[发明专利]用于测量介质的比电导的感应式电导率传感器

说明书

本发明涉及用于测量介质的比电导的感应式电导率传感器，其具有以输入信号供给的发送线圈、经由介质与发送线圈耦合的接收线圈以及包围发送线圈和接收线圈的壳体，接收线圈提供输出信号，其是对介质电导率的度量，壳体具有至少一个专门用于沉入介质中的壳体区段，其壳体壁包围发送线圈和接收线圈。电导率传感器的特征在于，壳体区段包括至少一个专门用于与介质接触的能导电的第一接触部和专门用于与介质接触的能导电的第二接触部，电导率传感器包括能导电的导体，第一接触部经由该导体与第二接触部连接，导体和能导电的接触部设计成使它们经由介质离子传导线路构造出围绕发送线圈和接收线圈的闭合的电流路径。本发明涉及包括电导率传感器的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于测量介质的比电导的感应式电导率传感器以及一种用于利用这种电导率传感器测量比电导的方法。

背景技术

感应式电导率传感器大多应用在实验室中以及应用在用于检测液态介质的比电导的过程测量技术中。这些感应式电导率传感器优选用于出现很大的测量范围和很高的化学或热负荷的地方。这例如大多是工业上的化学过程的情况，但也可以是在热蒸汽灭菌法中的情况，该热蒸汽灭菌法通常由于在食品技术领域中的严格的卫生要求而使用。

感应式电导率传感器包括发送线圈和接收线圈，它们通常设计为环形线圈，也被称为环状线圈(Toroidspule)。这种电导率传感器按照双变压器的类型来工作，其中，发送和接收线圈以如下程度引入介质中，即，使得可以构造出延伸穿过介质的、穿过发送和接收线圈的、闭合的电流路径。当发送线圈以作为输入信号的交变电压信号来激励时，发送线圈产生磁场，该磁场在穿过线圈且本身闭合的介质路径中感应出电流，该电流的强度依赖于介质的电导率。因为该交变电流在介质中再次引起围绕介质的变化的磁场，所以在接收线圈中感应出交变电流作为输出信号。该由接收线圈提供以作为输出信号的交变电流或相应的交变电压是对介质的电导率的度量。

为了给发送线圈供应交变电压，感应式电导率传感器包括与发送线圈连接的驱动电路。此外，为了检测接收线圈的输出信号，电导率传感器还包括与接收线圈电连接的接收电路，该接收电路设计用于将检测到且必要时由接收电路处理过的测量信号向传感器电子器件发出，该传感器电子器件用于对测量信号进行进一步处理并且必要时进行数字化。电导率传感器通常设计为能至少以区段形式沉入介质中的测量探头。这种测量探头具有壳体，在该壳体中容置有发送和接收线圈，必要时还容置有驱动电路和接收电路以及其他与发送和接收电路组合在传感器电路中的电路部件。在这种设计方案中，测量探头与售出的上级单元，例如显示单元、测量转换器、计算机或管理系统连接。上级单元既可以设计用于向测量探头供能，也可以设计用于与测量探头进行数据通讯。可选地包含在测量探头中的传感器电路可以设计用于将经进一步处理的、必要时经数字化的测量信号向上级单元转递。相应的测量值可以经由上级单元借助显示装置显示出或者经由数据接口发出。

感应式电导率传感器具有在约10μS/cm至200μS/cm范围内的探测下限。由此，这些传感器不能用在纯水和高纯水范围中。

在感应式电导率传感器中存在测量范围下限的原因在于，在介质电导率很小时，在分析物中感应出的测量电流非常小，并且发送线圈与接收线圈的产生的电容式耦联产生了大于或等于测量电流的基本信号。换而言之就是信噪比变得更差。

除了已有的感应式电导率传感器以外，还有电容式电导率传感器。在此，利用如下测量系统来确定介质中的电导率，在该测量系统中，如在电容器中那样，彼此相对置地存在有两个电极。根据欧姆定律来测量电阻或其倒数，即电导。利用通过传感器几何结构确定的电导池常数(Zellkonstant)，从电导中获知比电导。