[实用新型]径向结构的非接触式流体电导测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体电导测量技术，尤其涉及一种基于径向两电极传感器的非接触流体电导测量装置。

背景技术

管道中的液相体系广泛存在于冶金、化工工程、生物医药、环境保护和污水处理等部门的科研和生产的过程中，电导是流体的基本物性参数之一，电导的在线检测对分析管道中流体的其他特性参数有着重要的作用，如浓度、组分、化学反应速率等。正是由于流体的很多物理、化学特性差异都会反映为其电导的变化，所以管道中流体电导的在线测量在生产和科研中有着广泛的应用范围和重要的研究意义。

目前电导检测的方法大都是基于接触式电导检测技术，由于检测电极与流体直接接触，易发生电化学反应、极化效应。此外在测量环境较差的情况下测量电极易被玷污，导致电导测量性能下降。电容耦合式非接触电导技术(C⁴D)，是一种较为新型的电导检测技术，典型的传感器结构是绝缘管外壁轴向分布的两个环状电极。由于其具有电极与被测流体不接触的优点，因此得到科学工作者与工程师的广泛关注。

然而，上述传感器结构较为松散，占用空间较多，不利于工业实际应用。本实用新型针对流体电导检测的发展现状，提出了一种基于径向两电极传感器的非接触流体电导测量装置，传感器部分采用两个凹形金属电极片沿径向对称贴于绝缘管外壁，一个作为激励电极，另一个作为检测电极。简化了传感器结构，电极分布方式更为紧凑，并克服了接触式传感器存在的电化学腐蚀、极化效应等问题，同时引入串联谐振的方法，减小耦合电容的影响，提高系统的检测灵敏度与测量范围。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、分辨率高的非接触流体电导测量装置和方法。具体技术方案如下：

一种基于径向两电极传感器的非接触式流体电导测量装置，包括交流激励源、径向两电极传感器、电感模块、信号处理模块、数据采集模块、计算机；交流激励源与电感模块的一端相连接，电感模块的另一端与径向两电极传感器的激励信号输入端相连，径向两电极传感器的检测信号输出端与信号处理模块的一端相连，信号处理模块、数据采集模块、计算机顺次相连。

作为优选，所述的径向两电极传感器由金属屏蔽罩、激励电极、检测电极和绝缘管道组成，两电极片尺寸相同，为径向凹形电极，于绝缘管道两侧呈对称分布，激励电极由穿过金属屏蔽罩的导线引出激励信号输入端与电感模块相连，检测电极由穿过金属屏蔽罩的导线引出检测信号输出端与信号处理模块相连，金属屏蔽罩接地。

一种使用所述装置的流体电导测量方法，它的步骤如下：

1)对于绝缘管道内的导电流体，该径向两电极传感器的等效模型为：激励电极与绝缘管道内的导电流体通过管壁形成耦合电容C_x1，绝缘管道内两个电极间的导电流体等效成电阻R₀，检测电极与绝缘管道内的导电流体通过的管壁形成耦合电容C_x2；

2)检测电路的等效阻抗为其中，f为交流激励源的激励电压u_i的频率，L为电感模块的电感值；设置交流激励源的激励电压u_i的频率f为电导检测电路的谐振频率f₀，其中在该交流激励信号的作用下，检测电路的等效阻抗中的虚部被消除，整个检测电路处于谐振状态，即电路等效阻抗Z＝R₀；

3)将信号处理模块获得传感器输出的电流i₀进行电流电压转换、滤波、放大处理即可得到有效的信号，由于电路处于谐振状态，电路为纯阻性，Z＝R₀；通过关系式可计算得到流体的等效电导。

本实用新型与现有技术相比具有有益效果：

1)测量方式为非接触式，电极与管道中流体不直接接触，避免了电极受流体的腐蚀和电极极化等问题，同时非接触式测量不破坏管道内流体流动状态，减少了压力损失；

2)使用径向两电极非接触式电导传感器来获取电导检测电路中的电流i₀，简化了电导测量装置的结构，在相同管径条件下其体积约为传统环状电极传感器的三分之一，缩小了传感器占用空间，易于实现电导测量装置的小型化、实用化；

3)金属屏蔽罩内放置装有电极部分的绝缘管道，可有效降低周围环境的干扰信号，有利于提高检测的分辨率，并且提升了装置的稳定性和抗干扰能力；

4)应用了串联谐振的方法，消除了耦合电容对测量范围和分辨率造成的不利影响，提高了电导测量的分辨率，增大了非接触式电导测量应用的管径尺度。

附图说明