CN106932647B - 电导率传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电导率传感器，包括电导率测量装置；直流电源；电极装置；以及与所述电极装置连接的选通电路，所述选通电路被控制为使得所述直流电源或电导率测量装置连接至所述电极装置。本发明的电导率传感器实现了自清洁，无需添加机械装置，成本低、功耗低、体积小。

Description

电导率传感器
技术领域
本发明涉及传感器，具体涉及电导率传感器。
背景技术
电导率(Conductivity)、温度(Temperature)、以及深度(Depth)传感器(简称CTD传感器或温盐深传感器)是用于监测海洋环境的最基本、最重要的传感器。其能够直接提供海水的温度和盐度等参数。这些参数不仅可用于监测海水的流动、循环、以及气候变化过程，还可以为生物地球化学以及海洋生态系统的研究提供背景物理参数，在研究全球气候问题以及监测海洋生态环境等方面有着重大的意义。同时，温度和盐度参数还为其它各种海洋传感器提供必不可少的背景补偿参数。
在CTD传感器中，电极型电导率传感器采用接触式测量，其具有较高的测量精度，因此获得广泛的应用。然而，海洋中的细菌、藻类等生物容易附着在电导率传感器表面并且进行滋生，这些生物污染会改变电导率传感器的测量电场分布，对传感器的测量结果造成较大的误差和漂移。
为了防止海水对电导率传感器造成生物污染，目前电导率传感器主要采用了抽水过滤、机械擦除、或定期排放内置的毒性化学物质等方式来消除或减缓生物污染。这些方法都需要添加额外的机械组件，无法实现自清洁，并且功耗较高，阻碍了海水电导率传感器向低功耗和小型化的方向发展。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的实施例提供了一种电导率传感器，包括：
电导率测量装置；
直流电源；
电极装置；以及
与所述电极装置连接的选通电路，所述选通电路被控制为使得所述直流电源或电导率测量装置连接至所述电极装置。
优选的，所述电导率测量装置为四电极电导率仪，所述电极装置包括四个电极，所述选通电路被控制为使得所述四个电极分别连接至所述四电极电导率仪的四个端子，或使得所述四个电极中的两个电极连接至所述直流电源的阳极、另外两个电极连接至所述直流电源的阴极。
优选的，所述选通电路包括四个四路选择器，所述四个四路选择器的输出端分别连接至所述四个电极，所述直流电源的阳极连接至所述四个四路选择器的第一输入端，所述直流电源的阴极连接至所述四个四路选择器的第二输入端，所述四电极电导率仪的四个端子分别连接至所述四个四路选择器的第三输入端。
优选的，所述四个四路选择器被控制为使得所述四电极电导率仪的四个端子分别连接至所述四个电极。
优选的，所述电导率传感器还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述四个四路选择器，使得
在第一时间段内，所述四个电极中的所述两个电极都连接至所述直流电源的阳极，所述四个电极中的所述另外两个电极都连接至所述直流电源的阴极；
在第二时间段内，所述四个电极分别连接至所述四个四路选择器的第四输入端。
优选的，所述第一时间段为0.1～1秒，所述第二时间段为0.1～1秒。
优选的，所述控制装置用于控制所述四个四路选择器，使得
在第三时间段内，所述四个电极中的所述两个电极都连接至所述直流电源的阴极，所述四个电极中的所述另外两个电极都连接至所述直流电源的阳极；
在第四时间段内，所述四个电极分别连接至所述四个四路选择器的第四输入端。
优选的，所述第三时间段为0.1～1秒，所述第四时间段为0.1～1秒。
优选的，所述直流电源的电压大于2.2伏。
优选的，所述直流电源的电压为2.4～3.8伏。
本发明的电导率传感器实现了自清洁，无需添加机械装置，成本低、功耗低、体积小。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是根据本发明较佳实施例的电导率传感器的电路图。
图2是图1所示的电导率传感器处于电导率测量状态的电路图。
图3是图1所示的电导率传感器处于第一电解状态的电路图。
图4是图1所示的电导率传感器处于第二电解状态的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图1是根据本发明较佳实施例的电导率传感器的电路图。如图1所示，电导率传感器包括直流电源1，四电极电导率仪2，选通电路3，四个电极41、42、43、44，以及用于控制选通电路3的控制装置5。
选通电路3包括四个四路选择器(或称四选一数据选择器)31、32、33、34。四路选择器31、32、33、34的输出端out分别连接至电极41、42、43、44，四路选择器31、32、33、34的输入端i1都连接至直流电源1的阳极，四路选择器31、32、33、34的输入端i2都连接至直流电源1的阴极，四路选择器31、32、33、34的输入端i3分别与四电极电导率仪2的四个端子21、22、23、24连接。图1示出了四路选择器31、32、33、34的输出端out连接至各自的输入端i4，此时电导率传感器处于“休眠”状态——既非电解状态，也非电导率测量状态。
控制装置5控制四路选择器31、32、33、34，使得四电极电导率仪2的四个端子21、22、23、24分别通过四路选择器31、32、33、34连接至电极41、42、43、44，从而使得电导率传感器处于图2所示的电导率测量状态。电导率测量的原理与现有技术中的电极型电导率传感器的测量原理完全相同，即四电极电导率仪2通过电极41、44施加交变电流，并测量电极42、43两端之间的电压，从而计算出海水的电导率。
下面将结合附图详细说明图1所示的电导率传感器在测量电导率间隙的抗生物污染过程。
步骤1)在时刻0秒～时刻0.1秒的第一时间段内：
控制装置5控制四路选择器31、34使得电极41、44连接至直流电源1的阳极，且控制四路选择器32、33使得电极42、43连接至直流电源1的阴极，从而使得电导率传感器处于图3所示的第一电解状态。
由于海水中的主要成分为水(H2O)、氯离子(Cl-)、钠离子(Na+)，当直流电源1在其阳极(即电极41、44)和其阴极(即电极42、43)之间施加2.8伏的电压时，
阴极发生的半反应为：
阳极发生的半反应为：
电极41、44上产生的氯气溶解在海水中，与水结合产生的次氯酸杀死电极41、44上的水藻、细菌等微生物，从而达到抗生物污染的目的。
步骤2)在时刻0.1秒～时刻0.5秒的第二时间段内：
控制装置5控制四路选择器31～34使其输出端out连接至各自的输入端i4，从而使得电导率传感器处于图1所示的“休眠”状态，此时直流电源1和四电极电导率仪2都不会消耗电能。电极41、44在第一时间段内产生的氯气会扩散至电极42、43附近，以杀死电极42、43附近的水藻、细菌等微生物，从而达到抗生物污染的目的。
步骤3)在时刻0.5秒～时刻0.6秒的第三时间段内
控制装置5控制四路选择器31、34使得电极41、44连接至直流电源1的阴极，且控制四路选择器32、33使得电极42、43连接至直流电源1的阳极，从而使得电导率传感器处于图4所示的第二电解状态。同理，电极42、43上产生的氯气溶解在海水中，与水结合产生的次氯酸杀死电极42、43上的水藻、细菌等微生物，从而达到抗生物污染的目的。
步骤4)在时刻0.6秒～时刻1秒的第四时间段内
重复上述步骤2)。电极42、43产生的氯气扩散至电极41、44附近。
本发明的电导率传感器在电导率测量间隙，借用了四电极电导率仪的四个电极41～44来电解海水产生氯气，实现了电极的自清洁和抗生物污染的目的，无需使用机械装置对电极进行擦除，节省了电极成本，有利于实现低成本和小型化。
在上述四个时间段内，本发明的电导率传感器中的直流电源1仅在第一和第三时间段内(共0.2秒)消耗一定的电能，在第二和第四时间段内并不消耗电能，有利于实现电导率传感器的低功耗。
控制装置5控制选通电路3使得两组电极41、44和电极42、43交替地作为阳极和阴极电解海水，产生的氯气均匀分布在电极41～44之间，有利于对四个电极进行相同程度的抗生物污染，因此提高了抗生物污染的效率。
在本发明的另一个实施例中，控制装置5控制选通电路3交替执行上述步骤1)和2)。
在本发明的又一个实施例中，控制装置5控制选通电路3交替执行上述步骤3)和4)。
根据电解反应中阳极和阴极的标准电极电势差可知，直流电源1提供大于2.2伏的电压即可。本发明的直流电源1的阳极和阴极之间的电压并不限于2.8伏。在其它的实施例中，直流电源1的阳极和阴极之间的电压为2.4～3.8伏。
上述步骤1)和3)的电解时间优选为0.1～1秒，以产生足够的氯气量。
上述步骤2)和4)的扩散时间优选为0.1～1秒，确保阳极产生的氯气尽可能扩散至阴极。
本发明的选通电路3并不限于包括四个四路选择器，在其他的实施例中，选通电路采用多路开关。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (7)

