[發明專利]基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201310007288.0
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103675460A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王保良;李先上;龔和;冀海峰;黃志堯;李海青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明涉及電導檢測技術，尤其涉及一種基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置及方法。

背景技術

管道中的液相體系廣泛存在于冶金、化學化工、生物醫藥、環境保護和污水處理等工業領域。電導率是液體的基本物理參數之一，通過對電導率的測量，不僅可以了解液體的導電能力，還可以得到液體的其他特性參數，如濃度、液體組分、化學反應速率等，這些參數在工業生產中具有重要意義。正是因為液體的很多特性參數都會反映為其電導率的變化，所以管道中液體電導率的測量在科研和生產中有廣泛的應用和重要的研究意義。

電極電導率測量法因其電極結構相對簡單，造價較低，測量范圍廣泛而成為一種普遍的電導率測量方法。電極電導率測量法又可分為接觸式檢測和非接觸式檢測兩種。接觸式電導檢測需要將電極浸沒于液體中，在電極上施加電壓，流過電極之間的電流和被測液體的電導率成正比，通過測量電流值得到電導率的數值。這種方式由于電極直接與溶液接觸，易存在電極極化效應和電化學腐蝕等問題，從而影響測量的準確度，縮短電極的使用壽命。1998年，Zemann等和Fracassi?da?Silva等分別提出了用于毛細管道上的電容耦合式非接觸電導測量方法，這種非接觸式電導測量方法在絕緣管道外壁安裝兩個間隔一定距離的環狀電極，即激勵電極和檢測電極，電極與管道中的溶液形成耦合電容，管道中的導電液體等效為電阻，他們共同構成了電容-電阻-電容串聯的等效電路。當對激勵電極施加交流電壓時，檢測電極就可以得到可以反映管道溶液電阻大小的交流電流。這種非接觸電導測量方法避免了電極與管道中的溶液接觸，彌補了接觸式電導測量方法存在缺陷，從而使這種方法受到越來越多的關注。

現有的電容耦合式非接觸電導裝置由于耦合電容的影響，所能測量的電導率范圍較小，分辨率不高，不適宜用于濃度較高溶液電導率的測量。

發明內容

本發明的目的是克服當前技術的不足，提供一種穩定、可靠的基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置及方法。

基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置包括電導傳感器、信號發生器、信號處理模塊、數據采集模塊和計算機，所述的電導傳感器包括絕緣測量管道、激勵電極和檢測電極，激勵電極和檢測電極安裝在絕緣測量管道的外壁上，激勵電極與信號發生器相連接，信號處理模塊包括電流-電壓轉換模塊和相敏解調模塊，檢測電極與信號處理模塊的電流信號輸入端連接，信號處理模塊的電壓信號輸出端與數據采集模塊的信號輸入端連接，數據采集模塊與計算機相連接。信號發生器為相敏解調模塊中的兩個乘法器分別提供同相參考信號和正交參考信號。

所述的基于相敏解調的電導傳感器檢測等效電路為：信號發生器同向參考信號輸出端與激勵電極、絕緣測量管道內的被測導電溶液所形成的第一耦合電容C_X1一端連接，第一耦合電容C_X1的另一端與導電溶液的等效電阻R_X的一端相連接，導電溶液的等效電阻R_X的另一端與檢測電極和絕緣測量管道內的被測導電溶液所形成的第二耦合電容C_X2相連接。

所述的信號處理模塊電路包括第一電阻R1、第一運算放大器A1、第二運算放大器A2、第三運算放大器A3、第一乘法器（V_ref0）M1、第二乘法器（V_ref90）M2、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4；