CN101839945A - 一个非接触式电导率传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一个非接触式电导率传感器，在坡莫合金管内依次同轴套有最大直径塑料管、中直径塑料管和最小直径塑料管，在坡莫合金管内壁和最大直径塑料管外壁之间设置密集缠绕于最大直径塑料管外壁上的一个线圈，坡莫合金管紧密外套于该线圈上；在中直径塑料管内壁和最小直径塑料管外壁之间设置密集缠绕于最小直径塑料管外壁上的另一个线圈，中直径塑料管紧密外套于该另一线圈上；在最大直径塑料管内壁与中直径塑料管外壁间空腔中以及最小直径塑料管内腔中注满有被测电解液。本发明具有电容和电感双参量检测方式，结构简单、制造成本低、信息冗余性高，可靠性和鲁棒性好，精度高，灵敏度高。

Description

一个非接触式电导率传感器

技术领域

本发明涉及一种采用电磁场技术的传感器，用于对电解液电导率的非接触检测。

背景技术

目前，用于检测电解液电导率的传感器在工业领域得到普遍应用，通过测量电解液的导电能力得到电导率，具体方法是通过测量电导池中电极之间的电导量得到电导率，这种方法的一个重要缺陷是电导池中电极存在电极电化学反应，从而造成电极的使用精度差和寿命短；另外，传统的电导率检测大都采用单参量如电容或电感测量，测量系统的信息冗余性低，其可靠性和鲁棒性受到一定的限制，因此，当需要连续长时间检测导电溶液电导率时，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，提供一种测量精度高、灵敏度高、维护费用低且可连续长时间检测的非接触式电导率传感器。

本发明采用的技术方案是：坡莫合金管内依次同轴套有最大直径塑料管、中直径塑料管和最小直径塑料管，在坡莫合金管内壁和最大直径塑料管外壁之间设置密集缠绕于最大直径塑料管外壁上的一个线圈，坡莫合金管紧密外套于该线圈上；在中直径塑料管内壁和最小直径塑料管外壁之间设置密集缠绕于最小直径塑料管外壁上的另一个线圈，中直径塑料管紧密外套于该另一线圈上；在最大直径塑料管内壁与中直径塑料管外壁间空腔中以及最小直径塑料管内腔中注满有被测电解液。

本发明具有电容和电感双参量检测方式，电容检测由两个线圈作为极板组成的电容式传感器实现，电感检测由两个线圈电感融合完成。本发明结构简单、制造成本低、信息冗余性高，可靠性和鲁棒性好，精度高，灵敏度高。

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和图3是图1中电感方式检测电导率的原理图；

图4是图1中电容方式检测电导率的原理图；

图中：1.线圈；2.线圈；3.被测电解液；4.坡莫合金管；5.中直径塑料管；6.最小直径塑料管；7.最大直径塑料管；

C.线圈1和线圈2之间的电容；

L₁.线圈1的电感；L₂.线圈2的电感。

具体实施方式

如图1所示，坡莫合金管4内同轴套有一个最大直径塑料管7，最大直径塑料管7内同轴套有一个中直径塑料管5，中直径塑料管5内同轴套有一个最小直径塑料管6。在坡莫合金管4内壁和最大直径塑料管7外壁之间设置一个线圈1，并且线圈1密集地缠绕在最大直径塑料管7外壁上，坡莫合金管4紧密外套于线圈1上。在中直径塑料管5内壁和最小直径塑料管6外壁之间设置另一个线圈2，并且线圈2密集地缠绕在最小直径塑料管6外壁上，中直径塑料管5紧密外套于线圈2上。在最大直径塑料管7内壁与中直径塑料管5外壁之间空腔中以及最小直径塑料管6内腔中注满了被测电解液3。这样，中直径塑料管5避免了被测电解液3和线圈2直接接触。

