本发明专利技术公开了一种基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置及方法。该装置包括传感器模块、交流激励源、信号处理模块、数据采集模块和计算机。传感器由激励电极、绝缘管道和检测电极构成，信号处理模块由电流-电压转换模块和相敏解调模块构成。交流激励源提供参考输入信号，当对激励电极施加交流激励信号时，检测电极流出反映溶液电导信息的微弱电流信号。电流-电压转换模块将该微弱电流转换成容易测量的电压信号，相敏解调模块将该电压分解得到两路直流电压，计算出电极间等效电导和耦合电容。本发明专利技术利能够获得等效耦合电容的电容值，扩大了电导的测量范围，提高了电导的测量精度，为解决管道内液体电导的测量问题提供了一条有效的途径。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种。该装置包括传感器模块、交流激励源、信号处理模块、数据采集模块和计算机。传感器由激励电极、绝缘管道和检测电极构成，信号处理模块由电流-电压转换模块和相敏解调模块构成。交流激励源提供参考输入信号，当对激励电极施加交流激励信号时，检测电极流出反映溶液电导信息的微弱电流信号。电流-电压转换模块将该微弱电流转换成容易测量的电压信号，相敏解调模块将该电压分解得到两路直流电压，计算出电极间等效电导和耦合电容。本专利技术利能够获得等效耦合电容的电容值，扩大了电导的测量范围，提高了电导的测量精度，为解决管道内液体电导的测量问题提供了一条有效的途径。【专利说明】
本专利技术涉及电导检测技术，尤其涉及一种。
技术介绍
管道中的液相体系广泛存在于冶金、化学化工、生物医药、环境保护和污水处理等工业领域。电导率是液体的基本物理参数之一，通过对电导率的测量，不仅可以了解液体的导电能力，还可以得到液体的其他特性参数，如浓度、液体组分、化学反应速率等，这些参数在工业生产中具有重要意义。正是因为液体的很多特性参数都会反映为其电导率的变化，所以管道中液体电导率的测量在科研和生产中有广泛的应用和重要的研究意义。电极电导率测量法因其电极结构相对简单，造价较低，测量范围广泛而成为一种普遍的电导率测量方法。电极电导率测量法又可分为接触式检测和非接触式检测两种。接触式电导检测需要将电极浸没于液体中，在电极上施加电压，流过电极之间的电流和被测液体的电导率成正比，通过测量电流值得到电导率的数值。这种方式由于电极直接与溶液接触，易存在电极极化效应和电化学腐蚀等问题，从而影响测量的准确度，缩短电极的使用寿命。1998年,Zemann等和Fracassi da Silva等分别提出了用于毛细管道上的电容f禹合式非接触电导测量方法，这种非接触式电导测量方法在绝缘管道外壁安装两个间隔一定距离的环状电极，即激励电极和检测电极，电极与管道中的溶液形成耦合电容，管道中的导电液体等效为电阻，他们共同构成了电容-电阻-电容串联的等效电路。当对激励电极施加交流电压时，检测电极就可以得到可以反映管道溶液电阻大小的交流电流。这种非接触电导测量方法避免了电极与管道中的溶液接触，弥补了接触式电导测量方法存在缺陷，从而使这种方法受到越来越多的关注。现有的电容耦合式非接触电导装置由于耦合电容的影响，所能测量的电导率范围较小，分辨率不高，不适宜用于浓度较高溶液电导率的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服当前技术的不足，提供一种稳定、可靠的。基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置包括电导传感器、信号发生器、信号处理模块、数据采集模块和计算机，所述的电导传感器包括绝缘测量管道、激励电极和检测电极，激励电极和检测电极安装在绝缘测量管道的外壁上，激励电极与信号发生器相连接，信号处理模块包括电流-电压转换模块和相敏解调模块，检测电极与信号处理模块的电流信号输入端连接，信号处理模块的电压信号输出端与数据采集模块的信号输入端连接，数据采集模块与计算机相连接。信号发生器为相敏解调模块中的两个乘法器分别提供同相参考信号和正交参考信号。所述的基于相敏解调的电导传感器检测等效电路为:信号发生器同向参考信号输出端与激励电极、绝缘测量管道内的被测导电溶液所形成的第一耦合电容Cxi—端连接，第一耦合电容Cxi的另一端与导电溶液的等效电阻Rx的一端相连接，导电溶液的等效电阻Rx的另一端与检测电极和绝缘测量管道内的被测导电溶液所形成的第二耦合电容Cx2相连接。