[发明专利]电磁式溶液电导率的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电磁式溶液电导率的测量方法及装置，属于测量仪器技术领 域。

背景技术

溶液电导率作为一种重要的电化学分析参数，其测量已经广泛地应用于化 工、冶金、生物、医学、粮食、水利、环保、能源等领域。电导率测量分为接 触式和非接触式。

非接触式电导率测量采用电磁感应原理，也称电磁式电导率测量。由于检 测元件不与被测溶液有直接的电接触，传感器坚固，不怕腐蚀，没有极化现象， 寿命很长。电磁式电导率测量的基本方法已被发明，并有很久的应用历史了。 例如，在美国专利US2542057中，M.J.Relis在1951年就公开了基本的原理。 用二个圆形磁环同轴布置，组成传感器，其外部包有耐腐蚀绝缘材料，二磁环 的内孔做成一个溶液的通道，在激励磁环的激励线圈中通入交流电流，根据电 磁感应原理，在激励磁环中产生相应的交变磁通，使被测溶液环路中产生感应 电流，表现为交叉于激励磁环和测量磁环的电流环，此电流环又在测量磁环中 产生交变磁通，从而在测量磁环的感应线圈上产生感应电动势。

由于溶液中的感应电流与溶液电导率相关，感应线圈中的感应电动势(开 路电压)与溶液中的电流成正比，因此，测得感应线圈中的感应电动势，即可 求得溶液电导率。用公式G＝C/R来计算溶液电导率，其中C为电极常数，R 为被测溶液环路的等效电阻。传统上，激励电压通常为交流正弦波，感应线圈 中的感应电动势常用电桥平衡法来测量，精度不高，自动化程度不高。现在由 于电子技术的发展，一般不再用电桥平衡法。

感应电压测量法是比较简单的，仍在使用，例如在“电磁式电导浓度仪”， 化工自动化及仪表，1997，24(1)：56～58，中介绍的方法。溶液中的感应电流 与溶液电导率相关，感应线圈中的感应电动势(开路电压)与溶液中的电流成 正比，因此，测得感应线圈中的感应电动势，即可求得溶液电导率。但是，这 种方法中，感应线圈中的感应电压除了与溶液电导率相关外，还与激励线圈的 电感量有关，因此，测量的线性稍差，又由于磁环的导磁率与温度等因数有关， 所以激励线圈的电感量容易有温飘，测量精度不太高。

在美国专利US5455513A1，Falmouth Scienctific在1995介绍的系统中， 采用电流补偿法，或叫零电流法。在感应线圈中的感应电流与测量装置中的补 偿电流相平衡。如果感应电流与补偿电流不同，产生一个误差电流，则将误差 放大，经同步整流，积分电路，积分电路的直流输出会改变；再通过同步开关， 反馈电阻，补偿电流会改变，这是一种负反馈，直到电流平衡，误差电流为零， 积分电路的输入为零，积分电路的直流输出不再改变。在反馈电阻一定时，积 分电路的直流输出与溶液电导率成正比。这是比较高精度的方法，因为当感应 线圈的端电压为零时，感应线圈的感应电流与溶液电导率成正比，且只与线圈 匝数比有关，与磁环的导磁率关系很小。但是由于它是一种间接测量法，电路 较复杂，因为它有正向电路(从电流误差到积分电路的直流输出)，和反向电 路(积分电路的直流输出到补偿电流)，在量程改变时，正向电路和反向电路 的参数一般都要改变。而且积分电路中的积分电容要求较高。因此这种装置成 本较高。

有鉴于目前电磁式和感应电压式溶液导电率测量装置的缺点，有必要发明 一种既简单，又精确的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既简单，又精确的电磁式溶液电导 率的测量方法及装置。

本发明提出一种电磁式溶液电导率的测量方法，用以通过浸入被测溶液的 传感器测量溶液电导率，该传感器内至少有二个磁环，其中一磁环上设激励线 圈，另一磁环上设有感应线圈，该方法包括以下步骤：

使用一交流方波电压对该激励线圈进行激励；

测量该感应线圈内的电流；

将该电流转换为电压；

对该电压波形进行同步检波；

利用采样保持器避开该检波后的波形的过渡过程；

将采样保持器输出的电压进行模数转换；以及

依据模数转换的结果计算溶液电导率。

在上述的电磁式溶液电导率的测量方法中，在将该电流转换为电压的步骤 中，使该感应线圈输出的端电压为零。

在上述的电磁式溶液电导率的测量方法中，计算该溶液电导率G的方法包 括：