坡莫合金管4作为线圈1非测量磁路上的导磁通路，由于坡莫合金具有很高的磁导率，此导磁通路可以极大地降低线圈1在非测量磁路上的磁阻，从而极大地提高线圈1检测的灵敏度。

如图4，采用电容方式检测电导率，当被测电解液3流入中直径塑料管5外壁和最大直径塑料管7内壁之间的空间时，两个线圈1和2组成的电容器极板之间的电解质介电常数的改变引起了两线圈1和2之间电容的变化，这种电容的变化与被测电解液3的电导率存在函数关系，从而被测电解液3的电导率信息被检测，它们之间的关系可用如下的二次多项式来拟合：

D(C)＝β₀+β₁C+β₂C²    (1)

式中，D是被测电解液3的电导率；C是线圈1和线圈2之间的电容；β₀，β₁，β₂为系数，该系数可利用各种已知电导率D_k(k＝0，1，2，…，n)的电解液及其对应被测电容值C_k(k＝0，1，2，…，n)之间的实验数据库回归计算得到，具体可由最小二乘曲线拟合方法计算如下：

取n+1个观测数据点(C_k，D_k)，k＝0，1，2，…，n。则观测数据与拟合曲线(1)偏差的平方和为：

$F({\mathrm{\β}}_0,{\mathrm{\β}}_1,{\mathrm{\β}}_2)=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[D\left(C_k\right)-D_k]}^2$

再由

j＝0，1，2解得β₀，β₁，β₂。

如图2和图3所示采用电感方式检测电导率，由于被测电解液3具有导电性，当线圈1和线圈2中均通以高频交变的电流激励时，在线圈1和线圈2的周围就产生了交变磁场，被测电解液3在该磁场范围内，从而在被测电解液3中便产生了涡流，该涡流产生的反磁场又会抵削部分原磁场，从而造成线圈1和线圈2电感量均发生变化。线圈1和线圈2的电感会随着被测电解液3电导率的变化而改变，电感和电导率之间的函数关系可用实验的方法回归分析得到，从而电导率信息被检测。由于可以从线圈1和线圈2分别得到两个电感值，且两个电感值均可用来评价其和电导率之间的函数关系，所以最终的电感和电导率之间的函数关系也可以是它们的融合。

在图1所示的被测电解液3的状况下，被测电解液3电导率D和电感L₁、L₂、的关系式可用多维回归的方法得到，它们之间的关系拟合式如下：

$D(L_1,L_2)={\mathrm{\α}}_0+{\mathrm{\α}}_1{L}_1+{\mathrm{\α}}_2{L}_2+{\mathrm{\α}}_3{L}_1{L}_2+{\mathrm{\α}}_4{L}_1^2+{\mathrm{\α}}_5{L}_2^2---\left(2\right)$

式中：D是被测电解液3的电导率；L₁、L₂分别是线圈1和线圈2的电感；α₀，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅为系数；这些系数可利用各种已知电导率D_k(k＝0，1，2，…，n)的电解液及其对应被测电感值L_1k、L_2k(k＝0，1，2，…，n)之间的实验数据库多维回归分析，具体可由和前述类似的最小二乘曲线拟合方法计算得到。

Claims (1)

1.一个非接触电导率传感器，其特征是：坡莫合金管(4)内依次同轴套有最大直径塑料管(7)、中直径塑料管(5)和最小直径塑料管(6)，在坡莫合金管(4)内壁和最大直径塑料管(7)外壁之间设置密集缠绕于最大直径塑料管(7)外壁上的一个线圈(1)，坡莫合金管(4)紧密外套于该线圈(1)上；在中直径塑料管(5)内壁和最小直径塑料管(6)外壁之间设置密集缠绕于最小直径塑料管(6)外壁上的另一个线圈(2)，中直径塑料管(5)紧密外套于该另一个线圈(2)上；在最大直径塑料管(7)内壁与中直径塑料管(5)外壁间空腔中以及最小直径塑料管(6)内腔中注满有被测电解液(3)。

Images