JP2011528109A - 流動媒体の導電率を誘電測定する入力回路 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
式中、IL2はL2における電流を表す。I−V変換回路に直接結合するため、誘導コイルおよびケーブルのDC抵抗は非常に小さく、したがって、演算増幅器の出力は飽和へと容易に駆動される可能性があり、それによって回路が正常に信頼性高く動作しなくなる。したがって、第2の抵抗器R2、積分コンデンサC2、第2の演算増幅器U2、第3および第4の抵抗器R3、R4、ならびにフィルタリングコンデンサC2で構成された非飽和回路が必要である。それらの中で、R2、C1、U2は積分回路を形成する。その時定数(R2×C1)は非常に大きく、即ち励起周期よりもはるかに大きい。励起周波数は例えば5kHzである。積分回路は第1段の演算増幅器(5)の出力電圧V5を積分する。V5にDC成分が、例えば負成分が存在する場合、積分回路U2の出力は増加する。U2の出力電圧はR3、R4によって分割される。分割ノードはU1の正入力端子に接続され、それによってU1の出力におけるDC成分が増加する。これは負フィードバックである。V5のDC成分が0となるまでプロセスは継続する。要約すると、これは、DC成分をゼロに保つAC増幅器に適した非飽和回路である。C2は、U1の入力のノイズをさらに低減する役割を果たすが、要求がより低い用途の場合、またコスト削減のために省略することができる。R3、C2、およびR4で構成された時定数はR2×C1よりもはるかに小さくなければならず、そうでなければ非飽和回路は自己発振するであろうことに留意されたい。R4、R3で構成された分圧回路はR2×C1を限定して保ち、つまり、コンデンサC1は比較的小型で低コストのものであることができる。時定数R2×C1は非常に大きいので、励起電圧の周波数を有する交流成分に対する非飽和回路の影響は無視することができる。
4 測定端子
5 第1段の演算増幅器
6 主演算増幅器
7、8 入力
9、10 出力
A1、A 利得
C センサセル定数
C1、C2、C3 コンデンサ
G 導電率
I−V 電流電圧変換回路
L1 励起コイル
L2 誘導コイル
R 液体の抵抗
R1、R2、R3、R4、R5、R6 抵抗器
T1、T2 フェライトリング
U1 演算増幅器、I−V変換回路
U2 演算増幅器、集積回路
U3 電圧レベル検出器
V5、VU2 出力電圧
Vc 電源
Claims (15)
- 励起電流を流動媒体に印加するための励起コイル(L1)と、前記流動媒体を介して前記励起電流によって発生した誘導電流を受け取るための誘導コイル(L2)とを備えるセンサに測定端子(4)を介して接続可能な、流動媒体の導電率を誘電測定する入力回路であって、前記入力回路が、最初に、前記誘導電流に対応する信号を受け取るために第1の入力(7)を用いて前記測定端子(4)に接続され、次に、前記誘導電流を少なくとも部分的に補償する補償電流を供給する役割を果たす第1の出力信号を提供するために、第1のフィードバックループを介して第1の出力(9)に接続される制御回路を備え、前記制御回路が、前記流動媒体の導電率に対応する第2の出力信号を供給する第2の出力(10)を備える、入力回路において、
前記制御回路が、前記第2の出力信号に対応する第2の入力信号を供給するため、前記制御回路の前記第2の出力(10)を前記制御回路(8)の第2の入力に接続する第2のフィードバックループを備え、前記制御回路が、前記第2の入力信号が第1の入力信号にほぼ等しいように、前記第1の出力信号および/または前記第2の出力信号を制御するように構成されたことを特徴とする、入力回路。 - 請求項1に記載の入力回路において、前記第1のフィードバックループが、一方の側では前記制御回路の前記第1の出力(9)に、他方の側では前記測定端子(4)に接続された第1の抵抗器(R1)を備えることを特徴とする入力回路。
- 請求項1または2に記載の入力回路において、前記制御回路が、負入力(−)が前記制御回路の前記第1の入力(7)であり、正入力(+)が前記制御回路の前記第2の入力(8)であり、出力が前記制御回路の前記第1の出力(9)である演算増幅器(U1)を備えることを特徴とする入力回路。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の入力回路において、前記誘導コイル(L2)からの信号が電流であり、前記制御回路が前記信号をそれに対応する電圧に変換するように構成されたことを特徴とする入力回路。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の入力回路において、前記第1の出力(9)の前記信号を増幅することによって、特に出力電圧が前記誘導コイル(L2)の前記誘導電流に比例するように構成された第1段の演算増幅器(5)に、前記第2の出力(10)の前記信号を供給することを特徴とする入力回路。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の入力回路において、前記第2のフィードバックループが、前記出力信号の直流(DC)成分にしたがって前記第2の入力信号を供給するように構成され、かつ/または前記第2のフィードバックループが、入力が前記制御回路の前記第2の出力(10)に、また出力が特に第3の抵抗器(R3)を介して前記制御回路の前記第2の入力(8)に接続された積分回路(U2、C1、R2)を備えることを特徴とする入力回路。
