[实用新型]基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体电阻抗测量技术，尤其涉及一种基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置。

背景技术

流体在工业生产以及日常生活中广泛存在，如冶金、化工工程、生物医药、环境保护和污水处理等，对流体各特性参数的测量具有重要意义。电阻抗是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称，用来衡量交流电在电路中流动时所受到的阻碍作用的大小，通过对电阻抗的测量，不仅可以了解流体的导电能力，还可以得到流体的其他特性参数，如单相导电流体的浓度、组分、化学反应速率以及多相流体的相含率等。由于电阻抗测量系统具有结构简单、成本低、实时性好和便于工业实际应用等优势，基于电阻抗信号的流体参数测量已经成为表征流体特性的重要手段。

遗憾的是，由于技术发展水平限制，现有的流体电阻抗测量方法还存在一些缺陷。一方面，其测量原理是基于接触式电阻抗测量，相应传感器的测量电极与被测流体直接接触，易发生电极极化与电化学腐蚀等问题。另一方面，现有的电阻抗测量技术是以获取流体等效电导为目的，即仅获取流体电阻抗信号中的实部信号，而没有充分利用其虚部信号。电阻抗虚部信号的缺失，将导致流体提取特征的不完整。相应传感器或者系统测量性能受到制约。

本实用新型针对现有的流体电阻抗测量的现状，提出了一种基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置。在管道内为单相导电流体的情况下获得电感模块产生的感抗与耦合电容产生的容抗相互抵消时的频率。设置此频率为激励频率，则电路总阻抗即为管道内导电流体的等效阻抗，即可利用相敏解调的方法获取流体的电阻抗信息(包括电阻抗实部信息和电阻抗虚部信息)。既避免了传统接触式电阻抗测量存在的电极玷污、电化学腐蚀等问题，又获得了流体电阻抗的实部信息与虚部信息，使反应流体流动特征的信息更加充分、完备。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置。具体技术方案如下：

一种基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置，包括交流激励源、电阻抗测量传感器、电感模块、相敏解调模块、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电阻抗测量传感器的激励信号输入端相连，电阻抗测量传感器的检测信号输出端与相敏解调模块的一端相连，相敏解调模块、数据采集模块、计算机顺次相连。

作为所述的电阻抗测量传感器的一种优选结构，具体组成及连接方式如下：

电阻抗测量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，于绝缘管道外壁呈对称分布，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并与相敏解调模块相连，金属屏蔽罩接地。

本实用新型还提供一种使用如所述装置的流体电阻抗测量方法，具体步骤如下：

1)对于绝缘管道内的导电流体，施加交流激励信号，该状态下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抗Z₀，检测电极与绝缘管道内的导电流体通过管壁形成耦合电容C_x2，使三者构成串联交流测量通路；

2)以导电流体的等效电阻抗Z₀为待检测的值，耦合电容C_x1和C_x2为干扰测量的背景信号，若调节激励信号的频率使电感模块产生的感抗抵消耦合电容产生的容抗，则可以实现对流体电阻抗的测量Z₀。因此由检测电路的等效阻抗Z的计算公式推导得到能够实现电感模块产生的感抗与耦合电容产生的容抗相互抵消的激励频率f₀的公式为此条件下，检测电路的等效阻抗即为绝缘管道内导电流体的等效阻抗，即Z＝Z₀；

3)设置激励信号的频率为f₀，相敏解调模块通过检测电极获得包含流体电阻抗信息的电流i₀，经过电流电压转换、放大、滤波处理后，利用交流激励源提供的同相参考信号和正交参考信号进行相敏解调，即可得到两组分别反映流体电阻抗实部和虚部的输出电压信号，再换算得到流体电阻抗，具体换算方法参见申请人前期申请号为201310007288.0的专利。

本实用新型与现有技术相比具有有益效果：

1)传感器电极结构简单，分布紧凑，不与流体直接接触，避免了电极玷污、电化学腐蚀与电化学极化等问题；