CN201397365Y - 七电极电导率传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新结构形式的电极式电导率传感器，采用整体车制的导流管和镀铂膜七电极构成封闭式电导池结构设计。七电极电导池的小圆柱体内有非金属材料的导流管，导流管通过精密加工整体车制而成，导流管内壁有上下排列的七个圆环电极。圆环电极由导流管内壁圆环凹槽内镀铂膜电极构成。七个电极的圆环上下平行排列，并与导流管的内壁垂直。七个电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极为中心上下对称安装着两对电压电极和一对接地电极。电导池的电流电极、电压电极和接地电极与信号转换电路连接，并通过信号转换电路与采集微处理器连接。镀铂膜七电极电导率传感器测量精度高、稳定性好、现场使用方便，具有良好的推广和应用前景。

Description

七电极电导率传感器

技术领域

本实用新型涉及海洋测量仪器，特别是涉及测量海水中电导率的仪器。

背景技术

在海洋研究领域，海水盐度是基本的海洋水文要素，是海洋调查和海洋环境污染监测中最重要的观测项目之一。海水盐度测量通过海水电导率测量来实现，利用电导率传感器测量海水盐度，具有精确度高、速度快以及便于现场测量等优点，测量海水电导率已成为海水盐度测量的主要手段。因此，现场测量海水电导率的传感器成为重要的海洋测量仪器。

现场测量海水电导率的传感器主要分为感应式和电极式，分别具有相应的使用范围和特点。电极式电导率传感器中，电导池为最重要的测量元件，多采用封闭式或半封闭式结构形式。

现有的电极式电导率传感器通常为三电极或四电极电导率传感器，通过测量电导池敏感电极间海水体电阻的变化来测定海水电导率。

图1显示现有技术的一种电极式电导率传感器的结构。图1所示的电导率传感器包括电导池1和转换电路3两部分。传感器的主体结构为圆柱状的耐压水密壳体2，转换电路3置于耐压水密壳体2内，电导池1设置在耐压水密壳体2的一侧，耐压水密壳体2的后端有电缆密封接头4。

电导池导流管上下敞口，导流管内壁安装有金属圆环构成的环状敏感电极5，沿管壁上下排列并相间设置的环状敏感电极5包括电流电极、电压电极和接地电极，环状敏感电极5的信号线穿过导流管管壁连接在转换电路上。海水从导流管流过时，敏感电极5检测的电流、电压信号，传递给转换电路3。转换电路3由激励信号源、放大器、交直流转换器、精密电阻以及电极连接构成。转换电路3将来自电导池电极间海水体电阻的变化的电压信号，转换为电导率信号，以完成电导率测量。

现有的电极式电导池通常采用优质玻璃人工烧接制成，敏感电极5采用贵金属材料制作的环状电极，敏感电极5镀铂黑以增加电极的导电面积，便于进行电导率测量。电导池的电极与玻璃之间的连接固定靠细铂丝，铂丝一端与电极烧结到一起，另一端穿过玻璃管壁并与壁烧结在一起。由于电极镀铂黑后电极表层为海棉状，电极表层和电导池壁易受到污染以及生物附着，表层受到污染的电极会改变电导池常数，从而削弱电导率传感器的长期稳定性，因此，现场测量使用中要不断的进行定标校准，给实际应用带来许多麻烦。

同时，电导池电极和玻璃管壁连接方式采用细铂丝单点固定，在测量现场海水流速变化或船体摇动或搬运途中振动的情况下，易造成敏感电极微弱抖动，使测量精确度降低，难以获得稳定的测量数据。另外，上述电极式电导率传感器采用贵金属电极和非金属材料烧结，它们之间的热膨胀系数不一致，当环境温度变化时易在电导池电极与玻璃管壁之间产生小的缝隙而渗漏，降低电极之间的绝缘性能，增加了传感器性能的不稳定性。

发明内容

本实用新型推出一种新结构形式的电极式电导率传感器，其目的是采用整体车制的导流管和镀铂膜电极构成封闭式电导池结构设计，以克服现有电极式电导率传感器存在的技术弊端，提高电导率测量的长期稳定性。

本实用新型所涉及的七电极电导率传感器，主要由镀铂膜七电极电导池和信号转换电路两部分组成。传感器呈圆柱状，由上下两个直径不同的圆柱体通过水密端子连接而成。上部带弯头直径较小的圆柱体为七电极电导池，下部是耐压水密圆柱壳体，信号转换电路密封在耐压水密壳体内，耐压水密壳体的底端有电缆密封接头。

构成七电极电导池的小圆柱体内有非金属材料的导流管，导流管通过精密加工整体车制而成，导流管内壁有上下排列的七个圆环电极。圆环电极由导流管内壁圆环凹槽内镀铂膜电极构成。七个电极的圆环上下平行排列，并与导流管的内壁垂直。七个电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极为中心上下对称安装着两对电压电极和一对接地电极。电导池导流管外部利用环氧树脂作为封装防护绝缘体，导流管上方进水口和下方出水口，呈喇叭口状的锥体形状，以增加电导池的进水速度，保证被测介质的充分交换，提高电导率测量的响应时间。

电导池的电流电极、电压电极和接地电极与信号转换电路连接，并通过信号转换电路与采集微处理器连接。

信号转换电路由交流激励信号源、阻抗变换电路、信号组合电路、信号放大电路、自动平衡调整电路、取样电路和交直流转换器、精密电阻与七电极连接构成。信号转换电路密封在耐压水密壳体内的电路板上，并安装在耐压水密壳体中部，耐压水密壳体的底端有电缆密封接头，直接于显示装置或计算机部件连接。测量时，被测海水在电导池内通过。激励电流从中央的电流电极馈入电导池，这个恒流信号分别流向接地电极，在流体介质里建立起电场，产生感应电压。两对电压电极所感应到的电压降大小取决于被测水样的电导率。通过反馈电路调整，完成电路闭环的自动控制，使两个电压电极两端的电压保持恒定。于是，通过两个电压电极间的电流就线性的比例于海水电导率。

