基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置，由交流激勵(lì)源、激勵(lì)電極、絕緣測量管道、檢測電極、單邊虛擬電感、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理模塊依次相連。單邊虛擬電感輸出端通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路中的運(yùn)放虛地。本實(shí)用新型專利技術(shù)利用單邊虛擬電感代替實(shí)際電感，利用串聯(lián)諧振原理，用單邊虛擬電感的感抗消除傳感器中耦合電容的容抗對(duì)測量的不利影響。相較浮置虛擬電感，單邊虛擬電感虛地，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高；相較實(shí)際電感，單邊虛擬電感體積小易集成，電感值可調(diào)，降低了對(duì)激勵(lì)源的要求。本實(shí)用新型專利技術(shù)通過測量檢測通路的輸出電流，經(jīng)計(jì)算得到待測流體等效電導(dǎo)值，為實(shí)現(xiàn)非接觸測量絕緣管道內(nèi)部導(dǎo)電流體的電導(dǎo)提供了一種有效方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電導(dǎo)檢測技術(shù)，尤其涉及一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置。
技術(shù)介紹
現(xiàn)代，化工行業(yè)及其他制造業(yè)生產(chǎn)過程中，液體扮演著重要的角色，而液體的電導(dǎo)率由于其可根據(jù)其數(shù)值及變化反映出液體的一些物理化學(xué)特性，如液體流動(dòng)狀態(tài)、液體組分及化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)等，因此研究液體電導(dǎo)率的檢測技術(shù)對(duì)工業(yè)檢測技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)效率的提高都具有重要意義。當(dāng)前常用的液體電導(dǎo)率檢測技術(shù)是接觸式電導(dǎo)檢測技術(shù)，其方法主要是將檢測電極探入待測液體中獲得液體電導(dǎo)率信息，因具有使用便捷、精度高等優(yōu)勢得到廣泛使用。但是這種方法由于電極與液體直接接觸，存在電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題，因此需要研究非接觸的電導(dǎo)率檢測技術(shù)。電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測(C4D)技術(shù)是一種新式電導(dǎo)檢測技術(shù)，該技術(shù)具有非接觸式測量的特點(diǎn)，可有效解決接觸式電導(dǎo)檢測技術(shù)中電極極化和電化學(xué)腐蝕的問題。然而，由于電極和導(dǎo)電液體會(huì)通過絕緣管壁形成耦合電容，而這個(gè)電容在測量通路中加入了一個(gè)不可忽視的背景信號(hào)，因此會(huì)嚴(yán)重影響測量范圍和靈敏度。為解決這個(gè)耦合電容的不利影響，已有以下兩個(gè)專利：專利(基于虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及其方法，專利公開號(hào)：CN103941099A)及專利(一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及方法，專利公開號(hào)：CN105353223A)結(jié)合串聯(lián)諧振原理和虛擬電感技術(shù)，利用虛擬電感代替實(shí)際電感，利用串聯(lián)諧振消除了耦合電容對(duì)測量結(jié)果造成的不利影響；同時(shí)虛擬電感可有效克服實(shí)際電感存在的不足。然而，以上兩個(gè)專利中，專利(基于虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及其方法，專利公開號(hào)：CN103941099A)中所涉及的虛擬電感為浮置電感，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且由于采用了對(duì)稱的電路結(jié)構(gòu)，對(duì)元器件提出較高的要求，電導(dǎo)測量過程中具有一定的不穩(wěn)定性。另外，該專利涉及的電導(dǎo)測量方法中，虛擬電感電路串聯(lián)在C4D傳感器的激勵(lì)電極與交流激勵(lì)源之間，而本專利中的單邊虛擬電感是在C4D傳感器之后直接與后續(xù)電路相連的。至于專利(一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及方法，專利公開號(hào)：CN105353223A)則采用的是電壓法，通過去一個(gè)定值電阻上的分壓得到信號(hào)，而此電阻在測量電路中實(shí)際會(huì)引入一個(gè)較大背景干擾，使得傳感器的靈敏度降低。針對(duì)以上情況，設(shè)計(jì)了一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及方法。