工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置及方法。包括交流激勵(lì)源、絕緣測(cè)量管道、激勵(lì)電極、檢測(cè)電極、第一可調(diào)電感模塊、第二可調(diào)電感模塊、金屬屏蔽罩、金屬法蘭連接件、金屬隔板、輸入接線端、輸出接線端、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及微型計(jì)算機(jī)。本發(fā)明基于非接觸式電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)常規(guī)金屬管道上的電導(dǎo)測(cè)量。第一可調(diào)電感模塊和第二可調(diào)電感模塊構(gòu)成的雙電感結(jié)構(gòu)的使用，使傳感器的輸入輸出特性在原理上為線性，優(yōu)化了電導(dǎo)測(cè)量的輸入輸出特性，降低了傳感器硬件和激勵(lì)源頻率要求，使本發(fā)明更適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；相應(yīng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、測(cè)量范圍大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電 導(dǎo)測(cè)量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電導(dǎo)率是液體基本物理參數(shù)之一，液體的許多特性參數(shù)都能夠反應(yīng)為電導(dǎo)率的變 化，如濃度、液體組分、化學(xué)反應(yīng)速率等。正因?yàn)橐后w的很多物理、化學(xué)特性差異都會(huì)反映為 其電導(dǎo)率的變化，液體電導(dǎo)率的在線測(cè)量對(duì)科研和生產(chǎn)具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)的電導(dǎo)測(cè)量方法雖然已經(jīng)在工業(yè)上得到多年的應(yīng)用，但由于傳統(tǒng)的電導(dǎo)測(cè)量 方法主要為接觸式測(cè)量，檢測(cè)電極與被測(cè)液體直接接觸，容易產(chǎn)生電極的極化和電化學(xué)腐 蝕等問(wèn)題，其測(cè)量場(chǎng)合和適用范圍存在一定的局限性。
[0004] 電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)是一種新型電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)。由于檢測(cè)電極不直接 與被測(cè)液體接觸，因此可以有效避免傳統(tǒng)電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)中電極極化和電化學(xué)腐蝕等問(wèn)題。 然而，目前該技術(shù)的研宄與應(yīng)用主要局限于分析化學(xué)領(lǐng)域中的毛細(xì)管尺度及以下的離子濃 度檢測(cè)，且基本處于理想的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境相對(duì)更為復(fù)雜。已有專利（工 業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測(cè)量裝置及方法，申請(qǐng)?zhí)?01110119845. 9)提出適用于工 業(yè)環(huán)境的非接觸式電導(dǎo)測(cè)量裝置及方法，但由于其輸入輸出曲線特性（以被測(cè)液體電導(dǎo)測(cè) 量值作為輸入自變量，以裝置檢測(cè)到的反映電導(dǎo)信息的電信號(hào)作為輸出應(yīng)變量）呈現(xiàn)非單 調(diào)性，可能會(huì)對(duì)測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生不便，因此影響了該裝置及方法在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的實(shí)際應(yīng) 用。
[0005] 針對(duì)以上現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置， 其中固定電感模塊和可調(diào)電感模塊構(gòu)成的雙電感結(jié)構(gòu)，不僅可以消除耦合電容的影響，擴(kuò) 大電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)的適用管徑尺寸范圍，可以使激勵(lì)源選擇較為自由，使 裝置的諧振頻率具有調(diào)整余度，可以優(yōu)化傳感器輸入輸出曲線特性，使其呈現(xiàn)單調(diào)性，還可 以降低傳感器的硬件要求，使該裝置更加適合應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的電導(dǎo)測(cè)量；金屬屏 蔽罩用以屏蔽來(lái)自工業(yè)環(huán)境的干擾，提高測(cè)量裝置穩(wěn)定性和抗干擾能力；金屬法蘭連接件 用以實(shí)現(xiàn)絕緣測(cè)量管道和金屬管道的連接。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可靠的工業(yè)型電容耦合式雙電感 結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置及方法。