- 前記導電率がセンサを液体に浸漬することによって測定され、前記センサが、一方が励起コイルを有し他方が誘電コイルを有する少なくとも2つのフェライトリングを用いる、請求項1から6のいずれか一項に記載の入力回路であって、
1つの第1の入力端子(7)、1つの第1の出力端子(9)、および1つのフィードバック端子(8)を有し、前記第1の入力端子(9)が前記誘導コイル(L2)の前記第1の端子(4)に接続され、前記誘導コイル(L2)に誘導される電流が電圧に変換され、次に電流電圧回路の前記第1の出力端子(9)によって出力され、前記出力電圧が前記誘導電流に比例する、電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路に接続され、前記出力電圧の前記DC成分によってフィードバック電圧を発生させる積分回路と、
前記積分回路と前記電流電圧変換回路の前記フィードバック端子(8)とを接続して、利用可能な適切な電圧を作り出し、前記電流電圧変換回路の前記フィードバック端子(8)に供給する分圧回路とを備える、入力回路。 - 請求項6または7に記載の入力回路において、
前記積分回路(U2、C1、R2)が、
正入力(+)、負入力(−)、および前記積分回路(U2、C1、R2)の前記出力である出力端子を有し、前記正入力(+)が接地に接続された第2の演算増幅器(U2)と、
前記制御回路の前記第2の出力(10)および前記第2の演算増幅器(U2)の前記負入力(−)を接続する第2の抵抗器(R2)と、
前記第2の演算増幅器(U2)の前記出力および前記負入力(−)を接続する積分コンデンサ(C1)とを備えることを特徴とする入力回路。 - 請求項6から8のいずれか一項に記載の入力回路において、前記積分回路(U2、C1、R2)が、その時間定数が前記励起電流の周期よりも大きいように構成されることを特徴とする入力回路。
- 請求項6から9のいずれか一項に記載の入力回路において、
前記積分回路の前記出力および前記制御回路の前記第2の入力(8)を接続する第3の抵抗器(R3)と、
前記制御回路の前記第2の入力(8)および接地を接続する第4の抵抗器(R4)とを備えることを特徴とする入力回路。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の入力回路において、前記回路が、前記制御回路の前記第2の入力(8)と接地との間に接続されたフィルタリングコンデンサ(C2)を含むことを特徴とする入力回路。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載の入力回路において、前記入力回路が開回路エラー検出回路を含み、前記開回路エラー検出回路が、
DC試験電流を導入するため、電源(Vc)を前記誘導コイル(L2)に接続する第5の抵抗器(R5)と、
前記積分回路に接続された電圧レベル検出器(U3)であって、前記DC試験電流に対応する電圧がその入力において閾値電圧よりも低いとき、前記誘導コイル(L2)およびそれに対応するケーブル配線が正常に動作していることを示し、また、その入力における前記電圧が前記閾値電圧よりも高いとき、前記誘導コイル(L2)または前記ケーブル配線の開回路エラーを示すように動作可能である、電圧レベル検出器(U3)とを備えることを特徴とする入力回路。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の入力回路において、
前記入力回路が前記電源(Vc)および前記第5の抵抗器を接続するフィルタリング回路を含み、前記フィルタリング回路が、
第5の抵抗器(R5)を介して正電源(Vc)を前記制御回路の前記第1の入力に接続する第6の抵抗器(R6)と、
端子の一方が接地に接続され、他方が前記第5の抵抗器(R5)および前記第6の抵抗器(R6)の共通ノードに接続されたフィルタリングコンデンサ(C3)とを備えることを特徴とする入力回路。 - 電流源と請求項1から13のいずれか一項に記載の入力回路とを有する測定デバイスにおいて、前記入力回路が適切なセンサに動作可能に接続され、前記励起コイル(L1)が前記励起電流を受け取るために電流源に接続され、特に、前記出力信号を増幅するため、前記制御回路の前記第2の出力(10)が主演算増幅器(6)に接続された測定デバイス。
- 請求項14に記載の測定デバイスにおいて、前記入力回路に動作可能に接続された誘電導電率センサを備え、前記センサが前記流動媒体に、特に液体もしくは溶液に浸漬され、ならびに/あるいは、前記センサの前記励起コイル(L1)および/または前記誘導コイル(L2)が環状心によって、特にフェライトリングもしくは磁気リングによって支持される測定デバイス。
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