhì)等效電阻被利用可變補(bǔ)償電阻補(bǔ)償，其中，該可變補(bǔ)償電阻和該介質(zhì)等效電阻以180°的相移作用于電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量線圈。
背景技術(shù)：
電感型電導(dǎo)率傳感器通常由電流測(cè)量方法來(lái)評(píng)估，方法是電感型電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量線圈的輸出電流通過(guò)其輸入阻抗近似為零的電路來(lái)測(cè)量。因?yàn)樵诿總€(gè)電感型電導(dǎo)率傳感器中存在非期望的線圈殘余耦合，所以必須在電感型電導(dǎo)率傳感器的首次啟動(dòng)中一次性地測(cè)量出殘余耦合，所述殘余耦合同樣可以稱為Airset。進(jìn)行的方法是將電導(dǎo)率傳感器保持在空氣中，在該處理想的電導(dǎo)率傳感器不發(fā)送測(cè)量信號(hào)，與之相反地，真實(shí)的電導(dǎo)率傳感器具有非零信號(hào)。在電導(dǎo)率傳感器持續(xù)的測(cè)量運(yùn)行中，每個(gè)測(cè)量結(jié)果由測(cè)定的殘余耦合進(jìn)行修正。殘余耦合通常僅測(cè)量一次，而電感型電導(dǎo)率傳感器保持運(yùn)行幾個(gè)月或幾年。在這段時(shí)間中，電導(dǎo)率傳感器的電感受到與老化有關(guān)的漂移，從而改變電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合。因?yàn)闅堄囫詈鲜且蕾囉跍囟鹊?，所以殘余耦合的繼續(xù)漂移造成電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量精度降低。DE 41 16 468 Al公開了一種用于確定電感型電導(dǎo)率傳感器的功能能力的方法， 在該方法中，附加于包含介質(zhì)等效電阻的測(cè)量導(dǎo)體回路，存在具有可變電阻的附加的導(dǎo)體回路。由DE 102 86 79 Al公知的是，為了電導(dǎo)率測(cè)量，將電導(dǎo)率傳感器連同導(dǎo)體回路引入到測(cè)量介質(zhì)中，并且改變可變電阻。因?yàn)榻橘|(zhì)等效電阻和可變電阻以180°的相移作用于電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量線圈，所以當(dāng)電導(dǎo)率傳感器的輸出電壓等于零時(shí)，介質(zhì)等效電阻和可變電阻的絕對(duì)值正好抵消。由此，可變電阻的數(shù)值與介質(zhì)等效電阻的數(shù)值相等。為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，該方法假定可變電阻在寬的調(diào)適區(qū)域上正好有6至7個(gè)大小分類，可變電阻具有線性的傳遞函數(shù)以及是溫度穩(wěn)定的且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的。這個(gè)要求在實(shí)踐中不能實(shí)現(xiàn)，從而使得該測(cè)量方法的結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的任務(wù)基于，提供一種用于確定電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合的方法，使得在電導(dǎo)率傳感器運(yùn)行中在任何時(shí)刻都允許以高測(cè)量精度測(cè)量殘余耦合。依據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)以如下方式解決，S卩，一直測(cè)定可變補(bǔ)償電阻，直到電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量線圈的輸出電壓呈現(xiàn)為最小電壓，其中，復(fù)合的最小電壓對(duì)應(yīng)于電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合。由此，不必須確定可變補(bǔ)償電阻的準(zhǔn)確數(shù)值。通過(guò)確定電感型電導(dǎo)率傳感器的輸出電壓的最小值，所有類型的電阻都可以使用，即使這些電阻在大的調(diào)整區(qū)域里既不溫度穩(wěn)定也不長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定并且在其輸入?yún)^(qū)域中同樣具有非線性的傳遞函數(shù)。在此， 在重新確定殘余耦合的時(shí)，會(huì)考慮電導(dǎo)率傳感器的依賴于老化和溫度的電感的漂移。
3