1.一种电导率传感器，其特征在于，包括：
电导率测量装置；
直流电源；
电极装置；
与所述电极装置连接的选通电路，所述选通电路被控制为使得所述直流电源或电导率测量装置连接至所述电极装置；
所述电导率测量装置为四电极电导率仪，所述电极装置包括四个电极，所述选通电路被控制为使得所述四个电极分别连接至所述四电极电导率仪的四个端子，或使得所述四个电极中的两个电极连接至所述直流电源的阳极、另外两个电极连接至所述直流电源的阴极；
所述选通电路包括四个四路选择器，所述四个四路选择器的输出端分别连接至所述四个电极，所述直流电源的阳极连接至所述四个四路选择器的第一输入端，所述直流电源的阴极连接至所述四个四路选择器的第二输入端，所述四电极电导率仪的四个端子分别连接至所述四个四路选择器的第三输入端；
所述电导率传感器还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述四个四路选择器，使得在第一时间段内，所述四个电极中的所述两个电极都连接至所述直流电源的阳极，所述四个电极中的所述另外两个电极都连接至所述直流电源的阴极；以及在第二时间段内，所述四个电极分别连接至所述四个四路选择器的第四输入端。
2.根据权利要求1所述的电导率传感器，其特征在于，所述四个四路选择器被控制为使得所述四电极电导率仪的四个端子分别连接至所述四个电极。
3.根据权利要求1所述的电导率传感器，其特征在于，所述第一时间段为0.1～1秒，所述第二时间段为0.1～1秒。
4.根据权利要求1或3所述的电导率传感器，其特征在于，所述控制装置用于控制所述四个四路选择器，使得
在第三时间段内，所述四个电极中的所述两个电极都连接至所述直流电源的阴极，所述四个电极中的所述另外两个电极都连接至所述直流电源的阳极；
在第四时间段内，所述四个电极分别连接至所述四个四路选择器的第四输入端。
5.根据权利要求4所述的电导率传感器，其特征在于，所述第三时间段为0.1～1秒，所述第四时间段为0.1～1秒。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的电导率传感器，其特征在于，所述直流电源的电压大于2.2伏。
7.根据权利要求6所述的电导率传感器，其特征在于，所述直流电源的电压为2.4～3.8伏。
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