所述的信号处理模块电路包括第一电阻R1、第一运算放大器Al、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第一乘法器(Vreftl) Ml、第二乘法器(Vref9tl) M2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4 ； 第一电阻Rl的一端与第一运算放大器Al的反相输入端、电流信号输入端连接,第一运算放大器Al的同相输入端与地相连接,第一运算放大器Al的输出端与第一电阻Rl的另一端、第一乘法器Ml的正Y输入端Yl、第二乘法器M2的正Y输入端Yl相连接，第一乘法器Ml的正X输入端Xl与信号发生器的同相参考信号输出端相连接，第一乘法器Ml的负X输入端X2、负Y输入端Y2与地连接，第二乘法器M2的正Y输入端Yl与信号发生器的正交参考信号输出端相连接，第二乘法器(Ml)的负X输入端X2、负Y输入端Y2与地连接，第一乘法器Ml的输出端OUT与第二电阻R2的一端相连接,第二电阻R2的另一端、第一电容Cl的一端、第四电阻R4的一端与第二运算放大器A2的反相输入端相连接，第二运算放大器A2的同相输入端与地相连接，第二运算放大器A2的输出端、第一电容Cl的另一端、第四电阻R4的另一端与第六电阻R6的一端相连接，第六电阻R6的另一端通过第三电容C3接地，第二乘法器M2的输出端OUT与第三电阻R3的一端相连接，第三电阻R3的另一端、第二电容C2的一端、第五电阻R5的一端与第三运算放大器A3的反相输入端相连接，第三运算放大器A3的同相输入端与地相连接，第三运算放大器A3的输出端、第二电容C2的另一端、第五电阻R5的另一端与第七电阻R7的一端相连接，第七电阻R7的另一端通过第四电容C4接地。基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量方法包括对激励电极施加交流激励信号时，检测电极流出可以反映溶液电导信息的微弱电流信号，电流-电压转换模块可以将该微弱电流转换成容易测量的电压信号。相敏解调模块将该电压分解为同相分量Vtl和正交分量V9tl，根据Vtl和V9tl,电极间等效电阻和耦合电容均可计算出来。基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量方法包括:利用相敏解调的方法，检测电极流出的交流电流，经过电流-电压转换电路转化为交流电压，该电压经过乘法器和低通滤波电路组成的相敏解调模块后会分解为同相分量Vtl和正交分量V9tl,根据Vtl和V9tl,电极间等效电阻和耦合电容均可计算出来。这样能够消除耦合电容对电导测量的影响，从而扩大测量范围，提高分辨率。信号发生器提供激励电极的激励信号第一乘法器的同相参考信号VMf(l和第二乘法器的正交参考信号VMf9(l，\、Vref0与Vref9tl分别为 式中，Ai, Aref0和Aref90分别为\、Vref0和VMf9(l的幅值，ω为\、Vref0和Vref9tl的角频率。耦合电容Cxl与耦合电容Cx2的串联值Cx为【权利要求】1.基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置包括电导传感器、信号发生器、信号处理模块、数据采集模块和计算机，其特征在于:所述的电导传感器包括绝缘测量管道、激励电极和检测电极，激励电极和检测电极安装在绝缘测量管道的外壁上，激励电极与信号发生器相连接，信号处理模块包括电流-电压转换模块和相敏解调模块，检测电极与信号处理模块的电流信号输入端连接，信号处理模块的电压信号输出端与数据采集模块的信号输入端连接，数据采集模块与计算机相连接；信号发生器为相敏解调模块中的两个乘法器分别提供同相参考信号和正交参考信号。2.根据权利要求1所述的基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置，其特征在于:所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置包括电导传感器、信号发生器、信号处理模块、数据采集模块和计算机，其特征在于：所述的电导传感器包括绝缘测量管道、激励电极和检测电极，激励电极和检测电极安装在绝缘测量管道的外壁上，激励电极与信号发生器相连接，信号处理模块包括电流‑电压转换模块和相敏解调模块，检测电极与信号处理模块的电流信号输入端连接，信号处理模块的电压信号输出端与数据采集模块的信号输入端连接，数据采集模块与计算机相连接；信号发生器为相敏解调模块中的两个乘法器分别提供同相参考信号和正交参考信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王保良，李先上，龚和，冀海峰，黄志尧，李海青，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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