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基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置制造方法及图纸

技术编号:14732445 阅读:182 留言:0更新日期:2017-02-28 17:07
本实用新型专利技术公开了一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置,由交流激励源、激励电极、绝缘测量管道、检测电极、单边虚拟电感、电流电压转换电路、信号处理模块依次相连。单边虚拟电感输出端通过电流电压转换电路中的运放虚地。本实用新型专利技术利用单边虚拟电感代替实际电感,利用串联谐振原理,用单边虚拟电感的感抗消除传感器中耦合电容的容抗对测量的不利影响。相较浮置虚拟电感,单边虚拟电感虚地,结构紧凑,稳定性高;相较实际电感,单边虚拟电感体积小易集成,电感值可调,降低了对激励源的要求。本实用新型专利技术通过测量检测通路的输出电流,经计算得到待测流体等效电导值,为实现非接触测量绝缘管道内部导电流体的电导提供了一种有效方法。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电导检测技术,尤其涉及一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置
技术介绍
现代,化工行业及其他制造业生产过程中,液体扮演着重要的角色,而液体的电导率由于其可根据其数值及变化反映出液体的一些物理化学特性,如液体流动状态、液体组分及化学反应状态等,因此研究液体电导率的检测技术对工业检测技术的发展及生产效率的提高都具有重要意义。当前常用的液体电导率检测技术是接触式电导检测技术,其方法主要是将检测电极探入待测液体中获得液体电导率信息,因具有使用便捷、精度高等优势得到广泛使用。但是这种方法由于电极与液体直接接触,存在电极极化和电化学腐蚀等问题,因此需要研究非接触的电导率检测技术。电容耦合式非接触电导检测(C4D)技术是一种新式电导检测技术,该技术具有非接触式测量的特点,可有效解决接触式电导检测技术中电极极化和电化学腐蚀的问题。然而,由于电极和导电液体会通过绝缘管壁形成耦合电容,而这个电容在测量通路中加入了一个不可忽视的背景信号,因此会严重影响测量范围和灵敏度。为解决这个耦合电容的不利影响,已有以下两个专利:专利(基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法,专利公开号:CN103941099A)及专利(一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及方法,专利公开号:CN105353223A)结合串联谐振原理和虚拟电感技术,利用虚拟电感代替实际电感,利用串联谐振消除了耦合电容对测量结果造成的不利影响;同时虚拟电感可有效克服实际电感存在的不足。然而,以上两个专利中,专利(基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法,专利公开号:CN103941099A)中所涉及的虚拟电感为浮置电感,结构较为复杂,并且由于采用了对称的电路结构,对元器件提出较高的要求,电导测量过程中具有一定的不稳定性。另外,该专利涉及的电导测量方法中,虚拟电感电路串联在C4D传感器的激励电极与交流激励源之间,而本专利中的单边虚拟电感是在C4D传感器之后直接与后续电路相连的。至于专利(一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及方法,专利公开号:CN105353223A)则采用的是电压法,通过去一个定值电阻上的分压得到信号,而此电阻在测量电路中实际会引入一个较大背景干扰,使得传感器的灵敏度降低。针对以上情况,设计了一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及方法。本技术具备已有专利(一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及方法,专利公开号:CN105353223A)及专利(基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法,专利公开号:CN103941099A)的技术优点;不同于已有专利(一种基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及方法,专利公开号:CN105353223A)采用的差压法,本技术通过测量检测通路的输出电流得到被测导电流体等效电导值,由于不需要在电路中添加一个取压的量程电阻,减少了背景信号,因而在一定程度上提高了灵敏度;相较于已有专利(基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法,专利公开号:CN103941099A)中的虚拟电感,本技术涉及的单边虚拟电感通过虚地的办法解决了单边虚拟电感输出端需接地的问题,相较浮置虚拟电感,电路得到简化,结构更为简单,性能更为稳定;利用运放虚地的思路解决单边虚拟电感输出端需接地的问题也为类似问题提供了新的思路和有益借鉴。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足,提供一种有效的基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置。具体技术方案如下:一种电容耦合式非接触电导测量装置,其特征在于包括交流激励源、绝缘测量管道、激励电极、检测电极、单边虚拟电感、电流电压转换电路、信号处理模块;激励电极和检测电极依次安装在绝缘测量管道上,交流激励源与激励电极相连,检测电极、单边虚拟电感、电流电压转换电路顺次相连,单边虚拟电感的一端通过电流电压转换电路的同相端虚地,以满足单边虚拟电感接地的要求,电流电压转换电路的输出与信号处理模块相连。所述的单边虚拟电感结构为:第一运算放大器(A1)的正相输入端为单边虚拟电感(5)的输入端,检测电极(4)及第三电阻(R3)的一端与第一运算放大器(A1)的正相输入端相连,第一电阻(R1)的一端、第一电容(C1)及第六电阻(R6)的一端与第一运算放大器(A1)的反相输入端相连,第一电容(C1)的另一端、第二电阻(R2)的一端、第六电阻(R6)的另一端分别与第一运算放大器(A1)的输出端相连,第二运算放大器(A2)的正相输入端与第一运算放大器(A1)的正相输入端相连,第二电阻(R2)的另一端、第五电阻(R5)的一端与第二运算放大器(A2)的反相输入端相连,第二运算放大器(A2)的输出端通过串联的第四电阻(R4)、第三电阻(R3)与第二运算放大器(A2)的正相输入端相连,第五电阻(R5)的另一端与第二运算放大器(A2)的输出端相连,第一电阻(R1)的另一端与电流电压转换电路(6)中运算放大器(A3)的反相端相连,作为单边虚拟电感(5)的输出端。利用运算放大电路深度负反馈情况下同相端反相端电位相等的性质,通过运算放大器的同相端虚地。所述单边虚拟电感5为经典Riordan电路的改进电路,具体改动为:在电容C1两端并联大电阻R6,如此,则单边虚拟电感5的等效内阻值Req的表达式为其中R6的阻值为R1的200倍以上,可以保证内阻非常小且不受其余参数调整的影响从而几乎不影响测量,并且不影响单边虚拟电感实现电感功能及其等效电感值;R6还起到稳定运算放大器工作状态的功能,保证当电路进入正反馈导致自激振荡时,电容C1可通过其放电,从而恢复稳态;在可调电阻R3前串联一个定值电阻R4,可以保证单边虚拟电感不会由于R3、R4串联值过小,引起运算放大器A2产生自激振荡,导致电路不稳定;等效电感值若其中R1、R2、R3、R4、R5、C1中一个或多个可调,则L值可通过调节R1、R2、R3、R4、R5、C1中任意一个或多个的值进行改变。优选的,所述R1、R2、R3、R4、R5、C1中仅R3可调,用于仅调节R3对等效电感值L值的进行调节。激励电极与绝缘测量管道内的待测导电流体通过管壁形成的耦合电容,检测电极(4)与绝缘测量管道内的待测导电流体通过管壁形成的耦合电容,缘测量管道中两电极间待测导电流体的等效电阻,单边虚拟电感及其等效内阻串联构成电容耦合式非接触电导检测电路,所述电容耦合式非接触电导检测电路的总阻抗为:令等式中虚部为零,经计算可知当测量电路的激励频率此时电容耦合式非接触电导检测电路谐振,记此时的f=f0,因此设置若交流激励源的激励频率为f0可使检测电路处于谐振状态,此时电容耦合式非接触电导检测电路的等效阻抗Z0的虚部为零,呈现纯阻性,表达式为Z0=Rx+Req;实际操作中可以依据先设定交流激励源的输出Ui的激励频率f为谐振频率f0,而后改变单边虚拟电感中可调电阻R3,以改变单边虚拟电感的电感值L,使得电容耦合式非接触电导检测电路达到谐振点;或者改变单边虚拟电感中可调电阻R3,以改变单边虚拟电感的电感值L,再根据电感值L和耦合电容值Cx1,Cx2来设定激励源的输出Ui的激励频率f,为计算得到的谐振频率,本文档来自技高网
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基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置

