[发明专利]石英晶体振荡器激励的非接触电导测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电导检测技术，尤其涉及一种石英晶体振荡器激励的非接触电导测量装置和方法。

背景技术

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部门的科研和生产过程中，电导率是液体的基本物理参数之一，电导率的检测对分析管道中液体的其他特性参数有着重要的作用，如浓度、液体组分、化学反应速率等。正是因为液体的很多物理、化学特性差异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着非常广泛的应用范围和十分重要的研究意义。

1998年，A.J.Zemann等和J.A.F.da Silva等分别提出了用于毛细管道上的电容耦合式非接触电导测量方法，该非接触式电导测量方法在绝缘管道的外壁安装两个间隔一定距离的环状电极，即激励电极与检测电极。电极通过绝缘管道的管壁与管道中的溶液形成耦合电容，管道中的导电溶液等效为电阻，则它们就共同构成了一个电容-电阻-电容串联的等效电路，使用信号发生器在激励电极上施加交流电压，在检测电极上就可以测得反映管道内溶液电导值的电流信号。这种非接触式电导测量方法由于电极不与管道内的溶液接触，有效地克服了接触式电导测量方法存在的电极极化和电极污染等问题，从而延长了电极的使用寿命，提高了测量的准确度。这种方法一经提出，便得到了相关领域研究者的关注，现在该方法已被广泛采用。

然而，作为一种较新的电导测量方法，现有的电容耦合式非接触电导测量技术还存在一些不足，现有技术都采用信号发生器作为激励源，而信号发生器体积庞大，使得电导测量装置的结构复杂，不利于装置的小型化、实用化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单的石英晶体振荡器激励的非接触电导测量装置和方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：所述石英晶体振荡器激励的非接触电导测量装置中的石英晶体激励模块包括石英晶体振荡器、隔直及幅值调节电路和测量石英晶体，石英晶体振荡器的输出端与隔直及幅值调节电路的输入端连接，隔直及幅值调节电路的输出端与测量石英晶体的一端连接；所述石英晶体振荡器包括激励石英晶体、可调电容、第一反相器、第二反相器、第一电阻、第二电阻、第一电容；所述激励石英晶体与测量石英晶体的阻抗-频率特性相同；第一反相器的输入端分别与第一电阻的一端、激励石英晶体的一端连接，第一反相器的输出端分别与第一电阻的另一端、第一电容的一端连接，第二反相器的输入端分别与第一电容的另一端、第二电阻的一端连接，第二反相器的输出端分别与第二电阻的另一端、可调电容的一端连接，可调电容的另一端与激励石英晶体的另一端连接。

进一步地，本发明所述石英晶体振荡器还包括第三反相器和第三电阻，第三反相器的输入端分别与第二反相器的输出端、第三电阻的一端连接，第三反相器的输出端与第三电阻的另一端连接。

进一步地，本发明所述隔直及幅值调节电路包括第一放大器、第二放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第二电容，第一放大器的同相输入端分别与第二电容的一端、第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端接地，第一放大器的反相输入端与第一放大器的输出端连接，第一放大器的输出端与第五电阻的一端连接，第二放大器的同相输入端与第七电阻的一端连接，第七电阻的另一端接地，第二放大器的反相输入端分别与第五电阻的另一端、第四电阻的一端连接，第二放大器的输出端与第四电阻的另一端连接。

本发明使用上述非接触电导测量装置进行电导测量的方法包括如下步骤：

1)调节石英晶体振荡器中可调电容的电容值等于电导测量电路的总耦合电容，以使石英晶体振荡器的交流激励信号的频率f等于电导测量电路的谐振频率f₀，此时石英晶体振荡器产生振荡频率为f₀的交流激励信号；

2)将石英晶体振荡器产生的振荡频率为f₀的交流激励信号通过隔直及幅值调节电路和测量石英晶体传输到激励电极上，对电导传感器进行激励，此时所述电导测量电路发生谐振；

3)通过检测电导测量电路中的电流I，由关系式Z₀＝U/I得到谐振状态下所述电导测量电路的总阻抗Z₀，其中，U为隔直及幅值调节电路的输出电压；进而根据谐振状态下测量电路总阻抗的表达式Z₀＝R_x+r得到被测溶液的阻抗R_x，其中，r为测量石英晶体的等效电阻的阻值。