CN100451633C - 流体导电性检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体导电系数检测装置，所述检测装置包括两个圆柱形的共轴电极(2、3)，所述电极头尾相连的安装并且沿轴向叠置于相同的绝缘材料体上，被称作所述内部电极的所述两个电极(2、3)中的一个部分穿过被称作所述外部电极(2)的至少部分中空的另一个电极，其特征在于，所述绝缘材料体(1)包括一个中空部(10)，所述两个电极(2、3)通过所述中空部(10)得以放置，从而形成两个圆柱形的空间，其中一个空间为在所述中空部(10)之内壁(23)以及所述外部电极(2)之外壁(24)之间形成的外部空间(6)，另一个是在所述内部电极(3)之所述外壁(20)以及所述外部电极(2)之内壁(19)之间形成的内部空间(7)，所述外部空间(6)使得所述检测装置之流体入口以及出口(11a、11b)之间相连通，其流入所述中空部(10)并且与所环绕的所述内部空间(7)流体连通，所述内部空间(7)用作一个导电系数检测区域。

Description

流体导电性检测装置

技术领域

本发明涉及通过检测水的导电性或电阻系数(1欧姆·厘米的电阻系数＝1/导电系数西门子·厘米)确定水之纯度的领域，尤其是涉及一种具有导热补偿以及沿轴向叠置之共轴电极的传导装置，所述装置能够安装于需被检测之水路中。然而，本发明还可应用于测量任何一种流体的导电系数。

背景技术

许多现代化的技术应用在操作过程中均需要纯水或超纯水，尤其是在化学、制药、医疗以及电子工业更是如此。

除了上述与水的纯度相关的问题外，还需要改进用于检测纯水品质之仪器的性能。

一个导电元件用作确定水之离子纯度的装置。这一类型的元件有效地利用了水的一个特性，即其导电系数与其中所包含的粒子的密度成比例。当水的纯度增加时，其导电系数减小，同时其电阻系数增大。相应地，为了测量水的导电系数，浸入需被测量纯度之水中的两个相间导电面之间的电阻可以得以测定。在知晓了所述两个表面的几何形状以及其间隔的距离之后，就可以基于所述电阻之测量值计算水的导电系数及其离子的密度，从而确定水的纯度。

所述被测量的水的电阻取决于所述电极表面的几何形状以及其间的距离，两者共同限定了元件常数(元件常数＝距离厘米/面积平方厘米)。如果所述检测装置常数的值降低，则所述被测之纯水或超纯水之导电系数的精度增大。基于此，国标通常推荐所述检测装置常数的范围在0.1-0.01的范围内。

由此可见，使得所述常数的值最小化是有益的。在所述检测装置具有共轴且沿轴向叠置之圆柱形电极的情形下，在此有两种选择：

-增大电极的面积(即所述电极的长度以及/或直径)，或者

-减小所述内部电极以及所述外部电极之间的间隔。

为了使得水的流速降低，最好使用小的元件，在这种情形下，上述两种选择中的第一种不宜采用。

因而，为了增加具有圆柱形电极置共轴元件的精度，所述电极之间的间隔必须被减小。在所述电极之间、与所述内部电极之外径以及所述外部电极之内径比值成函数关系的水的电阻系数遵守对数定律。越远离所述电极，所述检测装置常数越大并且所述测量的精度越低。

根据对数定律的对数特性，不仅使得所述两个电极之间的距离减小是有益的，同时使得元件常数减小也是有益的，更重要的是在大量生产的过程中通过设计使得所有被生产之元件具有相同的元件常数；从而使其部分的满足上述标准。

此外，纯水或超纯水具有一个很高的且受水温影响的电阻系数。在测量与所述电阻系数相对应的导电系数时，如果想得到一个精确的结果，则在分析时需要知晓水的温度。因此所述导电系数检测装置通常除了电极之外还具有一个温度传感器。

