[发明专利]一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器

说明书

本发明公开一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器。该电场耦合型感应式电导率传感器探头主要由激励线圈、感应线圈和热电阻组成，补偿器由信号调理电路、A/D转换器、补偿CPU、参数存储器、输出单元组成。测量中，在激励线圈两端施加交流电压信号，激励线圈和感应线圈之间通过电解质溶液中的感应电场及分布电流传输电磁能量，从而在感应线圈中产生交流输出电压，该输出电压与液体电导率成单调非线性函数关系。感应电压和温度信号经过信号调理及A/D转换后输入至补偿CPU，CPU采用二元高阶最小二乘曲面拟合模型构成的智能补偿算法对输入数据进行处理后由输出单元输出电导率值，从而实现对传感器的温度特性和非线性特性的补偿。

技术领域

本发明专利属于传感器及检测技术领域，具体涉及一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器。

背景技术

在工业领域，电导率检测技术被广泛应用于电力、石化、造纸、食品、环保等生产过程，用于对电解质溶液的离子浓度、水中电解质成分含量、水污染程度等化工参数的测量。在电力生产过程中，电导率常被用作衡量锅炉和汽轮机循环水质的重要指标；在环境保护领域，电导率常被用作衡量工业废水及水体受污染程度的一项重要指标；在自来水生产过程中，电导率也被用作衡量自来水干净程度，保证饮用水生产质量的重要指标；在制浆造纸生产过程中，电导率的测量则被用于多个方面，如苛性钠稀释浓度的间接测量、纸浆洗涤干净程度的衡量、化学制浆工艺中加热器冷凝水是否被黑液污染的检测以及冷凝水排放方式的控制等。终上所述，电导率在线检测技术的发展和应用对国民生产和生活的各个方面具有极为重要的意义。

电导率传感器主要分为电极式电导率传感器和电磁感应式电导率传感器，其中，电极式又可分为两电极、三电极、四电极、七电极等方式，并且，近年来随着MEMS技术应用于电极的加工制作，实现了电极式电导率传感器的小型化和集成化，测量性能也不断提高。但是，由于电极式电导率传感器的电极为金属导体元件，在线测量时需要长期将电极置于溶液中，而长期浸泡的电极易被腐蚀，从而导致测量出现偏差甚至电极失效，需要定期对电极进行保养和维护。除此以外，极化效应、电容效应和接触电势效应都会对电导率测量的准确性产生较大影响。电磁感应式电导率传感器则是通过主要由激励线圈、感应线圈及磁芯组成的与电解质溶液隔离的测量系统，基于电磁场耦合及电磁感应原理对电导率进行测量，磁芯、线圈与被测液体可以不直接接触，故传感器探头不易被腐蚀，且不存在极化效应、电极电容效应和接触电势效应等问题，故感应式电导率传感器较电极式电导率传感器具有无可比拟的优越性，在工业应用中，采用感应式电导率传感器代替电极式电导率传感器是检测技术发展的必然趋势。

但是，由于感应式电导率传感器内部磁芯的非线性磁化特性及温度系数的影响，故传感器的输出具有较大的非线性和温度系数，其测量特性需要采取相关的方法进行补偿，以改善测量特性，提高测量精度；并且，在石油化工、制浆造纸等流程工业生产中，更适合采用集成化、小型化的感应式电导率传感器探头。