CN107576855B - 一种低电导率微传感器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低电导率微传感器及其使用方法，包括基板、圆形电流电极、环形电压电极、环形接地电极及电极焊盘；所有电极同心设置于基板的同一表面，从内到外依次为电流电极、电压电极及接地电极；电极焊盘位于基板的电极对立面，通过引线连接各电极，电压电极包括六个等宽且等距分布的同心圆环，从内到外依次为第一至第六电极，其中第一、三、五电极构成第一电压电极，其余构成第二电压电极。使用时，环形接地电极用于屏蔽外界电磁干扰，在圆形电流电极上施加激励电流信号，同时测量两电压电极之间的电压，通过计算即可得出液体的电导率。圆状环形电极能够避免水流方向对测量结果的影响，且电极与被测液体的接触面积较大，能够提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测领域，具体涉及一种低电导率微传感器及使用方法。
背景技术
电导率是水质检测的基本参数之一，在一些电导率较低的水体中，如浅海、河口、水库等，对水质的监测往往要求能够长期实时地进行有效监控，这就要求监测使用的电导率传感器功耗低，成本低，能够长时间运行，并且便于维护和普及。在常用电导率传感器结构中，由一对平面叉指电极所构成的电导率传感器，其电导池常数较低，特别适合用于低电导率水体的水质检测，但是这种电导率传感器容易受外部环境的电磁干扰，在测量过程中，待测水体与电极的接触面上会产生极化电压，使测量结果产生一定的误差。申请号为201611026949.4的“一种MEMS电极式低电导率传感器及其测量方法”利用矩形叉指结构作为检测电极检测水体电导率，将激励电极和检测电极分开，消除了极化影响，同时两侧的接地电极一定程度上降低了周围信号对测量结果的影响，但是该方案中的矩形叉指结构无法避免水流方向对检测结果的影响，另一方面，两侧的接地电极并未对矩形叉指结构形成一个完整的密闭区域，对外界信号的屏蔽不彻底，限制了其在水质检测中的应用。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种低电导率微传感器，解决了现有技术中低电导率传感器检测结果受水流方向影响及屏蔽外界信号能力相对较弱的技术问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种低电导率微传感器，其特征在于：包括基板、圆形电流电极、环形电压电极、环形接地电极及电极焊盘；所述电流电极、电压电极及接地电极同心设置于基板的同一表面，从内到外依次为电流电极、电压电极及接地电极；所述电极焊盘设置于基板的电极对立面；所述基板还设有垂直于电极连接面的若干通孔；所述通孔轴线共面，通孔内填充引线；所述引线连接各电极与各电极焊盘；所述电压电极包括第一电压电极与第二电压电极。
前述的一种低电导率微传感器，其特征是：所述电压电极包括六个等宽且等距分布的同心圆环，从内到外依次为第一圆环、第二圆环、第三圆环、第四圆环、第五圆环及第六圆环；所述第一电压电极包括第一圆环、第三圆环、第五圆环；所述第二电压电极包括第二圆环、第四圆环、第六圆环；所述第一圆环、第三圆环、第五圆环的电极焊盘相连组成第一电压电极焊盘；所述第二圆环、第四圆环、第六圆环耳朵电极焊盘相连组成第二电压电极焊盘；所述第一电压电极焊盘与第二电压电极分布于电流电极焊盘两侧。
前述的一种低电导率微传感器，其特征是：所述基板为FR4或LCP。
前述的一种低电导率微传感器，其特征是：所述电流电极、电压电极、接地电极及所有电极焊盘均由表面镀金的镍材料制成。
前述的一种低电导率微传感器，其特征是：所述电流电极连接信号发生器，所述第一电压电极与第二电压电极连接电压表，所述接地电极进行接地处理。
一种采用前述低电导率微传感器的使用方法：其特征是：先将上述低电导率微传感器放入待测液体中，然后将接地电极进行接地处理，再启动信号发生器发出交流激励电流信号I，信号I传至电流电极，然后通过电压表测量第一电压电极与第二电压电极之间的电压幅值V，在测量时，需通过运放反馈电路保持这个电压的幅值V，通过如下公式得出所测水体的电导率：
式中，K为电导池常数。
本发明所达到的有益效果：
1.本发明将电流电极与电压电极分开的方式进行电导率的测量，即将信号的发生端与检测端分开，消除了极化阻抗的影响，提高了测量精度。
2.环形接地电极处于同心圆最外侧，对内部的电流电极及电压电极起到了较好的屏蔽作用，最大程度上降低了外部环境对传感器的电磁干扰。
3.本发明中的所有电极均为环形或圆形，能够避免水流方向对测量结果的影响；环形电极和圆形电极构成的传感器与其他形状的电极构成的传感器相比，在相同的驱动条件下，有更多比例的电场能被检测电极检测到，提高了测量的灵敏度；当本发明中的部分电压电极被污物覆盖时，其他未被覆盖的部分仍然能够感应到正常的电压信号，提高了抗污染能力，增强了传感器的鲁棒性。
4.本发明中的第一电压电极与第二电压电极均为多个同心圆结构，增加了检测电极与被测液体之间的接触面积，提高了测量精度。
5.本发明通过通孔引线将电极与相应的电极焊盘设置于基板的两侧，保证了各电极的完整性，避免了在电极同侧基板引出引线时所带来的寄生效应。
6.该种传感器具有结构简单、体积小巧、操作方便、测量精度高、成本低廉、鲁棒性强等优点。