所述传感器的设置必须能够确保得到一短的反应时间，以便于被检测的所述两个电极之间的电阻与同一时间由所述传感器检测之温度相对应。

此外，大部分的导电元件被设计成直接位于水路中，以便于在实际中连续地确定所述水的导电系数。

这就导致了两个主要、在目前只是部分解决的问题，即“死区”以及水头抑损。

在某些元件中，尤其是在电极之间的检测区域存在例如由于所述检测装置的安装而导致的水停滞的区域(“死区”)。因而所述电阻系数的检测并非在“新鲜”的水中，而是在具有停滞区域的水中，相应的这就不能代表流过所述检测装置之水的真实的电阻系数。因此设计所述两个电极之间的间隔以避免水的停滞是重要的。

根据所述检测装置结构的不同，当所述检测装置被安装于一水路中时，所述检测装置之入口以及出口之间也可以观察到或多或少的水头抑损。和其他的检测工具一样，所述检测装置与其周围的环境发生干扰。因此尤其是如果在无需所述检测装置的情形下进行操作时，有必要限制环境的影响以便于不会使得所述水路的性能降级。

现有的技术无法提供一装置，以便于准确地控制由于穿过所述检测装置之水的通路而导致的压力降低以及紊乱，具体地说是由于穿过所述检测装置之所有的水通过所述两个电极之间而引起的。

此外，现有的元件通常结构及装配复杂，其必须和预先设置的各种约束相结合，其包括密封的使用、螺纹固定以及辅助的中心定位面，以便于所述电极得以准确地定位，这就使得所述装置的成本增加，同时装配所花费的时间也加大。

在英国专利文献GB2210459所披露的一种装置中，其采用了O形环，所述O形环不仅用作密封，还使得所述内部电极相对于所述外部电极对中。从机械设计的角度看，一个O形环是无法提供一个准确地实现中心定位的功用的，尤其是当所述这种功用的准确性影响到所述检测装置常数以及所述检测装置之性能时更是如此。此外，所述密封以及机制螺纹的使用使得所述检测装置的制造成本加大。

美国专利US4767995披露了一种导电系数检测装置，所述检测装置可调节以适应各种不同量级的检测指令。所述调节通过一个螺纹杆而实施，所述螺纹杆使得所述内圆柱形电极在一孔中平移以便于或多或少的远离所述外部电极。由于所采用的这种设计，鉴于很难使得所述内部电极相对于所述外部电极准确地返回至同一位置，所述检测装置无法确保所述两个测量点之间的所述检测装置常数得以稳定。使用这种类型元件对所述测量精度的影响远大于使用不可调节之所述检测装置对所述测量精度的影响。此外，这种类型的元件需要大量复杂的部件，这就需要对所述移动部件进行加工、安装、车制内外螺纹以及密封，相应的这就使得制造成本加大。

最后，如同前面的两份文献，美国专利US3916300披露了一种具有同心圆柱形电极的装置，所述检测装置安装于罩上并且通过固定并安装于所述电极上的部分而对中，基于前面提及的原因，这就使得制造成本加大。

最后，应当指出的是，在上述三个文献中，进入所述检测装置的所有的水在所述两个电极之间穿行，当所述检测装置被安装于一水路中，其将产生带来问题的水头抑损。基于此，应当指出的是，在上述三个案例中，其中的设计均体现出避免所述“死区”出现的初衷。

发明内容

本发明意欲克服上述体积现有技术之缺陷。

本发明的一个目的是提供一种适于安装在需被检测之流体循环通路中的流体导电系数检测装置，所述检测装置包括两个圆柱形的共轴电极，所述电极头尾相连的安装并且沿轴向叠置于相同的绝缘材料体上，被称作所述内部电极的所述两个电极中的一个部分穿过被称作所述外部电极的至少部分中空的另一个电极，所述检测装置的特征在于，所述绝缘材料体包括一个中空部，所述两个电极通过所述中空部得以放置，从而形成两个圆柱形的空间，其中一个空间为在所述中空部之内壁以及所述外部电极之外壁之间形成的外部空间，另一个是在所述内部电极之所述外部空间以及所述外部电极之内部空间之间形成的内部空间，所述外部空间使得所述检测装置之流体入口以及出口之间相连通，其流入所述中空部并且与所环绕的所述内部空间流体连通，所述内部空间用作一个导电系数检测区域。

