[发明专利]用于电磁式溶液电导率测量的输入电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电磁式溶液电导率测量的输入电路，属于测量仪器技 术领域。

背景技术

溶液电导率作为一种重要的电化学分析参数，其测量已经广泛地应用于化 工、冶金、生物、医学、粮食、水利、环保、能源等领域。电导率测量分为接 触式和非接触式。非接触式电导率测量采用电磁感应原理，也称电磁式电导率 测量或感应式溶液电导率测量。由于检测元件不与被测溶液有直接的电接触， 传感器坚固，不怕腐蚀，没有极化现象，寿命很长。电磁式电导率测量的基本 方法已被发明，应用有很久的历史了。例如，美国专利号US2542057中， M.J.Relis在1951年就公开了基本的原理。用二个圆形磁环同轴布置，组成的 传感器，其外部包有耐腐蚀绝缘材料，二磁环的内孔做成一个溶液的通道，在 激励线圈中通入交流电流，根据电磁感应原理，在激励磁环中产生相应的交变 磁通，使被测溶液环路中产生感应电流，表现为交叉于激励磁环和测量磁环的 电流环，此电流环又在测量磁环中产生交变磁通，从而在感应线圈上产生感应 电动势，溶液中的感应电流与溶液电导率相关，感应线圈中的感应电动势(开 路电压)与溶液中的电流成正比，因此，测得感应线圈中的感应电动势，即可 求得溶液电导率。用公式G＝C/R来计算溶液电导率，其中C为电极常数，R 为被测溶液环路的等效电阻。

以前，感应线圈中的感应电动势常用电桥平衡法来测量，精度不高，自动 化程度不高。现在由于电子技术的发展，一般不再用电桥平衡法。

在美国专利号US 5455513A1中，Falmouth Scienctific在1995年介绍的系 统中，采用电流补偿法，或叫零电流法。在感应线圈中的感应电流与测量装置 中的补偿电流相平衡。如果感应电流与补偿电流不同，产生一个误差电流，则 将误差放大，经同步整流，积分电路，积分电路的直流输出会改变；再通过同 步开关，反馈电阻，补偿电流会改变，这是一种负反馈，直到电流平衡，误差 电流为零，积分电路的输入为零，积分电路的直流输出不再改变。在反馈电阻 一定时，积分电路的直流输出与溶液电导率成正比。这是比较高精度的方法， 因为当感应线圈的端电压为零时，感应线圈的感应电流与溶液电导率成正比， 且只与线圈匝数比有关，与磁环的导磁率关系很小。但是由于它是一种间接测 量法，电路较复杂，因为它有正向电路(从电流误差到积分电路的直流输出)， 和反向电路(积分电路的直流输出到补偿电流)，在量程改变时，正向电路和 反向电路的参数一般都要改变。而且积分电路中的积分电容要求较高。因此成 本较高。

感应电流直接测量法的基本原理是用某幅值的交流电压激励传感器，采用 电流-电压变换电路将感应线圈中的交流感应电流变换成交流电压波形，并确保 感应线圈端电压为零。再经过适当的放大，并经过整流，得到直流电压，该直 流电压正比于被测溶液电导率。电流-电压变换电路将感应线圈中的交流感应电 流变换成交流电压波形，已有一些形式来实现，例如US4220920介绍的是有电 容隔直流的运放电路加一只反馈电阻来实现，它看起来较简单，但也有缺点， 一是电容隔直流或多或少对交流有一些衰减，二是电容体积较大，三是隔直电 容与感应线圈串联接在运放的负输入端，易引起振荡。所以没有隔直电容的电 路是有一定好处的。

另外，电导率测量中，提高测量过程的可靠性变得越来越被重视。如果没 有特殊的考虑，测量系统的断路，会与零电导(或极低电导率)相混淆。 US6414493提出在两个磁环中各增加一个单匝的线圈，它们之间串上一只较大 的电阻，它们会使测量值增加一个固定的偏置。在正常的情况下，该偏置可以 被校正掉，但当线圈或电缆发生断路时，测量电路就会得到一个明显的负电导， 因此可以用来检测系统的断路。但是，在磁环中增加线圈毕竟增加了复杂性。 因此，在测量装置中发明较简单的电路，来检测系统的断路，是很有意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既简单、精确、又可靠的用于电磁 式溶液电导率测量的输入电路。