[發明專利]一種可補償環境變化的電導率測量裝置及測量方法在審

申請號：	202011260427.7	申請日：	2020-11-12
公開（公告）號：	CN112526212A	公開（公告）日：	2021-03-19
發明（設計）人：	杜立彬;陳光源;李正寶;孟祥謙;呂婧	申請（專利權）人：	山東科技大學
主分類號：	G01R27/08	分類號：	G01R27/08;G01R1/44;G01R1/30;G01R1/00
代理公司：	青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247	代理人：	劉娜
地址：	266500 山東***	國省代碼：	山東;37
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種補償環境變化電導率測量裝置測量方法
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【權利要求書】：

1.一種可補償環境變化的電導率測量裝置，其特征在于，包括電導率傳感器和信號處理電路，所述電導率傳感器包括位于傳感器外殼內的初級磁芯、次級磁芯和液體導流管，所述液體導流管穿過初級磁芯和次級磁芯，所述初級磁芯上繞有初級繞組，所述次級磁芯上繞有次級繞組，所述初級繞組和次級繞組的纏繞方向相反；所述初級磁芯和次級磁芯之間有液體回路和電阻回路，所述液體回路上存在液體電阻R_w，所述電阻回路的導線在初級磁芯和次級磁芯上各繞一圈并在兩磁芯間隙處交叉，所述電阻回路中串入回路電阻R_r和模擬開關S1；所述信號處理電路包括依次連接的反相放大電路、積分電路、采樣保持電路、A/D模塊和MCU，所述采樣保持電路包括并聯的采樣保持電路I和采樣保持電路II。

2.根據權利要求1所述的一種可補償環境變化的電導率測量裝置，其特征在于，所述反相放大電路和積分電路之間設置模擬開關S2，所述積分電路的電容C1兩端并聯模擬開關S3，所述積分電路和采樣保持電路I之間設置模擬開關S4，所述積分電路和采樣保持電路II之間設置模擬開關S5。

3.一種可補償環境變化的電導率測量方法，采用如權利要求2所述的一種可補償環境變化的電導率測量裝置，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，將電導率傳感器浸入待測液體中，液體導流管的內部及傳感器外殼的外部充滿待測液體，形成液體回路；

步驟二，MCU控制產生激勵信號，輸入初級繞組，所述激勵信號為標準方波信號；

步驟三，液體回路和電阻回路產生的鋸齒波形感應電動勢經反相放大電路放大后，由積分電路進行累加，而后進入采樣保持電路I和采樣保持電路II，等待A/D模塊讀取、轉換；通過控制模擬開關S1～S5的開啟和閉合，控制電信號的流向，分別測量液體回路產生的感應電動勢V_w，和電阻回路產生的感應電動勢V_r；

步驟四，計算液體回路的電導率k_w，

其中，k_r表示電阻回路的電導率，K_c表示電導率傳感器的電導池常數，R_r為回路電阻，K_c和R_r均為定值。

4.根據權利要求3所述的一種可補償環境變化的電導率測量方法，其特征在于，所述步驟三的具體方法如下：

(1)在t₀～t₁時刻，S1斷開，此時，僅有液體回路閉合，在激勵信號的作用下，次級繞組上產生與待測液體電導率正比相關的感應電動勢V_w，感應電動勢V_w由反相放大電路放大后，經模擬開關S2，進入積分電路，在t₀時刻，模擬開關S3閉合1/10個方波周期，使得積分電路復位清零；在t₀～t₁時刻，模擬開關S2僅在激勵方波輸出高電平時閉合，積分電路的輸出電壓值在此段時間內直線增加，即輸出為在t₁時刻，積分電路的輸出電壓簡記為V_w；在t₁時刻前的最后一個激勵方波周期高電平輸出時，模擬開關S4閉合半個方波周期，采樣保持電路I進行跟蹤采樣，S4斷開后，采樣保持電路I進入電壓保持狀態，其輸出電壓V_w與液體電導率正比相關，經A/D模塊轉化為數字量，存入MCU；

(2)在t₁～t₂時刻，S1閉合；此時，在激勵信號的作用下，次級繞組上產生與待測液體電導率和回路電阻值同時相關的感應電動勢；在這一時段，模擬開關S2在激勵方波輸出低電平時閉合，進入積分電路的感應電動勢包含V_w和V_r兩部分，其中，V_w與t₀～t₁時刻的V_w方向相反；由于電阻回路是交叉纏繞，所以因其而產生的感應電動勢V_r與V_w方向相反；因此，在這一時段積分電路的凈輸出為由于t₀～t₁與t₁～t₂的時間間隔相同，所以在t₂時刻，積分電路的輸出電壓為或僅與電阻回路相關，簡記為V_r；在t₂時刻前的最后一個激勵方波周期低電平輸出時，模擬開關S5閉合半個方波周期，采樣保持電路II進行跟蹤采樣，S5斷開后，采樣保持電路II進入電壓保持狀態，輸出電壓V_r與電阻回路電導率正比相關；經A/D模塊轉化為數字量，存入MCU。