电磁式溶液电导率的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电磁式溶液电导率的测量方法及装置，用以通过浸入被测溶液的传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一磁环上设激励线圈，另一磁环上设有感应线圈，该方法包括，将感应线圈侧获得的交流方波电流变成交流方波电压，经适当整流成直流电压，但在整流后，用采样保持电路将交流方波电流转换方向时的过渡过程避开。因此检波后获得的直流电压正比于电导值。这样精度大大提高，而且电缆线长度的影响减少到最小。本发明专利技术还包括传感器线圈的直流电阻及连接电缆电阻影响的修正方法，使测量更精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁式溶液电导率的测量方法及装置，属于测量仪器

技术介绍
溶液电导率作为一种重要的电化学分析参数，其测量已经广泛地应用于化 工、冶金、生物、医学、粮食、水利、环保、能源等领域。电导率测量分为接 触式和非接触式。非接触式电导率测量采用电磁感应原理，也称电磁式电导率测量。由于检 测元件不与被测溶液有直接的电接触，传感器坚固，不怕腐蚀，没有极化现象，寿命很长。电磁式电导率测量的基本方法已被专利技术，并有很久的应用历史了。例如，在美国专利US2542057中，M丄Relis在1951年就公开了基本的原理。 用二个圆形磁环同轴布置，组成传感器，其外部包有耐腐蚀绝缘材料，二磁环 的内孔做成一个溶液的通道，在激励磁环的激励线圈中通入交流电流，根据电 磁感应原理，在激励磁环中产生相应的交变磁通，使被测溶液环路中产生感应 电流，表现为交叉于激励磁环和测量磁环的电流环，此电流环又在测量磁环中 产生交变磁通，从而在测量磁环的感应线圈上产生感应电动势。由于溶液中的感应电流与溶液电导率相关，感应线圈中的感应电动势(开 路电压)与溶液中的电流成正比，因此，测得感应线圈中的感应电动势，即可 求得溶液电导率。用公式G=C/R来计算溶液电导率，其中C为电极常数，R 为被测溶液环路的等效电阻。传统上，激励电压通常为交流正弦波，感应线圈 中的感应电动势常用电桥平衡法来测量，精度不高，自动化程度不高。现在由 于电子技术的发展， 一般不再用电桥平衡法。感应电压测量法是比较简单的，仍在使用，例如在"电磁式电导浓度仪"， 化工自动化及仪表，1997， 24(1): 56~58，中介绍的方法。溶液中的感应电流与溶液电导率相关，感应线圈中的感应电动势(开路电压)与溶液中的电流成 正比，因此，测得感应线圈中的感应电动势，即可求得溶液电导率。但是，这 种方法中，感应线圈中的感应电压除了与溶液电导率相关外，还与激励线圈的 电感量有关，因此，测量的线性稍差，又由于磁环的导磁率与温度等因数有关， 所以激励线圈的电感量容易有温飘，测量精度不太高。在美国专利US5455513A1， Falmouth Scienctific在1995介绍的系统中， 采用电流补偿法，或叫零电流法。在感应线圈中的感应电流与测量装置中的补 偿电流相平衡。如果感应电流与补偿电流不同，产生一个误差电流，则将误差 放大，经同步整流，积分电路，积分电路的直流输出会改变；再通过同步开关， 反馈电阻，补偿电流会改变，这是一种负反馈，直到电流平衡，误差电流为零， 积分电路的输入为零，积分电路的直流输出不再改变。在反馈电阻一定时，积 分电路的直流输出与溶液电导率成正比。这是比较高精度的方法，因为当感应 线圈的端电压为零时，感应线圈的感应电流与溶液电导率成正比，且只与线圈 匝数比有关，与磁环的导磁率关系很小。但是由于它是一种间接测量法，电路 较复杂，因为它有正向电路(从电流误差到积分电路的直流输出)，和反向电 路(积分电路的直流输出到补偿电流)，在量程改变时，正向电路和反向电路 的参数一般都要改变。而且积分电路中的积分电容要求较高。因此这种装置成 本较高。有鉴于目前电磁式和感应电压式溶液导电率测量装置的缺点，有必要专利技术 一种既简单，又精确的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种既简单，又精确的电磁式溶液电导 率的测量方法及装置。本专利技术提出一种电磁式溶液电导率的测量方法，用以通过浸入被测溶液的 传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一磁环上设激励线圈，另一磁环上设有感应线圈，该方法包括以下步骤 使用一交流方波电压对该激励线圈进行激励； 测量该感应线圈内的电流； 将该电流转换为电压；对该电压波形进行同步检波；利用采样保持器避开该检波后的波形的过渡过程； 将采样保持器输出的电压进行模数转换；以及 依据模数转换的结果计算溶液电导率。