有利的是，電導(dǎo)率傳感器的在電導(dǎo)率傳感器測(cè)量過(guò)程期間確定的測(cè)量電壓利用最小電壓來(lái)修正。因?yàn)闅堄囫詈夏軌蛟谧畲蟪潭炔煌臏囟认碌玫綔y(cè)量，所以進(jìn)行殘余耦合的依賴于溫度的補(bǔ)償，從而可靠地抑制在測(cè)量電壓中的不準(zhǔn)確性。因?yàn)閮H確定殘余耦合，所以電感型電導(dǎo)率傳感器的輸出信號(hào)的測(cè)量能夠按照公知的標(biāo)準(zhǔn)電流測(cè)量方法來(lái)執(zhí)行。在一種設(shè)計(jì)方案中，從電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量電壓中減去最小電壓。由此，所述方法在傳感器運(yùn)行時(shí)在任何時(shí)間點(diǎn)都可以執(zhí)行。在一種改進(jìn)方案中，最小電壓的確定在保持電導(dǎo)率傳感器浸入到介質(zhì)中的情況下，在電導(dǎo)率傳感器的兩個(gè)測(cè)量過(guò)程之間進(jìn)行，測(cè)量介質(zhì)的電導(dǎo)率在測(cè)量過(guò)程中得到確定。 通過(guò)電導(dǎo)率傳感器、進(jìn)而測(cè)量電阻和可變補(bǔ)償電阻到介質(zhì)中的連續(xù)浸入，用于傳感器的正常測(cè)量過(guò)程的和用于確定殘余耦合的校準(zhǔn)過(guò)程的電路結(jié)構(gòu)不需要改變，這特別是以減少成本和時(shí)間的方式對(duì)電感型電導(dǎo)率傳感器的運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生作用。在一種變型方案中，介質(zhì)等效電阻是電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量導(dǎo)體回路的組件，而可變補(bǔ)償電阻布置在電感型電導(dǎo)率傳感器的參考導(dǎo)體回路中，其中，在運(yùn)行電感型電導(dǎo)率傳感器時(shí)接通或者切斷參考導(dǎo)體回路。以簡(jiǎn)單的依據(jù)電路的措施測(cè)量運(yùn)行可以切換到校準(zhǔn)運(yùn)行和切換回，這在電導(dǎo)率傳感器的整個(gè)使用壽命期間可以通過(guò)參考導(dǎo)體回路的軟件方式的驅(qū)控來(lái)執(zhí)行。有利的是，為了切斷參考導(dǎo)體回路，將可變補(bǔ)償電阻調(diào)整到一定的電阻值，該電阻值相比介質(zhì)等效電阻明顯更大，優(yōu)選為至少1000倍。通過(guò)該措施將電阻調(diào)整地如此高，即， 使得參考導(dǎo)體回路中的電流得到可靠抑制。作為選擇的是，為了切斷而打開參考導(dǎo)體回路。該措施可通過(guò)可控開關(guān)的使用而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。在其它實(shí)施方式中，至少最終測(cè)得的最小電壓得到保存并且應(yīng)用于從電感型電導(dǎo)率傳感器的接下來(lái)的測(cè)量信號(hào)中減去殘余耦合。為了確定電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合，校準(zhǔn)步驟能夠任意地在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上接入到電導(dǎo)率傳感器的正常運(yùn)行過(guò)程中，由此，在電導(dǎo)率傳感器的質(zhì)量改變時(shí)能夠直接作出反應(yīng)。由此確保的是，在任何時(shí)刻生成電導(dǎo)率傳感器的準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。在一種改進(jìn)方案中，在當(dāng)前的補(bǔ)償步驟中最終測(cè)得的最小電壓以及至少一個(gè)在之前的補(bǔ)償步驟中確定的電導(dǎo)率傳感器最小電壓得到存儲(chǔ)并接受判斷，其中，在至少一個(gè)保存的最小電壓超出閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)的最小電壓的判斷，能夠在不需要進(jìn)一步耗費(fèi)時(shí)間和物質(zhì)的情況下在任意時(shí)刻探明電導(dǎo)率傳感器的嚴(yán)重的故障并在必要時(shí)更換電導(dǎo)率傳感器。此外，可使用電位計(jì)或者帶有至少一個(gè)繼電器的電阻箱或者互阻抗運(yùn)算放大器作為可變補(bǔ)償電阻。因?yàn)殡姼行碗妼?dǎo)率傳感器的測(cè)量線圈的輸出電壓只能調(diào)節(jié)到最小但不能到零，所以所有可能的歐姆電阻對(duì)于該測(cè)量方法而言都可以使用于確定電感傳感器的殘余耦合。即使數(shù)字電位計(jì)具有大的溫度漂移和長(zhǎng)時(shí)間漂移，或者電壓控制的電阻具有過(guò)小的調(diào)整區(qū)域和非線性的傳遞函數(shù)以及非線性的性能，該數(shù)字電位計(jì)和電阻還是能在任何時(shí)刻使用在本發(fā)明涉及的方法中。由此，取消了成本昂貴的構(gòu)件的應(yīng)用。