附图说明
图1是本发明的剖视图；
图2是本发明的电极俯视图；
附图中标记的含义：
1-基板；201-电流电极；202-第一圆环；203-第二圆环；204-第三圆环；205-第四圆环；206-第五圆环；207-第六圆环；208-接地电极；401-电流电极焊盘；402-第一电压电极焊盘；403-第二电压电极焊盘；404-接地电极焊盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种低电导率微传感器，其特征在于：包括基板1、圆形电流电极201、环形电压电极、环形接地电极208及电极焊盘；所述电流电极201、电压电极及接地电极208同心设置于基板1的同一表面，从内到外依次为电流电极201、电压电极及接地电极208；所述电极焊盘设置于基板1的电极对立面；所述基板1还设有垂直于电极连接面的若干通孔；所述通孔轴线共面，通孔内填充引线；所述引线连接各电极与各电极焊盘；所述电压电极包括第一电压电极与第二电压电极。
电压电极包括六个等宽且等距分布的同心圆环，从内到外依次为第一圆环202、第二圆环203、第三圆环204、第四圆环205、第五圆环206及第六圆环(207)；所述第一电压电极包括第一圆环202、第三圆环204、第五圆环206；所述第二电压电极包括第二圆环203、第四圆环205、第六圆环207；所述第一圆环202、第三圆环204、第五圆环206的电极焊盘相连组成第一电压电极焊盘402；所述第二圆环203、第四圆环205、第六圆环207的电极焊盘相连组成第二电压电极焊盘403；所述第一电压电极焊盘402与第二电压电极焊盘403分布于电流电极焊盘401两侧。
基板1为FR4或LCP。
电流电极201、电压电极、接地电极208及电极焊盘均由表面镀金的镍材料制成。
电流电极焊盘401连接信号发生器，所述第一电压电极焊盘402与第二电压电极焊盘403连接电压表，所述接地电极焊盘404进行接地处理。
使用时，先将上述低电导率微传感器放入待测液体中，再将接地电极焊盘404接地，这样就在环形接地电极208内部形成一个屏蔽区域，中心电流电极及两电压电极的各圆环均处于该屏蔽区域，能够最大限度地消除外界电磁干扰因素对内部电极造成影响。启动信号源发出交流激励电流信号I，电流信号I传导至中心电流电极201，在中心电流电极201与环形接地电极208之间生成交流电场，采用两个电压电极来检测该交变电场的电压V。由于各电极均为环形或圆形，与其他形状的电极相比，在相同的驱动条件下，有更多比例的电场能被检测到，因此测量的灵敏度较高。
在测量时，需通过运放反馈电路保持测量电压的幅值，通过如下公式得出所测水体的电导率：
式中，K为电导池常数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种低电导率微传感器，其特征在于：包括基板(1)、圆形电流电极(201)、环形电压电极、环形接地电极(208)及电极焊盘；所述电流电极(201)、电压电极及接地电极(208)同心设置于基板(1)的同一表面，从内到外依次为电流电极(201)、电压电极及接地电极(208)；所述电极焊盘设置于基板(1)的电极对立面；所述基板(1)还设有垂直于电极连接面的若干通孔；所述通孔轴线共面，通孔内填充引线；所述引线连接各电极与各电极焊盘；所述电压电极包括第一电压电极与第二电压电极；
所述电压电极包括六个等宽且等距分布的同心圆环，从内到外依次为第一圆环(202)、第二圆环(203)、第三圆环(204)、第四圆环(205)、第五圆环(206)及第六圆环(207)；所述第一电压电极包括第一圆环(202)、第三圆环(204)、第五圆环(206)；所述第二电压电极包括第二圆环(203)、第四圆环(205)、第六圆环(207)；所述第一圆环(202)、第三圆环(204)、第五圆环(206)的电极焊盘相连组成第一电压电极焊盘(402)；所述第二圆环(203)、第四圆环(205)、第六圆环(207)的电极焊盘相连组成第二电压电极焊盘(403)；所述第一电压电极焊盘(402)与第二电压电极焊盘(403)分布于电流电极焊盘(401)两侧；
所述电流电极焊盘(401)连接信号发生器，所述第一电压电极焊盘(402)与第二电压电极焊盘(403)连接电压表，所述接地电极焊盘(404)进行接地处理。
2.根据权利要求1所述的一种低电导率微传感器，其特征是：所述基板(1)为FR4或LCP。
3.根据权利要求1所述的一种低电导率微传感器，其特征是：所述电流电极(201)、电压电极、接地电极(208)及所有电极焊盘均由表面镀金的镍材料制成。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的低电导率微传感器的使用方法：其特征是：先将上述低电导率微传感器放入待测液体中，然后将接地电极焊盘(404)进行接地处理，再启动信号发生器发出交流激励电流信号I，信号I传至电流电极(201)，然后通过电压表测量第一电压电极焊盘(402)与第二电压电极焊盘(403)之间的电压幅值V，在测量时，需通过运放反馈电路保持这个电压的幅值V，通过如下公式得出所测水体的电导率：
式中，K为电导池常数。
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