[0007] 工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置包括交流激勵(lì)源、第一可調(diào)電 感模塊、輸入接線端、絕緣測(cè)量管道、激勵(lì)電極、檢測(cè)電極、輸出接線端、第二可調(diào)電感模塊、 金屬法蘭連接件、金屬隔板、金屬屏蔽罩、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、微型計(jì)算機(jī)；金屬 屏蔽罩內(nèi)橫向設(shè)有金屬隔板，金屬屏蔽罩內(nèi)縱向設(shè)有絕緣測(cè)量管道，金屬屏蔽罩兩端均設(shè) 有金屬法蘭連接件，絕緣測(cè)量管道兩端分別插入金屬法蘭連接件，絕緣測(cè)量管道外壁、金屬 隔離板的兩側(cè)安裝有激勵(lì)電極和檢測(cè)電極，交流激勵(lì)源、第一可調(diào)電感模塊、輸入接線端、 激勵(lì)電極順次相連，檢測(cè)電極、輸出接線端、第二可調(diào)電感模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模 塊、微型計(jì)算機(jī)順次相連，交流激勵(lì)源、金屬法蘭連接件、金屬隔離板和金屬屏蔽罩均接地。
[0008] 所述的第一可調(diào)電感模塊和第二可調(diào)電感模塊構(gòu)成雙電感結(jié)構(gòu)。
[0009] 所述的金屬法蘭連接件包括外側(cè)連接件、內(nèi)側(cè)連接件和0型密封圈；外側(cè)連接件 的一端為連接法蘭，外側(cè)連接件的另一端通過(guò)螺紋與內(nèi)側(cè)連接件相連，〇型密封圈套在插入 金屬法蘭連接件的絕緣測(cè)量管道上，通過(guò)外側(cè)連接件和內(nèi)側(cè)連接件相互擠壓固定住絕緣測(cè) 量管道。
[0010] 工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量方法的步驟如下：
[0011] 1)采用由第一可調(diào)電感模塊和第二可調(diào)電感模塊構(gòu)成的雙電感結(jié)構(gòu)，依據(jù)

【權(quán)利要求】
1. 一種工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，其特征在于包括交流激勵(lì) 源⑴、第一可調(diào)電感模塊⑵、輸入接線端⑶、絕緣測(cè)量管道⑷、激勵(lì)電極（5)、檢測(cè)電極 (6)、輸出接線端（7)、第二可調(diào)電感模塊（8)、金屬法蘭連接件（9)、金屬隔板（10)、金屬屏 蔽罩（11)、信號(hào)處理模塊（12)、數(shù)據(jù)采集模塊（13)、微型計(jì)算機(jī)（14);金屬屏蔽罩（11)內(nèi) 橫向設(shè)有金屬隔板（10)，金屬屏蔽罩（11)內(nèi)縱向設(shè)有絕緣測(cè)量管道（4)，金屬屏蔽罩（11) 兩端均設(shè)有金屬法蘭連接件（9)，絕緣測(cè)量管道（4)兩端分別插入金屬法蘭連接件（9)，絕 緣測(cè)量管道（4)外壁、金屬隔離板（10)的兩側(cè)安裝有激勵(lì)電極（5)和檢測(cè)電極（6)，交流激 勵(lì)源（1)、第一可調(diào)電感模塊（2)、輸入接線端（3)、激勵(lì)電極（5)順次相連，檢測(cè)電極（6)、 輸出接線端（7)、第二可調(diào)電感模塊（8)、信號(hào)處理模塊（12)、數(shù)據(jù)采集模塊（13)、微型計(jì) 算機(jī)（14)順次相連，交流激勵(lì)源（1)、金屬法蘭連接件（9)、金屬隔離板（10)和金屬屏蔽罩 (11)均接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，其特征 如下：所述的第一可調(diào)電感模塊⑵和第二可調(diào)電感模塊⑶構(gòu)成雙電感結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，其特征 如下：所述的金屬法蘭連接件（9)包括外側(cè)連接件（15)、內(nèi)側(cè)連接件（16)和0型密封圈 (17);外側(cè)連接件（15)的一端為連接法蘭，外側(cè)連接件（15)的另一端通過(guò)螺紋與內(nèi)側(cè)連接 件（16)相連，0型密封圈（17)套在插入金屬法蘭連接件（9)的絕緣測(cè)量管道（4)上，通過(guò) 外側(cè)連接件（15)和內(nèi)側(cè)連接件（16)相互擠壓固定住絕緣測(cè)量管道（4)。