作为本发明一最佳且可组合使用的特征：

所述电极被强制安装于所述绝缘材料体的中空部中，其中所述中空部的每一端向外侧打开；

所述电极以及所述绝缘材料体之间的固定通过至少一个三角形的环实现，其中所述环位于所述每一电极之一固定部；

所述每一电极之所述固定部具有一个与所述环平行的环槽；

所述外部电极之一形成所述内部空间之所述外壁并且沿所述外部电极之所述固定部延伸的中空检测区域的盲端具有开口，所述开口能够使得所检测区域与所述外部空间流体连通；

一最好向所述检测装置的外部开口的凹腔，所述凹腔在所述绝缘材料体上的设置使得其中能够放置一个温度传感器，所述温度传感器适于和需被检测之流体相接触，或者所述内部电极是中空的以便于能够在其中放置一个温度传感器；

所述温度传感器放置在一支撑体上，所述支撑体最好具有一个台肩以便于和所述绝缘材料体之所述辅助台肩相结合以使得所述温度传感器得以固定于所述绝缘材料体中；

所述温度传感器为电热型或铂探测型；

所述支撑体采取用于传感器的指尖防护套的结构；

所述流体入口位于所述外部电极之所述检测区域的一纵向端部，所述流体出口位于所述检测区域之另一端；

所述流体入口以及出口彼此成一定角度，最好是180°；

所述内部电极是一实心电极；

所述流体入口、出口以及用于放置传感器的凹腔与所述中空部之轴线相互垂直的延伸；

所述电极具有相同的电连接终端。

本发明的特征在于所述检测装置受压，两个电极以首尾相连的方式被强制安装于同一绝缘材料体，为所述电极设置的两个空间在相同的心轴上模制(以及/或机制)，从而确保所述两个电极在安装于所述绝缘材料体上时具有良好的同心性。

更具体地说，只有一部分进入所述检测装置的流体被用于检测所述导电系数，其余的流体则被直接引向所述检测装置的出口。

基于此，所述检测装置被设计成在所述绝缘材料体内部具有两个空间，其中一个空间使得所述流体流经所述电极之首尾相连的位置处并且用作所述导电系数检测区域，同时所述另一空间位于所述绝缘材料体以及所述外电极之间，其使得大部分的流体不经过所述第一空间而直接流向所述出口。

此外，所述每一电极之外固定端可以设置像鱼叉一样有刺的环，即使所述检测装置中流有高压流体时，其也能够使得所述电极相对于所述绝缘材料体的密封及固定得以确保。

这样一来，所述检测装置无需采用密封部件。

所述流体的温度由一个电热器或铂探测器测量，其可以安装于所述检测装置之所述绝缘材料体的一个凹腔中，位于所述内电极的内侧，被插入并用作一个保护套，或者安装于一个最好被卷曲的护套上。

所述温度探测器还可安装于插套于所述绝缘材料体之一孔中的弹性部件内。所述弹性部件使得所述探测器相对于所述绝缘材料体密封并固定，并且使得所述探测器的头部直接与所述流体接触，这就使得所述探测器的反应时间加快。

所述电极被强制进入在相同的心轴上模制的模压空间，这就使得所述两个电极之间的相对位置关系很精确，在大批量的生产时能够得到一低且准的装置常数。所述空间以及所述电极之间的紧配合使得所述检测装置得以密封。

此外，只利用流经所述检测装置的流体而进行检测使得所述水头抑损减小，并且使得所述检测装置可以通过对构成所述内部通路之所述部件形状的改变(所述绝缘材料体之所述中心凹腔、电极、所述两个内部空间的几何形状等等)而得以适用于不同的应用场合(压力、流速等等)。

通过上述对本发明结构的简化，本发明之所述检测装置由于只具有四个主要组件(一个绝缘材料体、两个电极以及一个温度检测总成)，故其非常经济。本发明之所述检测装置能够快速的安装，无需密封以及调节，其使得所述这种装置的制造成本大大地降低。

