[發(fā)明專(zhuān)利]用于電磁式溶液電導(dǎo)率測(cè)量的輸入電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810040546.4
• 申請(qǐng)日: 2008-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101629924A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王馮晉;王長(zhǎng)林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/02
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/02;G01R27/22
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陳 亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電磁式溶液電導(dǎo)率測(cè)量的輸入電路，屬于測(cè)量?jī)x器技 術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

溶液電導(dǎo)率作為一種重要的電化學(xué)分析參數(shù)，其測(cè)量已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化 工、冶金、生物、醫(yī)學(xué)、糧食、水利、環(huán)保、能源等領(lǐng)域。電導(dǎo)率測(cè)量分為接 觸式和非接觸式。非接觸式電導(dǎo)率測(cè)量采用電磁感應(yīng)原理，也稱(chēng)電磁式電導(dǎo)率 測(cè)量或感應(yīng)式溶液電導(dǎo)率測(cè)量。由于檢測(cè)元件不與被測(cè)溶液有直接的電接觸， 傳感器堅(jiān)固，不怕腐蝕，沒(méi)有極化現(xiàn)象，壽命很長(zhǎng)。電磁式電導(dǎo)率測(cè)量的基本 方法已被發(fā)明，應(yīng)用有很久的歷史了。例如，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US2542057中， M.J.Relis在1951年就公開(kāi)了基本的原理。用二個(gè)圓形磁環(huán)同軸布置，組成的 傳感器，其外部包有耐腐蝕絕緣材料，二磁環(huán)的內(nèi)孔做成一個(gè)溶液的通道，在 激勵(lì)線圈中通入交流電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在激勵(lì)磁環(huán)中產(chǎn)生相應(yīng)的交變 磁通，使被測(cè)溶液環(huán)路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，表現(xiàn)為交叉于激勵(lì)磁環(huán)和測(cè)量磁環(huán)的 電流環(huán)，此電流環(huán)又在測(cè)量磁環(huán)中產(chǎn)生交變磁通，從而在感應(yīng)線圈上產(chǎn)生感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)，溶液中的感應(yīng)電流與溶液電導(dǎo)率相關(guān)，感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(開(kāi) 路電壓)與溶液中的電流成正比，因此，測(cè)得感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即可 求得溶液電導(dǎo)率。用公式G＝C/R來(lái)計(jì)算溶液電導(dǎo)率，其中C為電極常數(shù)，R 為被測(cè)溶液環(huán)路的等效電阻。

以前，感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)常用電橋平衡法來(lái)測(cè)量，精度不高，自動(dòng) 化程度不高。現(xiàn)在由于電子技術(shù)的發(fā)展，一般不再用電橋平衡法。

在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US?5455513A1中，F(xiàn)almouth?Scienctific在1995年介紹的系 統(tǒng)中，采用電流補(bǔ)償法，或叫零電流法。在感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電流與測(cè)量裝置 中的補(bǔ)償電流相平衡。如果感應(yīng)電流與補(bǔ)償電流不同，產(chǎn)生一個(gè)誤差電流，則 將誤差放大，經(jīng)同步整流，積分電路，積分電路的直流輸出會(huì)改變；再通過(guò)同 步開(kāi)關(guān)，反饋電阻，補(bǔ)償電流會(huì)改變，這是一種負(fù)反饋，直到電流平衡，誤差 電流為零，積分電路的輸入為零，積分電路的直流輸出不再改變。在反饋電阻 一定時(shí)，積分電路的直流輸出與溶液電導(dǎo)率成正比。這是比較高精度的方法， 因?yàn)楫?dāng)感應(yīng)線圈的端電壓為零時(shí)，感應(yīng)線圈的感應(yīng)電流與溶液電導(dǎo)率成正比， 且只與線圈匝數(shù)比有關(guān)，與磁環(huán)的導(dǎo)磁率關(guān)系很小。但是由于它是一種間接測(cè) 量法，電路較復(fù)雜，因?yàn)樗姓螂娐?從電流誤差到積分電路的直流輸出)， 和反向電路(積分電路的直流輸出到補(bǔ)償電流)，在量程改變時(shí)，正向電路和 反向電路的參數(shù)一般都要改變。而且積分電路中的積分電容要求較高。因此成 本較高。

感應(yīng)電流直接測(cè)量法的基本原理是用某幅值的交流電壓激勵(lì)傳感器，采用 電流-電壓變換電路將感應(yīng)線圈中的交流感應(yīng)電流變換成交流電壓波形，并確保 感應(yīng)線圈端電壓為零。再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯螅⒔?jīng)過(guò)整流，得到直流電壓，該直 流電壓正比于被測(cè)溶液電導(dǎo)率。電流-電壓變換電路將感應(yīng)線圈中的交流感應(yīng)電 流變換成交流電壓波形，已有一些形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如US4220920介紹的是有電 容隔直流的運(yùn)放電路加一只反饋電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，它看起來(lái)較簡(jiǎn)單，但也有缺點(diǎn)， 一是電容隔直流或多或少對(duì)交流有一些衰減，二是電容體積較大，三是隔直電 容與感應(yīng)線圈串聯(lián)接在運(yùn)放的負(fù)輸入端，易引起振蕩。所以沒(méi)有隔直電容的電 路是有一定好處的。

另外，電導(dǎo)率測(cè)量中，提高測(cè)量過(guò)程的可靠性變得越來(lái)越被重視。如果沒(méi) 有特殊的考慮，測(cè)量系統(tǒng)的斷路，會(huì)與零電導(dǎo)(或極低電導(dǎo)率)相混淆。 US6414493提出在兩個(gè)磁環(huán)中各增加一個(gè)單匝的線圈，它們之間串上一只較大 的電阻，它們會(huì)使測(cè)量值增加一個(gè)固定的偏置。在正常的情況下，該偏置可以 被校正掉，但當(dāng)線圈或電纜發(fā)生斷路時(shí)，測(cè)量電路就會(huì)得到一個(gè)明顯的負(fù)電導(dǎo)， 因此可以用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的斷路。但是，在磁環(huán)中增加線圈畢竟增加了復(fù)雜性。 因此，在測(cè)量裝置中發(fā)明較簡(jiǎn)單的電路，來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的斷路，是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種既簡(jiǎn)單、精確、又可靠的用于電磁 式溶液電導(dǎo)率測(cè)量的輸入電路。