4. 一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量 方法，它的步驟如下： 1) 采用由第一可調(diào)電感模塊（2)和第二可調(diào)電感模塊（8)構(gòu)成的雙電感結(jié)構(gòu)，依 據(jù)，先設(shè)定交流激勵(lì)源⑴的激勵(lì)電壓ui的激勵(lì)頻率f為2πγL1C1 2πyL2C2 諧振頻率4，再分別調(diào)節(jié)第一可調(diào)電感模塊（2)和第二可調(diào)電感模塊（8)的大小，使電 容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)檢測(cè)電路處于諧振狀態(tài)，或者先分別調(diào)節(jié)第一可調(diào)電 感模塊（2)和第二可調(diào)電感模塊（8)的大小，根據(jù)電感值和耦合電容值來(lái)設(shè)定諧振頻 率&的大小，在諧振狀態(tài)下，電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)檢測(cè)電路的等效阻抗 y2;rA)+(T^T+你灰卵 +(?+?)(7^+如A )(7^十;2;^)呈現(xiàn)純阻 性，其中，f為交流激勵(lì)源（1)的激勵(lì)電壓Ui的頻率,L1為第一可調(diào)電感模塊（2)的電感，Cl為激勵(lì)電極（5)、絕緣測(cè)量管道（4)和管道中導(dǎo)電液體形成的耦合電容，L2S第二可調(diào)電感 模塊⑶的電感，C2為檢測(cè)電極（6)、絕緣測(cè)量管道（4)和管道中導(dǎo)電液體形成的耦合電容， C1=C2，R為激勵(lì)電極（5)和檢測(cè)電極（6)之間導(dǎo)電液體的等效電阻，R1為激勵(lì)電極（5)和 金屬法蘭連接件（9)之間導(dǎo)電液體的等效電阻值，R2為檢測(cè)電極（6)和金屬法蘭連接件（9) 之間導(dǎo)電液體的等效電阻值，k為激勵(lì)電極（5)和檢測(cè)電極（6)之間距離與激勵(lì)電極（5)、 檢測(cè)電極（6)分別和金屬法蘭連接件（9)之間距離的比值，R1=R2=kR; 2) 在電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)檢測(cè)電路處于諧振狀態(tài)時(shí)，利用 信號(hào)處理模塊（12)對(duì)電導(dǎo)檢測(cè)電路中的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換并得到最終輸出信號(hào) u.R,uR. ",,= ，其中，心為信號(hào)處理模塊（12)中電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的 乙RK 系數(shù)，Gm ，為輸入的待測(cè)導(dǎo)電液體的電導(dǎo)值，可見(jiàn)，雙電感結(jié)構(gòu)的使用使傳感器的輸入 K 輸出特性在原理上呈現(xiàn)線性。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量方法，其特 征在于：依據(jù)= = ，若先設(shè)定諧振頻率&的大小，則通過(guò)分別調(diào)節(jié)第 2πyL1C1 2πyL2C2 一可調(diào)電感模塊（2)和第二可調(diào)電感模塊（8)的大小，使電路達(dá)到諧振狀態(tài)，此時(shí)，第一可 調(diào)電感L1的感抗與由激勵(lì)電極（5)、絕緣測(cè)量管道（4)和管道中導(dǎo)電液體形成的耦合電容 (^的容抗相互抵消，第二可調(diào)電感1^ 2的感抗與由檢測(cè)電極（6)、絕緣測(cè)量管道（4)和管道中 導(dǎo)電液體形成的耦合電容(：2的容抗相互抵消，使得電路的等效阻抗為ZK=R;若先分別調(diào) 節(jié)第一可調(diào)電感模塊（2)和第二可調(diào)電感模塊（8)的大小，使第一可調(diào)電感L1的感抗和第 二可調(diào)電感1^2的感抗分別與耦合電容CdP(：2的容抗相互抵消，此時(shí)可根據(jù)LpL2、CdPC2 的值來(lái)設(shè)定激勵(lì)頻率的大小，此時(shí)電路呈諧振狀態(tài)，等效阻抗為ZK=R。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)型電容耦合式雙電感結(jié)構(gòu)非接觸電導(dǎo)測(cè)量方法，其特 征在于：在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下，C1=C2不一定能夠得到滿足，此時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一可調(diào)電感模 塊⑵和第二可調(diào)電感模塊⑶的大小，使，設(shè)定交流激勵(lì)源（1) 2π]jL1C1 2π\(zhòng)UC2 的激勵(lì)電壓Ui的激勵(lì)頻率f為諧振頻率f^，從而使電路達(dá)到諧振狀態(tài)，其等效阻抗依然為Zk=R，呈純阻性。
【文檔編號(hào)】G01R27/22GK104459333SQ201410734121
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】冀海峰, 呂穎超, 王保良, 黃志堯, 李海青 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)