CN105911360A - 一种非接触式溶液电导率测试装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种非接触式溶液电导率测试装置，包括绝缘管道和信号采集模块；绝缘管道的两侧分别设有初级线圈以及次级线圈，初级线圈对应设有交流电源或者信号源，初级线圈以及次级线圈分别与信号采集模块联接。电导率测试方法为在绝缘管道的两侧安装同心对称的初级线圈以及次级线圈，对初级线圈施加恒定的交流电流I激励；被测溶液所形成的等效电感施加到次级线圈上形成次级线圈的感应电动势P，通过信号采集模块采集该P，并计算出I与P有效值的乘积；通过用已知浓度溶液标定电导率后，即可通过测量该乘积得出溶液电导率。本发明对现有管道或容器外壳不需要进行破坏；安装简单、方便、易于维护；适合测量较大半径的管道或容器中较高浓度溶液的电导率值。

Description

一种非接触式溶液电导率测试装置以及测试方法

技术领域

本发明涉及溶液电导率测试技术领域，具体涉及一种基于溶液等效电感效应的非接触式电导率测试装置以及测试方法。

背景技术

溶液的电导率能够反应管道或容器中溶液的浓度、液位、温度等相关特性。近年来在化工行业、环境监测、医疗等领域，溶液的电导率测试的应用越来越广泛。现有的溶液电导率测试技术，分为接触式和非接触式两种。接触式测量方法需要电极与溶液进行接触，容易出现电极腐蚀、极化现象，并且需要破坏管道或容器的外壳。而现有的非接触式方法主要针对的是毛细管道或者低电导率溶液，并且对非接触式电极的安装精度及维护有较高的要求。

美国专利US2542057中，M.J.Relis在1951年公开了一种浸入式非接触电导测试方法，其原理为用二个圆形磁环同轴布置，组成传感器，其外部包有耐腐蚀绝缘材料，二磁环的内孔做成一个溶液的通道，在激励磁环的激励线圈中通入交流电流，根据电磁感应原理，在激励磁环中产生相应的交变磁通，使被测溶液环路中产生感应电流，表现为交叉于激励磁环和测量磁环的电流环，此电流环又在测量磁环中产生交变磁通，从而在测量磁环的感应线圈上产生感应电动势。该方法为浸入式测试方法，将磁环及线圈绝缘密封后浸入到溶液当中。该方法需要改变密闭式容器的结构，系统结构比较复杂，实用性不高，结构如图1所示。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种适合于较大直径管道的基于溶液等效电感效应的非接触式溶液电导率测试装置以及利用该测试装置的测试方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非接触式溶液电导率测试装置，包括一通过溶液的绝缘管道以及信号采集模块，所述绝缘管道的两侧设有两个线圈，分别为初级线圈以及次级线圈，所述初级线圈对应设有一交流电源或者信号源，所述初级线圈以及次级线圈分别通过信号线与所述信号采集模块联接。

进一步地，所述两个线圈为同心对称设置，且两个线圈的中心点与所述绝缘管道的横截面以及纵截面的中心点在同一直线上。

一种非接触式溶液电导率测试方法，包含以下步骤：

S1、在绝缘管道的两侧安装同心对称的初级线圈以及次级线圈，初级线圈以及次级线圈的匝数在管道安装环境允许的情况下越多越好，并保证两个线圈的中心点与绝缘管道的横截面以及纵截面的中心点在同一条直线上；

S2、对初级线圈施加恒定的交流电流激励；

S3、在初级线圈交流电流激励下，由于交流电磁场的存在，绝缘管道中的溶液将形成等效电感，该等效电感上形成的感应电动势将施加在被测溶液环路的等效电阻上；

S4、被测溶液所形成的等效电感将同样产生交变磁场，施加到次级线圈上形成次级线圈的感应电动势，通过信号采集模块采集该感应电动势，并计算出初级线圈激励电流与次级线圈感应电动势有效值的乘积，该乘积与溶液电导率成正比关系；

S5、通过用已知浓度溶液标定初级线圈激励电流与次级线圈感应电动势有效值的乘积对应的溶液电导率后，即可通过测量该乘积得出溶液电导率。

进一步地，步骤S4中信号采集模块需实时采集初级线圈的交流电流瞬时值及次级线圈的感应电动势瞬时值进行相乘，并通过低通数字滤波将其高频分量滤掉，再将低频部分的值放大两倍，即可得到初级线圈的交流电流与次级线圈的感应电动势有效值的乘积。

进一步地，对初级线圈施加恒定的交流电流激励采用交流电源或者信号源。

进一步地，交流电流激励的激励电流的频率在500kHz以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）采用非接触式测试方法，对现有管道或容器外壳不需要进行破坏；