在上述的电磁式溶液电导率的测量方法中，在将该电流转换为电压的步骤 中，使该感应线圈输出的端电压为零。在上述的电磁式溶液电导率的测量方法中，计算该溶液电导率G的方法包括"A; G=C/R;C为该传感器的常数；V5为该交流方波电压的激励电压；N为该激励线圈 与该感应线圈的匝数；R为被测溶液环路的等效电阻。在上述的电磁式溶液电导率的测量方法中，考虑到传感器线圈的直流电阻 及连接电缆电阻不是小到可以完全忽略，它们对测量的线性会有一定的影响，本专利技术还包括将被测溶液环路的等效电阻R修正为 /77V2 TV2 ，其中Ru为激励线圈及其连接电缆的直流电阻，RL2为感应线圈及其连接电缆的直流电阻；k是l 1.4综合系数。在一个实施例中，综合系数A取为1.2。本专利技术提出另一种电磁式溶液电导率的测量方法，用以通过浸入被测溶液 的传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一磁环上设激励 线圈，另一磁环上设有感应线圈，该方法包括以下步骤使用一交流方波电压对该激励线圈迸行激励；测量该感应线圈内的电流；将该电流转换为电压；将对该电压进行模数转换；执行一加减法运算以实现同步检波，其中避开该电压的过渡过程中的模数 转换值，以及依据该加减法运算的结果计算溶液电导率。从另一方面看，本专利技术提出一种电磁式溶液电导率的测量装置，用以通过浸入被测溶液的传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一 磁环上设激励线圈，另一磁环上设有感应线圈，该测量装置包括 激励电路，使用一交流方波电压对该激励线圈进行激励； 电流-电压转换电路，将该感应线圈内的电流转换为电压； 同步检波器，连接该电流-电压转换电路，对该电压波形进行同步检波； 采样保持器，连接该同步检波器，用以除去该检波后的波形中的过渡过程； 模数转换器，连接该采样保持器，对采样保持器的输出进行模数转换；以及控制器，依据模数转换的结果计算溶液电导率。本专利技术还提出另一种电磁式溶液电导率的测量装置，用以通过浸入被测溶液的传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一磁环上设激励线圈，另一磁环上设有感应线圈，该测量装置包括激励电路，使用一交流方波电压对该激励线圈进行激励； 电流-电压转换电路，将该感应线圈内的电流转换为电压； 模数转换器，对该电流-电压转换电路的输出进行模数转换；以及 控制器，用加减法计算实现同步检波的功能，其中在计算时避开该电压的过渡过程中的模数转换值，依据该加减法运算的结果计算溶液电导率，。本专利技术的电磁式溶液电导率的测量方法相比已有的测量方法具有如下有益效果能够用比较简单和低成本的电路和方法，即使在传感器与测量装置之间的连接电缆很长，也能精确测量溶液电导率。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式作详细说明，其中图1是本专利技术电磁式溶液电导率的测量装置的一实施例的示意图。 图2是图1所示测量装置的各主要电压波形。 图3是示出电流-电压(i-v)转换电路的一种实施实例。 图4是同步检波及采样保持(S-H)电路的一种实施实例。 图5A是采样保持(S-H)定时电路的一种实施实例。图5B是图5A的采样保持(S-H)定时电路的主要时序图。图6是本专利技术电磁式溶液电导率的测量装置的另一实施例的示意图。具体实施例方式图1示出本专利技术电磁式溶液电导率的测量装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁式溶液电导率的测量方法，用以通过浸入被测溶液的传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一磁环上设激励线圈，另一磁环上设有感应线圈，该方法包括以下步骤：　使用一交流方波电压对该激励线圈进行激励；　测量该感应线圈 内的电流；　将该电流转换为电压；　对该电压波形进行同步检波；　利用采样保持器避开该检波后波形的过渡过程；　将采样保持器输出的电压进行模数转换；以及　依据模数转换的结果计算溶液电导率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王长林，王冯晋，夏军，王晓凯，J安曼，
申请(专利权)人：梅特勒托利多仪器上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]