CN101476917B - 一种可同时检测液位和电导率的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同时检测液位和电导率的传感器，包括漆包铜线、带绝缘层的圆柱形铜电极和塑料管，漆包铜线密集缠绕在塑料管外圈上形成几个相同的线圈，圆柱形铜电极置于塑料管的中间且和塑料管同轴，在圆柱形铜电极和塑料管内壁之间的空间注入被测电解液。本发明具有电容检测和电感检测两种检测功能，结构简单、性价比高且维护费用低。

Description

一种可同时检测液位和电导率的传感器

技术领域

本发明涉及一种采用电磁场技术的传感器，用于对液位和电导率的检测。

背景技术

液位传感器和电导率传感器在工业领域得到普遍应用。目前，液位和电导率都是分别用两个传感器单独检测的，因此，当需要同时检测液位和电导率时，就出现性价比低、维护费用高等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种性价比高、维护费用低的可同时检测液位和电导率的传感器。

本发明采用的技术方案是：包括漆包铜线、带绝缘层的圆柱形铜电极和塑料管，漆包铜线密集缠绕在塑料管外圈上形成几个相同的线圈，圆柱形铜电极置于塑料管的中间且和塑料管同轴，在圆柱形铜电极和塑料管内壁之间的空间注入被测电解液。

本发明具有电容检测和电感检测两种检测功能，电容检测由圆柱形铜电极和线圈组成的分段式电容传感部分实现，电感检测由一个或多个线圈完成。当被测电解液流入圆柱形铜电极和塑料管内壁之间形成的空间时，由于圆柱形铜电极和线圈组成的电容器极板之间的电解质介电常数的改变引起了圆柱形铜电极和线圈之间电容的变化，这种电容的变化与被测电解液液位存在线性关系，从而被测电解液的液位信息被检测；同时又由于涡流效应的存在，充满电解溶液线圈的电感会随着被测电解液电导率的变化而改变，且两者之间存在着一定的函数关系，从而电导率信息被检测。本发明结构简单、性价比高且维护费用低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中电容检测液位的原理图。

图3是图1中电感检测电导率的原理图。

图中：1、2、3、4、5.线圈；6.塑料管；7.圆柱形铜电极；8.漆包铜线；9.被测电解溶液。

H.传感器中被测电解液9的高度；h.单个线圈高度；D.塑料管6的内经；d.圆柱形铜电极7的直径；h_x.被测电解溶液9在电容C₃中的高度。

C₁、C₂、C₃、C₄、C₅分别为圆柱形铜电极7和线圈1、2、3、4、5之间的电容。

L₁、L₂、L₃、L₄、L₅分别为线圈1、2、3、4、5的电感。

具体实施方式

如图1所示，细漆包铜线8密集地缠绕在硬塑料管6外圈上做成几个相同的线圈1、2、3、4、5，带薄绝缘层的圆柱形铜电极7置于硬塑料管6的中间且保持和硬塑料管6同轴，在圆柱形铜电极7和硬塑料管6的内壁之间形成一个空间，在该空间中注入被测电解液9。

如图2所示的电容C₁、C₂、C₃、C₄和C₅用于检测被测电解溶液9的液位。如图3所示的电感L₁、L₂、L₃、L₄和L₅用于检测电导率。

在图1所示的被测电解液9的状况下，首先需要判断出液位在哪个测量段内，由于被测电解液9和空气的介电常数的差异，很容易判断出各个段的电容值关系如下：

C₁＝C₂＞C₃＞C₄＝C₅，

从而得出：

H＝f₁(C)＝2h+h_x＝2h+(C₃-C₀)/k₁，.............................(1)

式中，H为传感器中被测电解液9的高度，C为C₁、C₂、C₃、C₄、C₅之和，f₁为H和C之间的函数，h为单个线圈高度，h_x为被测电解液9在电容C₃中的高度。

C₀＝C₅＝(2πε₀ε_ah)/ln(D/d)

$C_3=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_s{h}_x}{\ln (D/d)}+\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_a(h-h_x)}{\ln (D/d)}=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{a}h}{\ln (D/d)}+\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0({\mathrm{\ϵ}}_s-{\mathrm{\ϵ}}_a)h_x}{\ln (D/d)}$

$=C_0+\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0({\mathrm{\ϵ}}_s-{\mathrm{\ϵ}}_a)}{\ln (D/d)}{h}_x=C_0+k_1{h}_x,$

上式中，ε_s、ε_a、ε_o分别是电解液、空气、真空的介电常数，且ε_s＝[C₁ ln(D/d)]/2πε₀h＝k₂C₁＝k₂C₂或ε_s＝k₂(C₁+C₂)/2。

另外，COND＝f₂(L)，....................................(2)

式中，COND是被测电解液9的电导率，L是充满被测电解液9的任意一个线圈的电感。图3中为L₁或L₂，实际上L也可以是L₁、L₂的平均值，f₂为COND和L之间的函数。

Claims (1)

1.一种可同时检测液位和电导率的传感器，包括漆包铜线(8)、带绝缘层的圆柱形铜电极(7)和塑料管(6)，其特征是：漆包铜线(8)密集缠绕在塑料管(6)外圈上形成几个相同的线圈(1、2、3、4、5)，圆柱形铜电极(7)置于塑料管(6)的中间且和塑料管(6)同轴，在圆柱形铜电极(7)和塑料管(6)内壁之间的空间注入被测电解液(9)。

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