[发明专利]一种利用电磁法实时测量流体电导率的装置

说明书

技术领域

本发明属于电磁感应技术领域，具体涉及一种利用电磁法实时测量流体电导率的装置。

背景技术

电导率是流体的重要特性之一，被广泛应用于水质监测、医药卫生、科学研究以及工业生产过程当中。和电导率较高的金属材料相比，由于受自身浓度分布、不稳定形态、温度等因素的影响，实现流体电导率的准确、快速测量存在一定的难度。目前最普遍使用的方法是电极法和电磁法。

电极法又称为电化学法，目前使用的电导率测量仪器大部分是基于此种原理，而电极法在实际测量中还存在着一些特殊性和局限性，例如激励电源的选择，直流电源会使电极周围产生极化现象，而使用交流电源时电极或电极引线的寄生电容又会产生电容电流，另外，电极法属于接触式测量，在一定程度上会对被测流体造成破坏，且存在电极长期与液体接触会被腐蚀等问题，这些都会严重影响测量结果的准确性和现场实用性。另外一种较为新颖的方法是电磁感应法，这种方法最大的优点的是非接触式测量，克服了接触式测量(电导法)的一些主要的缺点，拥有测量范围宽、测量准确快速、结构简单、成本较低等特点，因此得到了广泛的研究和应用，例如对金属材料的探伤、膜厚测量、钢铁生产过程的参数检测及流体的液位和电导率测量等，但在低导电率流体的测量上尚需进一步研究，同时以往的一些研究大都利用感应信号的幅值实现导电率的测量，由于电解质流体电导率一般都比较低，磁力线经过流体后幅值上的衰减很小，主要表现在互感信号相位上的变化。由此使得测量精确不足，测量范围也不够大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种利用共轴线圈间的电磁互感信息快速、准确的测量流体电导率的装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用电磁法实时测量流体电导率的装置，该装置包括：传感器、电磁检测模块、上位机；

所述传感器由探针和前端电路组成，其中，探针由线圈和探管共同组成，具体为一对共轭线圈以一定间距的平行方式缠绕在探管表面，四周包裹屏蔽材料；所述一对共轭线圈中一个作为激励线圈，另一个作为接收线圈；所述一对共轴线圈为中心轴线重合的两个线圈，由表面绝缘的漆皮铜丝缠绕而成，线圈的半径一定，线圈间的轴向距离一定；所述探管的材料为绝缘材料，探管直径尺寸为毫米级；

测量时将探针插入待测流体中，测量过程中保持探针上的共轴线圈全部处于待测流体液面以下；该探针具有屏蔽层，且材料表面为绝缘物质；

所述前端电路用于实现激励信号的关断、功率放大、互感信号的预处理功能；

由传感器感知的互感信号经电磁检测模块数字化处理后通过USB传输到上位机；

所述电磁检测模块用于产生激励交流信号、进行模数转换、执行相敏解调并与上位机进行指令交互；

所述上位机用于设置激励频率、在线标定、实时显示测量结果；

具体而言，工作过程中，向激励线圈中注入交流信号，四周产生的电磁涡流电场约束方程为：

▿×▿×E-kb2E=jωμJ+[k2(r)-kb2]E---(1)]]>

其中，算子表示场量的旋度，E为电场，J为激励电流，k(r)为空气中的波数，k_b为导电流体中的波数，ω为激励信号频率，μ为磁 导率；

由伯恩近似，即假设频率和物体电导率都很低，则认为散射场很微弱，在忽略位移电流且流体分布均匀的情况下，上式(1)经推导得到散射场公式：