本發(fā)明允許有很多的實(shí)施方式。其中的一種實(shí)施方式將借助于以圖片形式示出的附圖作進(jìn)一步闡釋。其中圖1示出了電感型電導(dǎo)率傳感器的原理構(gòu)造；圖2示出了根據(jù)附圖1的電感型電導(dǎo)率傳感器的等效電路圖；圖3示出了根據(jù)附圖1，依賴于可變補(bǔ)償電阻的電感型電導(dǎo)率傳感器的輸出電壓曲線； 相同的特征以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示。
具體實(shí)施例方式圖1示出了電感型電導(dǎo)率傳感器1的原理圖，該電感型電導(dǎo)率傳感器應(yīng)用于測(cè)量介質(zhì)的尤其是液體的電導(dǎo)率。所述電導(dǎo)率傳感器1包括激勵(lì)線圈2和測(cè)量線圈3。激勵(lì)線圈2與電源4連接，電源4以交流電激發(fā)激勵(lì)線圈2。測(cè)量線圈3位于測(cè)量裝置5處。激勵(lì)線圈2和測(cè)量線圈3通過(guò)第一導(dǎo)體回路6相互連接起來(lái)，在第一導(dǎo)體回路中布置有介質(zhì)等效電阻IV在同樣容納有激勵(lì)線圈2和測(cè)量線圈3的第二導(dǎo)體回路7中，布置有可變補(bǔ)償電阻&。在此，兩個(gè)導(dǎo)體回路6、7形成了呈環(huán)形封閉的導(dǎo)電的線路。在此，第一導(dǎo)體回路 6的介質(zhì)等效電阻 通過(guò)待檢測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率來(lái)確定。為了測(cè)量電導(dǎo)率，電導(dǎo)率傳感器1 以如下程度引入到待檢測(cè)的介質(zhì)中，即，使得在激勵(lì)線圈2和測(cè)量線圈3周圍構(gòu)造成短路路徑。當(dāng)激勵(lì)線圈2以電源4的交變電壓加載時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在第一導(dǎo)體回路6的短路路徑中感應(yīng)出電流，該電流的大小依賴于待檢測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率。這個(gè)同樣也是交變電流的電流利用測(cè)量線圈3電感地進(jìn)行測(cè)量。圖2中的等效電路示出包括可變補(bǔ)償電阻&的第二導(dǎo)體回路7通過(guò)激勵(lì)線圈2 和測(cè)量線圈3以如下方式來(lái)引導(dǎo)，S卩，使得第二導(dǎo)體回路7相位錯(cuò)開180°地作用于激勵(lì)線圈2和測(cè)量線圈3?；陔姶艌?chǎng)有關(guān)電感耦合的特性，殘余耦合相對(duì)于測(cè)量信號(hào)相位錯(cuò)開 90°，測(cè)量信號(hào)由測(cè)量裝置4進(jìn)行探測(cè)。由此，殘余耦合不通過(guò)真實(shí)的電阻在第二導(dǎo)體回路 7上進(jìn)行補(bǔ)償。這一事實(shí)通過(guò)所提出的方法充分應(yīng)用，接下來(lái)舉例闡釋所述方法。在第一步驟中，電感型電導(dǎo)率傳感器1浸入到測(cè)量介質(zhì)中，該測(cè)量介質(zhì)具有預(yù)定的電導(dǎo)率，這引起介質(zhì)等效電阻RM。用于介質(zhì)電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)量線圈3的輸出電壓U4。在下一個(gè)步驟中，包括補(bǔ)償電阻&的第二導(dǎo)體回路7通過(guò)未進(jìn)一步表示出的、由控制器具驅(qū)控的開關(guān)接通。這時(shí)改變補(bǔ)償電阻&，直到由測(cè)量器具5測(cè)量的電導(dǎo)率傳感器1的輸出電壓U4具有最小值。該性能在圖3中示出。對(duì)此，這里不必要知道補(bǔ)償電阻&的準(zhǔn)確數(shù)值。 在輸出電壓U4min最小時(shí)，介質(zhì)等效電阻 對(duì)應(yīng)于補(bǔ)償電阻&，其中，最小輸出電壓U4min對(duì)應(yīng)于仍然存在的殘余耦合。由于殘余耦合相比測(cè)量信號(hào)U4的90°相移，由此在電感型電導(dǎo)率傳感器1上僅按照絕對(duì)值和相位來(lái)測(cè)量殘余耦合。殘余耦合的測(cè)量數(shù)值得到存儲(chǔ)。在確定殘余耦合后，第二導(dǎo)體回路7通過(guò)打開開關(guān)來(lái)停止運(yùn)行并繼續(xù)測(cè)量介質(zhì)電導(dǎo)率的正常測(cè)量。在此，為了獲得測(cè)量值，以原始測(cè)量值，也就是從電感型電導(dǎo)率傳感器1 的輸出電壓U4減去最終測(cè)得的和存儲(chǔ)的殘余耦合的數(shù)值。依據(jù)本發(fā)明的方法測(cè)定的殘余耦合與按照現(xiàn)有技術(shù)確定的、通過(guò)在空氣中的常規(guī)電壓測(cè)量而測(cè)得的殘余耦合數(shù)值的比較由以下表格清楚地示出。
權(quán)利要求