C＝K/Rc＝K·I_C/V_C

式中C为电导率，K为电导池常数，Rc为电压电极间海水的等效电阻，Vc为Rc两端的固定压降，V_C＝Vc₁+Vc₂，Rc＝Rc₁+Rc₂，Vc₁、Vc₂为两对电压电极间的电压降，Ic为通过电流电极的电流。

本实用新型所涉及的镀铂膜七电极电导率传感器，采用封闭式镕合电极结构，电导池两端均有接地电极，具有优良的电导池结构性能，消除了杂散电流，使测量结果不受电导池外界的干扰。且结构尺寸小、导流空间大、响应时间快，实现快速电导率测量，并具有很好的冲水性能。所采用镀膜技术可以使电极牢固附着在非金属材料的基体上，电极性能稳定而且不用镀铂黑，一旦电极变脏可以很容易的将电极清洗干净而不会改变电极的测量性能。

本实用新型所涉及的七电极电导率传感器测量精度高、稳定性好、现场使用方便，既可用于海洋潜标、浮标、定点测量CTD仪器，还可用于船用自容、电缆传输CTD剖面测量仪器，也适合于各类高速垂直、水平或沉浮式运行的海洋测量载体，如拖曳体、自航行剖面器、抛弃式探头等，具有良好的推广和应用前景。

附图说明

图1为现有技术的一种电极式电导率传感器结构示意图。

图2为本实用新型的七电极电导率传感器结构图。

图3为镀铂膜七电极电导池导流管结构示意图。

图中标记说明：

1、电导池                2、水密壳体

3、转换电路              4、电缆接插件

5、敏感电极              6、上方进水口

7、七电极电导池导流管    8、封装绝缘体

9、下方出水口            10、连接座

11、耐压水密壳体         12、信号转换电路板

13、电缆密封接头         14、接地电极

15、16、电压电极         17、电流电极

18、19、电压电极         20、接地电极

具体实施方式

现结合附图对本实用新型的具体实施方式予以描述。图2显示镀铂膜七电极电导率传感器结构，图3显示图2中电导池导流管内七电极的分布结构。

如图2和图3所示，镀铂膜七电极电导率传感器主要由镀铂膜七电极电导池和信号转换电路两部分组成。传感器呈圆柱状，由上下两个直径不同的圆柱体通过水密端子连接而成。上部带弯头直径较小的圆柱体为七电极电导池，下部是耐压水密圆柱壳体11，电导池置于耐压水密壳体11外部前端。信号转换电路密封在耐压水密壳体11内，耐压水密壳体11的后端有电缆密封接头13。

构成七电极电导池的小圆柱体内有非金属材料的导流管7，导流管7通过精密加工整体车制而成，电导池导流管7长45mm，内径8mm，外径12mm。导流管7内壁有上下排列的七个圆环电极。电导池导流管7外部利用环氧树脂作为封装防护绝缘体8，导流管7的上方进水口6和下方出水口9，呈喇叭口状的锥体形状。

圆环电极由导流管7内壁圆环凹槽内镀铂膜电极构成。七个电极的圆环上下平行排列，并与导流管7的内壁垂直。七个电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极17为中心上下对称安装着两对电压电极15、16、18、19和一对接地电极14、20。导流管7内两个电压电极15、16和18、19之间的距离设计为5mm，电压电极宽为1.5mm，电流电极17和接地电极14、20宽为3mm。

测量时被测海水在镀铂膜七电极电导池内通过。其激励电流iconst从中央电流电极17馈入电导池，这个恒流信号分别流向14、20接地电极，在海水介质里建立起电场，产生感应电压，通过反馈电路调整使电压电极两端的电压保持恒定。根据分别检测的两对电压电极之间电压降信号，得出被测水样的电导率，由与通过信号转换电路连接的采集微处理器显示或纪录。

Claims (4)

1、一种七电极电导率传感器，呈圆柱状，由上下两个直径不同的圆柱体通过水密端子连接而成，其特征在于，上部带弯头直径较小的圆柱体为七电极电导池，下部是耐压水密圆柱壳体(11)，电导池置于耐压水密壳体外部前端；构成七电极电导池的小圆柱体内有非金属材料的导流管(7)，导流管(7)通过精密加工整体车制而成，电导池导流管(7)内壁有上下排列的七个圆环电极，圆环电极由导流管(7)内壁圆环凹槽内镀铂膜电极构成；七个电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极(17)为中心上下对称安装着两对电压电极(15、16，18、19)和一对接地电极(14、20)。

2、根据权利要求1所述的七电极电导率传感器，其特征在于，所述的七个圆环电极上下平行排列，并与导流管(7)的内壁垂直，两个电压电极之间的距离为5mm，电压电极宽为1.5mm，电流电极(17)和接地电极(14、20)宽为3mm。

3、根据权利要求1所述的七电极电导率传感器，其特征在于，所述电导池导流管(7)外部有利用环氧树脂的封装防护绝缘体(8)，导流管(7)的上方进水口(6)和下方出水口(9)，呈喇叭口状的锥体形状。

4、根据权利要求1所述的七电极电导率传感器，其特征在于，所述耐压水密壳体(11)内密封有信号转换电路，耐压水密壳体(11)的后端有电缆密封接头(13)。

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