[发明专利]一种不均匀溶液的多段液面电导率测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动测量控制技术领域，特别是一种对不均匀溶液的不同液面电导率同时进行自动测量的装置。 

技术背景

目前市场上的溶液电导率测量仪器大多是针对均匀溶液进行电导率的测量，一般的测量方法是将一对电极插入到测量溶液中，通过在电极之间不断施加激励信号的方法，换算出该段液面的电导率值。即使是一般的多通道的测量仪器，也只是单纯地复制上述单通道的模式，由于其多对电极通常有公共端并且不独立，造成其多对电极之间都同时存在激励信号。这种方法一般适用于测量一种或多种均匀溶液电导率的场合。 

但是在某些工业应用场合，对一种溶液进行不均匀加热，由于溶液的各部分温度、浓度不同，需要对该种不均匀溶液中的多段液面的电导率同时进行实时测量。如果使用上述方法，把多个普通设备或多通道设备的电极同时安装在一种溶液的不同液面进行测量，由于多对电极之间的多个激励信号的相互干扰影响，会对测量结果产生较大的偏差，而且测量所需的设备仪器复杂繁多、占用体积大、成本较高。 

发明内容

本发明的目的是针对上述所存在的问题和市场应用需求而提供的一种不均匀溶液的多段液面电导率的测量装置。其结构简洁、测量精度较高、制作成本较低。 

实现本发明目的的具体技术方案如下： 

一种不均匀溶液的多段液面电导率测量装置，特点是该装置包括多电极玻璃管、多通道切换器、挡位切换器、温度采集器、微控制器及PC上位机，其中： 

所述多电极玻璃管由一端开口的长玻璃管以及可移动的数对电极组成，每对电极分布在玻璃管的不同高度上，电极的面积固定，同时数对电极之间无公共端，完全独立；溶液即装在玻璃管中。 

所述多通道切换器具有多路选1路的模拟电子开关。它的多路通道与多电极玻璃管中的数对电极相连；它的输入与微控制器中DAC输出的正弦激励信号相连；在其输入和输出之间，有多个开关对应控制多路通道与输入、输出的联通和断开。 

另外，多通道切换器对外部引出数个控制引脚，根据引脚上的电平来决定多个开关的状态，从而可从多路通道中选择1路与输入和输出相互联通，这样就可以切换数对电极与激励信号的连断，也就可以保证在同一时刻液体内只有一对电极输出激励信号，不存在相互干扰的情况。 

所述挡位切换器由一个I-V转换器以及低通滤波器组成，其中，I-V转换器的输入连接多通道切换器的输出电流，其反馈电阻由一个多选1模拟电子开关来选择多个不同范围的电阻，根据模拟电子开关的数个控制引脚上的电平来决定所选择的反馈电阻，从而可以调节转换器的放大倍数，也就完成了多个挡位之间的切换；模拟电子开关的控制引脚连接微控制器的IO。 

之后，I-V转换器的输出即是放大后的电压信号，通过低通滤波器用来去除放大后信号中的高频和开关切换造成的噪声。 

所述温度采集器由热敏电阻和数字温度传感器组成，测量环境温度和通道温度，其结果将以数字信号的方式传给微控制器。 

所述微控制器包括IO、片内定时器、片内DAC、片内ADC以及UART接口，利用片内DAC生成一个固定周期为T的正弦激励信号到多通道切换器的输入；根据通道控制方法，来循环切换各个通道；当切换到一个通道后，利用片内ADC对挡位切换器的输出进行采集，根据换挡算法，调节到适合当前通道的挡位，再次进行ADC采集，根据测量算法，对采集到的数据进行计算校正，得到当前通道的电导率值，即当前液面的电导率值； 

所述PC上位机通过微控制器的UART接口，接收到的各液面的电导率值和温度值，并进行显示和分析。 

所述通道控制方法是：利用微控制器的片内定时器，周期地变换联通到多通道切换器中的控制引脚上的IO的电平，使得激励信号循环周期地联通到每路独立的通道上，即每段液面之间的电极上；同时根据保存的挡位，将多通道切换器切换到相应挡位；每组通道的联通时间为一固定时间t（ms），其中t为激励信号周期T的整数倍，即t=N*T（ms），这就是每个通道ADC的采样时间；由于T一般在几毫秒内，所以一次循环切换多个通道的时间在几十毫秒内，从而保证了测量的实时性。 

当激励信号被切换到新通道后，或者由于换挡需要切换多通道切换器中的反馈电阻时，需要等待4个周期后开始ADC采样，这样可以防止开关对信号的扰动以及电极之间的干扰。