本技術(shù)具備已有專利(一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及方法，專利公開號(hào)：CN105353223A)及專利(基于虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及其方法，專利公開號(hào)：CN103941099A)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)；不同于已有專利(一種基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及方法，專利公開號(hào)：CN105353223A)采用的差壓法，本技術(shù)通過測量檢測通路的輸出電流得到被測導(dǎo)電流體等效電導(dǎo)值，由于不需要在電路中添加一個(gè)取壓的量程電阻，減少了背景信號(hào)，因而在一定程度上提高了靈敏度；相較于已有專利(基于虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置及其方法，專利公開號(hào)：CN103941099A)中的虛擬電感，本技術(shù)涉及的單邊虛擬電感通過虛地的辦法解決了單邊虛擬電感輸出端需接地的問題，相較浮置虛擬電感，電路得到簡化，結(jié)構(gòu)更為簡單，性能更為穩(wěn)定；利用運(yùn)放虛地的思路解決單邊虛擬電感輸出端需接地的問題也為類似問題提供了新的思路和有益借鑒。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效的基于單邊虛擬電感的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置。具體技術(shù)方案如下：一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置，其特征在于包括交流激勵(lì)源、絕緣測量管道、激勵(lì)電極、檢測電極、單邊虛擬電感、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理模塊；激勵(lì)電極和檢測電極依次安裝在絕緣測量管道上，交流激勵(lì)源與激勵(lì)電極相連，檢測電極、單邊虛擬電感、電流電壓轉(zhuǎn)換電路順次相連，單邊虛擬電感的一端通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路的同相端虛地，以滿足單邊虛擬電感接地的要求，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出與信號(hào)處理模塊相連。所述的單邊虛擬電感結(jié)構(gòu)為：第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端為單邊虛擬電感(5)的輸入端，檢測電極(4)及第三電阻(R3)的一端與第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端相連，第一電阻(R1)的一端、第一電容(C1)及第六電阻(R6)的一端與第一運(yùn)算放大器(A1)的反相輸入端相連，第一電容(C1)的另一端、第二電阻(R2)的一端、第六電阻(R6)的另一端分別與第一運(yùn)算放大器(A1)的輸出端相連，第二運(yùn)算放大器(A2)的正相輸入端與第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端相連，第二電阻(R2)的另一端、第五電阻(R5)的一端與第二運(yùn)算放大器(A2)的反相輸入端相連，第二運(yùn)算放大器(A2)的輸出端通過串聯(lián)的第四電阻(R4)、第三電阻(R3)與第二運(yùn)算放大器(A2)的正相輸入端相連，第五電阻(R5)的另一端與第二運(yùn)算放大器(A2)的輸出端相連，第一電阻(R1)的另一端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)中運(yùn)算放大器(A3)的反相端相連，作為單邊虛擬電感(5)的輸出端。利用運(yùn)算放大電路深度負(fù)反饋情況下同相端反相端電位相等的性質(zhì)，通過運(yùn)算放大器的同相端虛地。所述單邊虛擬電感5為經(jīng)典Riordan電路的改進(jìn)電路，具體改動(dòng)為：在電容C1兩端并聯(lián)大電阻R6，如此，則單邊虛擬電感5的等效內(nèi)阻值Req的表達(dá)式為其中R6的阻值為R1的200倍以上，可以保證內(nèi)阻非常小且不受其余參數(shù)調(diào)整的影響從而幾乎不影響測量，并且不影響單邊虛擬電感實(shí)現(xiàn)電感功能及其等效電感值；R6還起到穩(wěn)定運(yùn)算放大器工作狀態(tài)的功能，保證當(dāng)電路進(jìn)入正反饋導(dǎo)致自激振蕩時(shí)，電容C1可通過其放電，從而恢復(fù)穩(wěn)態(tài)；在可調(diào)電阻R3前串聯(lián)一個(gè)定值電阻R4，可以保證單邊虛擬電感不會(huì)由于R3、R4串聯(lián)值過小，引起運(yùn)算放大器A2產(chǎn)生自激振蕩，導(dǎo)致電路不穩(wěn)定；等效電感值若其中R1、R2、R3、R4、R5、C1中一個(gè)或多個(gè)可調(diào)，則L值可通過調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R4、R5、C1中任意一個(gè)或多個(gè)的值進(jìn)行改變。