此外，即使所述检测装置内产生高压，所述三角形环也能够确保所述电极得以定位。

本发明还涉及一种输送、处理或控制流体的装置，所述装置的特征在于其具有一个如上所述的导电系数检测装置。

其可以是一个流体控制管路，例如一个具有反向渗透性或类似功用之卡盘的壳体，或者一水处理设备组件。

所述检测装置之所述绝缘材料体最好与所述装置一体，这样可以使得加工得以简化并且能够降低制造成本。

最后，所述温度传感器可以直接与所述流体接触以得到一最优的反应时间，从而提高测量的准确度。

附图说明

通过下面根据附图对本发明的描述，本发明之其他有益效果将变得更明显，其中：

图1是本发明之一导电系数检测装置最佳实施例的剖视图，以及

图2是图1之所述检测装置中的外部电极的放大剖视图。

具体实施方式

应当指出的是，下面的描述仅仅是一最佳实施例，而不应看作是一限制性的实例。

图1所示的导电系数检测装置包括一个模制的圆柱形的绝缘材料体1，其具有多种液压以及机械功用，并且具有一个大型的中空中心部以及三个与所述中心部之轴线横交且向其开口的中空的圆柱形辅助部分。

更准确地说，所述绝缘材料体1具有一个圆柱形的纵向中心通道即中空部10，其轴线为A，并且具有变化的直径。在模制所述绝缘材料体的同时，所述通道10以相同的心轴制造，这就使得所述电极一经装配即能够同心。所述绝缘材料体1的设计使得所述两个电极以头尾相接的方式安装。

所述绝缘材料体1具有两个位于所述中心电极相反两侧的小孔11a、11b，所述小孔沿所述绝缘材料体1的纵向间隔防止，并且彼此成一定角度，图示为180°。所述每一小孔11a、11b同相相应的液压管路5a以及5b。其中的每一个沿径向由所述绝缘材料体1伸出并且其相对端向所述中心通道10打开，以便于构成需被分析之流体的入口或出口。

此外，与所述小孔11a径向相对的是一个第三中空的圆柱形部分12，所述部分沿径向由所述绝缘材料体1伸出，并且被设置成用于安装一个在此为电热型的温度传感器4a以及一个支撑体4b。

所述检测装置还具有两个共轴的圆柱形电极：一个实心电极3以及一个中空电极2。其中所述实心电极3具有一个连接终端8a、一个固定部15以及一个测量部16。所述这些部分为实心的并且具有同一的直径；所述另一电极2也具有一个连接终端8b、以及一个实心固定部17，但是其测量部18的外径小于所述固定部17的外径，并且是中空的，同时所述中空部的内径大于所述实心电极3的外径，这样一来，后者(即所述实心电极3)可以沿纵向部分地位于所述电极2中。

所述电极2以及3由一种导电材料机制而成，并且被强制装配至其在所述绝缘材料体中所处的位置，以便于使得所述电极得以良好的密封以及对中。基于上述的目的，由附图2可以看出，所述两个电极2及3中每一个的固定部均与所述绝缘材料体1接触，两个三角形的环21a、21b使得所述电极定位，尤其是在一种高压流体进入所述检测装置中时，同时所述每一环沿纵向受到一与所述相对应之环平行的环槽22a及22b的限定，从而使得所述环产生一更为尖锐的边缘，加强其固定作用并使得所述绝缘材料得以进入所述环槽中。

所述外部电极2之所述中空的测量部18基本上环绕所述内部电极3的所有自由部分(未被固定的部分)，从而形成一个导电系数检测空间即内部空间7，所述内部电极3位于所述中心通道10内。

正如上面所述，所述外部电极2基于这种目的而位于所述中心处以便于为所述内部电极2提供一通道并且产生所述空间7。

为了使得后者不产生一“死区”，所述孔9位于所述外部电极2之所述中空部的基部(在所述测量部18的封闭端)，以便于改善所述流体在所述空间7内的循环。

因此，经由所述一个液压连接部5a以及5b进入所述探测器的流体分配于：

-所述两个电极2及3(所述外部电极2之所述内壁19以及所述内部电极3之所述外壁20之间)之间的导电系数检测空间即内部空间7，以及

-所述外部电极2以及所述检测装置1之所述绝缘材料体之间(所述中空部10之所述内壁23以及所述外部电极2之所述外壁24之间)的自由外部空间6，所述外部空间6环绕所述空间7并相互连通，从而使得所述检测装置之流体入口以及出口11a/11b连通。这就使得所述水头抑损最小化，甚至消除。

