[发明专利]一种可补偿环境变化的电导率测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种可补偿环境变化的电导率测量装置，其特征在于，包括电导率传感器和信号处理电路，所述电导率传感器包括位于传感器外壳内的初级磁芯、次级磁芯和液体导流管，所述液体导流管穿过初级磁芯和次级磁芯，所述初级磁芯上绕有初级绕组，所述次级磁芯上绕有次级绕组，所述初级绕组和次级绕组的缠绕方向相反；所述初级磁芯和次级磁芯之间有液体回路和电阻回路，所述液体回路上存在液体电阻R_w，所述电阻回路的导线在初级磁芯和次级磁芯上各绕一圈并在两磁芯间隙处交叉，所述电阻回路中串入回路电阻R_r和模拟开关S1；所述信号处理电路包括依次连接的反相放大电路、积分电路、采样保持电路、A/D模块和MCU，所述采样保持电路包括并联的采样保持电路I和采样保持电路II。

2.根据权利要求1所述的一种可补偿环境变化的电导率测量装置，其特征在于，所述反相放大电路和积分电路之间设置模拟开关S2，所述积分电路的电容C1两端并联模拟开关S3，所述积分电路和采样保持电路I之间设置模拟开关S4，所述积分电路和采样保持电路II之间设置模拟开关S5。

3.一种可补偿环境变化的电导率测量方法，采用如权利要求2所述的一种可补偿环境变化的电导率测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将电导率传感器浸入待测液体中，液体导流管的内部及传感器外壳的外部充满待测液体，形成液体回路；

步骤二，MCU控制产生激励信号，输入初级绕组，所述激励信号为标准方波信号；

步骤三，液体回路和电阻回路产生的锯齿波形感应电动势经反相放大电路放大后，由积分电路进行累加，而后进入采样保持电路I和采样保持电路II，等待A/D模块读取、转换；通过控制模拟开关S1～S5的开启和闭合，控制电信号的流向，分别测量液体回路产生的感应电动势V_w，和电阻回路产生的感应电动势V_r；

步骤四，计算液体回路的电导率k_w，

其中，k_r表示电阻回路的电导率，K_c表示电导率传感器的电导池常数，R_r为回路电阻，K_c和R_r均为定值。

4.根据权利要求3所述的一种可补偿环境变化的电导率测量方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：

(1)在t₀～t₁时刻，S1断开，此时，仅有液体回路闭合，在激励信号的作用下，次级绕组上产生与待测液体电导率正比相关的感应电动势V_w，感应电动势V_w由反相放大电路放大后，经模拟开关S2，进入积分电路，在t₀时刻，模拟开关S3闭合1/10个方波周期，使得积分电路复位清零；在t₀～t₁时刻，模拟开关S2仅在激励方波输出高电平时闭合，积分电路的输出电压值在此段时间内直线增加，即输出为在t₁时刻，积分电路的输出电压简记为V_w；在t₁时刻前的最后一个激励方波周期高电平输出时，模拟开关S4闭合半个方波周期，采样保持电路I进行跟踪采样，S4断开后，采样保持电路I进入电压保持状态，其输出电压V_w与液体电导率正比相关，经A/D模块转化为数字量，存入MCU；

(2)在t₁～t₂时刻，S1闭合；此时，在激励信号的作用下，次级绕组上产生与待测液体电导率和回路电阻值同时相关的感应电动势；在这一时段，模拟开关S2在激励方波输出低电平时闭合，进入积分电路的感应电动势包含V_w和V_r两部分，其中，V_w与t₀～t₁时刻的V_w方向相反；由于电阻回路是交叉缠绕，所以因其而产生的感应电动势V_r与V_w方向相反；因此，在这一时段积分电路的净输出为由于t₀～t₁与t₁～t₂的时间间隔相同，所以在t₂时刻，积分电路的输出电压为或仅与电阻回路相关，简记为V_r；在t₂时刻前的最后一个激励方波周期低电平输出时，模拟开关S5闭合半个方波周期，采样保持电路II进行跟踪采样，S5断开后，采样保持电路II进入电压保持状态，输出电压V_r与电阻回路电导率正比相关；经A/D模块转化为数字量，存入MCU。