1.用于確定電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合的方法，在所述方法中，電導(dǎo)率傳感器 (1)由測(cè)量介質(zhì)環(huán)繞，并且介質(zhì)等效電阻(Rm)被利用可變補(bǔ)償電阻(Rk)補(bǔ)償，其中，所述可變補(bǔ)償電阻(Rk)和所述介質(zhì)等效電阻以180°的相移作用于所述電導(dǎo)率傳感器(1)的測(cè)量線圈(3)，其特征在于，一直調(diào)設(shè)所述可變補(bǔ)償電阻(Rk)，直到所述電導(dǎo)率傳感器(1)的所述測(cè)量線圈⑶的輸出電壓(U4)呈現(xiàn)出最小電壓(U4min),其中，復(fù)合的所述最小電壓(U4min) 對(duì)應(yīng)于所述電感型電導(dǎo)率傳感器(1)的所述殘余耦合。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述最小電壓(U4min)來(lái)修正在所述電導(dǎo)率傳感器⑴的測(cè)量過(guò)程中確定的所述電導(dǎo)率傳感器⑴的測(cè)量電壓(U4)。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從所述電導(dǎo)率傳感器(1)的所述測(cè)量電壓 (U4)中減去所述最小電壓(U4min)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在保持所述電導(dǎo)率傳感器(1)浸入到所述測(cè)量介質(zhì)中的情況下，在所述電導(dǎo)率傳感器(1)的兩個(gè)確定所述測(cè)量介質(zhì)的電導(dǎo)率的測(cè)量過(guò)程之間進(jìn)行最小電壓(U4min)的確定。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)等效電阻(Rm)是所述電導(dǎo)率傳感器(1)的測(cè)量導(dǎo)體回路(6)的組件，而所述可變補(bǔ)償電阻(Rk)布置在所述電感型電導(dǎo)率傳感器(1)的參考導(dǎo)體回路(7)中，其中，所述參考導(dǎo)體回路(7)在所述電感型電導(dǎo)率傳感器(1)運(yùn)行時(shí)接通或者切斷。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為了斷開所述參考導(dǎo)體回路(7)，將所述可變補(bǔ)償電阻(Rk)調(diào)整至一定的電阻值，所述電阻值相比所述介質(zhì)等效電阻(Rm)明顯更大，優(yōu)選為至少1000倍。
7.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為了切斷而打開所述參考導(dǎo)體回路(7)。
8.按照前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少最終測(cè)得的所述最小電壓(U4min)得到保存并用于從所述電感型電導(dǎo)率傳感器⑴的接下來(lái)的測(cè)量信號(hào)中減去所述殘余耦合。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在當(dāng)前的補(bǔ)償步驟中最終測(cè)得的所述最小電壓(U4min)以及至少一個(gè)在之前的補(bǔ)償步驟中確定的所述電導(dǎo)率傳感器(1)的最小電壓 (U4min)得到存儲(chǔ)并且接受判斷，其中，當(dāng)至少一個(gè)所保存的最小電壓(U4min)超出閾值時(shí)觸發(fā)警報(bào)。
10.按照前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用電位計(jì)或者帶有至少一個(gè)繼電器的電阻箱或者互阻抗運(yùn)算放大器作為可變補(bǔ)償電阻(Rk)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定電感型電導(dǎo)率傳感器的殘余耦合的方法，在該方法中，電導(dǎo)率傳感器(1)由測(cè)量介質(zhì)環(huán)繞，并且介質(zhì)等效電阻(RM)被利用可變補(bǔ)償電阻(RK)補(bǔ)償，其中，可變補(bǔ)償電阻(RK)和介質(zhì)等效電阻以180°的相移作用于電導(dǎo)率傳感器(1)的測(cè)量線圈(3)。為在電導(dǎo)率傳感器運(yùn)行時(shí)能夠在任何時(shí)刻以高測(cè)量精度測(cè)量殘余耦合，一直調(diào)設(shè)可變補(bǔ)償電阻(RK)，直到電導(dǎo)率傳感器(1)的測(cè)量線圈(3)的輸出電壓(U4)呈現(xiàn)出最小電壓(U4min)，其中，最小電壓(U4min)對(duì)應(yīng)于電感型電導(dǎo)率傳感器(1)的殘余耦合。
文檔編號(hào)G01R35/00GK102269805SQ20111015402
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者馬可·弗爾克 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾測(cè)量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司