（2）初级线圈及次级线圈仅需中心对称地固定在管道或容器外壳上，安装简单、方便、易于维护；

（3）初级线圈的交流电流与次级线圈的感应电动势有效值的乘积与溶液电导率成正比，适合测量较大半径的管道或容器中较高浓度溶液的电导率值。

附图说明

图1为现有技术的结构图；

图2为非接触式溶液电导率测试装置的结构图；

图3为测试方法的原理图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图2所示，一种非接触式溶液电导率测试装置，包括一通过溶液10的绝缘管道1以及信号采集模块2，绝缘管道1的两侧设有两个线圈，分别为初级线圈3以及次级线圈4，两个线圈为同心对称设置，且两个线圈的中心点与绝缘管道1的横截面以及纵截面的中心点在同一直线上。初级线圈3对应设有一交流电源或者信号源，初级线圈3以及次级线圈4分别通过信号线与信号采集模块2联接。

参照附图3，一种非接触式溶液电导率测试方法，包含以下步骤：

S1、在绝缘管道1的两侧安装同心对称的初级线圈3以及次级线圈4，初级线圈3以及次级线圈4的匝数在绝缘管道1安装环境允许的情况下越多越好，并保证初级线圈3以及次级线圈4的中心点与绝缘管道1的横截面以及纵截面的中心点在同一条直线上；

S2、对初级线圈3施加恒定的交流电流I激励；并采用采用激励电流I的频率在500kHz以上的交流电源或者信号源；

S3、在初级线圈3交流电流激励下，由于交流电磁场的存在，绝缘管道中的溶液将形成等效电感L，该等效电感L上形成的感应电动势将施加在被测溶液环路的等效电阻R上；

S4、被测溶液所形成的等效电感将同样产生交变磁场，施加到次级线圈3上形成次级线圈4的感应电动势E，通过信号采集模块2采集该感应电动势E，并计算出初级线圈3激励电流I与次级线圈4感应电动势E有效值的乘积，该乘积与溶液电导率成正比关系；另外，信号采集模块2需实时采集初级线圈3的交流电流瞬时值及次级线圈4的感应电动势瞬时值进行相乘，并通过低通数字滤波将其高频分量滤掉，再将低频部分的值放大两倍，即可得到初级线圈的交流电流与次级线圈的感应电动势有效值的乘积。

S5、通过用已知浓度溶液标定初级线圈3激励电流与次级线圈4感应电动势有效值的乘积对应的溶液电导率后，即可通过测量该乘积得出溶液电导率。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非接触式溶液电导率测试装置，其特征在于，包括一通过溶液的绝缘管道以及信号采集模块，所述绝缘管道的两侧设有两个线圈，分别为初级线圈以及次级线圈，所述初级线圈对应设有一交流电源或者信号源，所述初级线圈以及次级线圈分别通过信号线与所述信号采集模块联接。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式溶液电导率测试装置，其特征在于，所述两个线圈为同心对称设置，且两个线圈的中心点与所述绝缘管道的横截面以及纵截面的中心点在同一直线上。

3.一种非接触式溶液电导率测试方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、在绝缘管道的两侧安装同心对称的初级线圈以及次级线圈，并保证两个线圈的中心点与绝缘管道的横截面以及纵截面的中心点在同一条直线上；

S2、对初级线圈施加恒定的交流电流激励；

S3、在初级线圈交流电流激励下，由于交流电磁场的存在，绝缘管道中的溶液将形成等效电感，该等效电感上形成的感应电动势将施加在被测溶液环路的等效电阻上；

S4、被测溶液所形成的等效电感将同样产生交变磁场，施加到次级线圈上形成次级线圈的感应电动势，通过信号采集模块采集该感应电动势，并计算出初级线圈激励电流与次级线圈感应电动势有效值的乘积，该乘积与溶液电导率成正比关系；

S5、通过用已知浓度溶液标定初级线圈激励电流与次级线圈感应电动势有效值的乘积对应的溶液电导率后，即可通过测量该乘积得出溶液电导率。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式溶液电导率测试方法，其特征在于，步骤S4中信号采集模块需实时采集初级线圈的交流电流瞬时值及次级线圈的感应电动势瞬时值进行相乘，并通过低通数字滤波将其高频分量滤掉，再将低频部分的值放大两倍，即可得到初级线圈的交流电流与次级线圈的感应电动势有效值的乘积。

5.根据权利要求4所述的一种非接触式溶液电导率测试方法，其特征在于，对初级线圈施加恒定的交流电流激励采用交流电源或者信号源。

6.根据权利要求5所述的一种非接触式溶液电导率测试方法，其特征在于，交流电流激励的激励电流的频率在500kHz以上。