優(yōu)選的，所述R1、R2、R3、R4、R5、C1中僅R3可調(diào)，用于僅調(diào)節(jié)R3對(duì)等效電感值L值的進(jìn)行調(diào)節(jié)。激勵(lì)電極與絕緣測量管道內(nèi)的待測導(dǎo)電流體通過管壁形成的耦合電容，檢測電極(4)與絕緣測量管道內(nèi)的待測導(dǎo)電流體通過管壁形成的耦合電容，緣測量管道中兩電極間待測導(dǎo)電流體的等效電阻，單邊虛擬電感及其等效內(nèi)阻串聯(lián)構(gòu)成電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路，所述電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路的總阻抗為：令等式中虛部為零，經(jīng)計(jì)算可知當(dāng)測量電路的激勵(lì)頻率此時(shí)電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路諧振，記此時(shí)的f＝f0，因此設(shè)置若交流激勵(lì)源的激勵(lì)頻率為f0可使檢測電路處于諧振狀態(tài)，此時(shí)電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路的等效阻抗Z0的虛部為零，呈現(xiàn)純阻性，表達(dá)式為Z0＝Rx+Req；實(shí)際操作中可以依據(jù)先設(shè)定交流激勵(lì)源的輸出Ui的激勵(lì)頻率f為諧振頻率f0，而后改變單邊虛擬電感中可調(diào)電阻R3，以改變單邊虛擬電感的電感值L，使得電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路達(dá)到諧振點(diǎn)；或者改變單邊虛擬電感中可調(diào)電阻R3，以改變單邊虛擬電感的電感值L，再根據(jù)電感值L和耦合電容值Cx1，Cx2來設(shè)定激勵(lì)源的輸出Ui的激勵(lì)頻率f，為計(jì)算得到的諧振頻率，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置，其特征在于包括交流激勵(lì)源(1)、激勵(lì)電極(2)、絕緣測量管道(3)、檢測電極(4)、單邊虛擬電感(5)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)、信號(hào)處理模塊(7)；激勵(lì)電極(2)和檢測電極(4)安裝在絕緣測量管道(3)外壁上，交流激勵(lì)源(1)與激勵(lì)電極(2)相連，檢測電極(4)、單邊虛擬電感(5)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)、信號(hào)處理模塊(7)順次相連，其中單邊虛擬電感(5)的一端通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)中的運(yùn)算放大器虛地，以滿足單邊虛擬電感接地的要求。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置，其特征在于包括交流激勵(lì)源(1)、激勵(lì)電極(2)、絕緣測量管道(3)、檢測電極(4)、單邊虛擬電感(5)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)、信號(hào)處理模塊(7)；激勵(lì)電極(2)和檢測電極(4)安裝在絕緣測量管道(3)外壁上，交流激勵(lì)源(1)與激勵(lì)電極(2)相連，檢測電極(4)、單邊虛擬電感(5)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)、信號(hào)處理模塊(7)順次相連，其中單邊虛擬電感(5)的一端通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)中的運(yùn)算放大器虛地，以滿足單邊虛擬電感接地的要求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置，其特征在于所述的單邊虛擬電感(5)結(jié)構(gòu)為：第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端為單邊虛擬電感(5)的輸入端，檢測電極(4)及第三電阻(R3)的一端與第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端相連，第一電阻(R1)的一端、第一電容(C1)及第六電阻(R6)的一端與第一運(yùn)算放大器(A1)的反相輸入端相連，第一電容(C1)的另一端、第二電阻(R2)的一端、第六電阻(R6)的另一端分別與第一運(yùn)算放大器(A1)的輸出端相連，第二運(yùn)算放大器(A2)的正相輸入端與第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端相連，第二電阻(R2)的另一端、第五電阻(R5)的一端與第二運(yùn)算放大器(A2)的反相輸入端相連，第二運(yùn)算...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：毛欣，黃俊超，黃志堯，王保良，冀海峰，李海青，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：新型
國別省市：浙江;33