【技术保护点】
一种电容耦合式非接触电导测量装置,其特征在于包括交流激励源(1)、激励电极(2)、绝缘测量管道(3)、检测电极(4)、单边虚拟电感(5)、电流电压转换电路(6)、信号处理模块(7);激励电极(2)和检测电极(4)安装在绝缘测量管道(3)外壁上,交流激励源(1)与激励电极(2)相连,检测电极(4)、单边虚拟电感(5)、电流电压转换电路(6)、信号处理模块(7)顺次相连,其中单边虚拟电感(5)的一端通过电流电压转换电路(6)中的运算放大器虚地,以满足单边虚拟电感接地的要求。

【技术特征摘要】
1.一种电容耦合式非接触电导测量装置,其特征在于包括交流激励源(1)、激励电极(2)、绝缘测量管道(3)、检测电极(4)、单边虚拟电感(5)、电流电压转换电路(6)、信号处理模块(7);激励电极(2)和检测电极(4)安装在绝缘测量管道(3)外壁上,交流激励源(1)与激励电极(2)相连,检测电极(4)、单边虚拟电感(5)、电流电压转换电路(6)、信号处理模块(7)顺次相连,其中单边虚拟电感(5)的一端通过电流电压转换电路(6)中的运算放大器虚地,以满足单边虚拟电感接地的要求。2.根据权利要求1所述的电容耦合式非接触电导测量装置,其特征在于所述的单边虚拟电感(5)结构为:第一运算放大器(A1)的正相输入端为单边虚拟电感(5)的输入端,检测电极(4)及第三电阻(R3)的一端与第一运算放大器(A1)的正相输入端相连,第一电阻(R1)的一端、第一电容(C1)及第六电阻(R6)的一端与第一运算放大器(A1)的反相输入端相连,第一电容(C1)的另一端、第二电阻(R2)的一端、第六电阻(R6)的另一端分别与第一运算放大器(A1)的输出端相连,第二运算放大器(A2)的正相输入端与第一运算放大器(A1)的正相输入端相连,第二电阻(R2)的另一端、第五电阻(R5)的一端与第二运算放大器(A2)的反相输入端相连,第二运算...

【专利技术属性】
技术研发人员:毛欣黄俊超黄志尧王保良冀海峰李海青
申请(专利权)人:浙江大学
类型:新型
国别省市:浙江;33

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