所述温度探测器4a安装于一弹性支撑体4b上，其中所述弹性支撑体4b紧配合的安装于所述绝缘材料体1之所述通道12中。

所述支撑体4b的一端具有一台肩14，所述台肩通过与在所述绝缘材料体1上形成的辅助台肩13的结合起到防止所述支撑体4b与所述绝缘材料体1的分离，尤其是在高压流体进入所述检测装置中时更是如此。

应当指出的是，所述电极2及3具有同一形状的连接终端8以使得所述电极连接部标准化，所述终端在相应的电极被装配好之后由所述绝缘材料体1伸出。

在另一不同的实施例中，也可以考虑通过一机加工工序制造所述绝缘材料体1。

在另一实施例中，也可以考虑通过精密模制的方法加工所述电极2及3。

所述外部电极2和所述绝缘材料体1之间的空间可不同于所述检测装置的设计以适应流过其中的流体的流速。

所述电极的几何形状(直径、长度以及电极之间的距离)可以根据需被检测之流体的导电性而变化。

更一般地说，本发明并不局限于上述的实施例，而应包括据此而作出的各种变形。

Claims (16)

1.一种流体导电系数检测装置，所述检测装置适于安装在所述流体的循环管路中，其包括绝缘材料体、两个圆柱形的共轴电极(2、3)，所述电极头尾相连地安装并且沿轴向叠置于相同的绝缘材料体上，所述两个电极(2、3)中的一个被称作内部电极(3)，其部分地穿过被称作外部电极(2)的至少部分中空的另一个电极，该另一个电极包括中空部分，其特征在于，所述绝缘材料体(1)包括一个中空部(10)，所述两个电极(2、3)通过所述中空部(10)得以放置，从而形成两个圆柱形的空间，其中一个空间为在所述中空部(10)之内壁(23)以及所述外部电极(2)之外壁(24)之间形成的外部空间(6)，另一个是在所述内部电极(3)之所述外壁(20)以及所述外部电极(2)之内壁(19)之间形成的内部空间(7)，所述外部空间(6)使得所述装置之流体入口以及出口(11a、11b)之间相连通，流体入口以及出口(11a、11b)都延伸到所述中空部(10)并且与所述外部空间(6)环绕的所述内部空间(7)流体连通，所述内部空间(7)用作一个导电系数检测区域，其中所述外部电极(2)在中空部的基部具有孔(9)，所述孔能够使得所述检测区域与所述外部空间(6)流体连通。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电极(2、3)被强制安装于所述绝缘材料体(1)之所述中空部(10)中，其中所述中空部(10)的每一端向外侧打开。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述电极(2、3)以及所述绝缘材料体(1)之间的固定通过至少一个三角形的环(21a、21b)实现，其中所述环位于所述每一电极(2、3)之一个固定部上。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述每一电极之所述固定部具有一个与所述环平行的环槽(22a、22b)。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述外部电极(2)在形成所述内部空间(7)之所述外壁并且沿所述外部电极(2)之所述固定部延伸的中空检测区域的盲端具有孔(9)，所述孔能够使得所检测区域与所述外部空间(6)流体连通。

6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述绝缘材料体(1)上具有向所述装置的外部开口的一个凹腔(12)，所述凹腔的设置使得其中能够放置一个温度传感器(4a)，所述温度传感器适于与需要被检测的流体相接触，或者所述内部电极是中空的以便于能够在其中放置一个温度传感器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述温度传感器放置在一支撑体(4b)上，所述支撑体具有一个台肩(14)以便于和所述绝缘材料体上的辅助台肩(13)相结合以使得所述温度传感器得以固定于所述绝缘材料体中。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述温度传感器为电热型或铂探测型。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述支撑体采取用于传感器的指尖防护套的结构。

10.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述流体入口位于所述外部电极之所述检测区域的一纵向端部，所述流体出口位于所述检测区域之相反一端。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于：所述流体入口以及出口彼此成180°的角度。

12.如权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述内部电极是一实心电极。

13.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述流体入口、出口以及用于放置传感器的凹腔被形成为与所述中空部之轴线垂直的附件。

14.如权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述电极包括相同的电连接终端(8a、8b)。

15.一种输送、处理或控制流体的装置，其特征在于：其具有一个如上权利要求1-4之任一权利要求所述的导电系数检测装置。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于：所述装置与所述导电系数检测装置为一体件。

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