[发明专利]基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及电导检测技术，尤其涉及一种基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法。

背景技术

管道中的液相体系在自然界和工业过程中普遍存在，液体相关物理参数的检测对于准确计量、安全生产、节能环保、工业控制过程优化及资源合理开发等均具有相当重要的意义，其中，电导率是液体的基本物理参数之一，因此，电导率的检测对于科研和生产有着重要作用。

电容耦合式非接触电导检测技术是一种新型非接触电导测量技术，然而，其电极、绝缘管壁、导电液体所形成的耦合电容对测量范围和测量灵敏度造成不利影响，而且，目前该技术研究与应用主要为分析化学等领域中毛细管溶液电导、离子浓度等的测量。近年来，出现了基于串联谐振的电容耦合式非接触电导的测量装置及方法（专利公开号：CN101387613A），该装置及方法在保留电容耦合式非接触式电导检测技术优点的同时，消除了耦合电容对测量范围以及灵敏度的不利影响，进一步提高传感器的测量性能。然而，串联谐振所用到的普通电感存在一些问题，例如：普通电感与毛细管或者小通道尺寸相比体积较大，电感量调节困难，另外电感本身的分布电容等参数对检测造成不利影响。

利用虚拟电感代替普通电感，沿用串联谐振思想，设计一种电导测量装置及方法。在具备基于串联谐振的电容耦合式非接触电导测量技术优点的同时，利用虚拟电感代替普通电感，可以有效的减小电感尺寸，降低电感的制作工艺，实现电感量的调节，克服电感本身参数对检测带来的不利影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种稳定、可靠的基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法。

基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置包括交流激励源、虚拟电感模块、绝缘测量管道、激励电极、检测电极、电流检测模块，在绝缘测量管道外壁安装有激励电极和检测电极，虚拟电感模块的两端分别与交流激励源和激励电极相连，检测电极与电流检测模块相连接。

所述的虚拟电感模块为：第一运算放大器的正相输入端为虚拟电感模块的输入端，第四运算放大器的正相输入端为虚拟电感模块的输出端。交流激励源的一端、第一电阻的一端与第一运算放大器的正相输入端相连接，第四电阻的一端、第一电容的一端与第一运算放大器的反相输入端相连接，第三电阻的一端、第四电阻的另一端、第一电容的另一端与第一运算放大器的输出端相连接，第二运算放大器的正相输入端与第一运算放大器的正相输入端相短接，第三电阻的另一端、第二电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端相连接，第一电阻的另一端、第二电阻的另一端与第二运算放大器的输出端相连接，第一运算放大器的反相输入端经第五电阻、第六电阻与第三运算放大器的反相输入端相连接，第七电阻的一端、第二电容的一端与第三运算放大器的反相输入端相连接，第七电阻的另一端、第八电阻的一端、第二电容的另一端与第三运算放大器的输出端相连接，第八电阻的另一端、第九电阻的一端与第四运算放大器的反相输入端相连接，第九电阻的另一端、第十电阻的一端与第四运算放大器的输出端相连接，第十电阻的另一端与第四运算放大器的正相输入端相连接，第三运算放大器的正相输入端、激励电极的一端与第四运算放大器的正相输入端相连接。

基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量方法是：将激励频率为f，输出幅值为Vi的交流激励信号源施加在虚拟电感模块上，交流激励信号、虚拟电感、激励电极、检测电极以及两电极之间的被测溶液形成交流通路，其中，虚拟电感代替普通电感，通过虚拟电感等效电感量的调节使得整个交流通路处于串联谐振状态，通过检测交流通路中的交流电流，获得非接触电导检测电路的总阻抗，进而得到被测溶液的阻抗；

所述虚拟电感模块的等效电感量的调节方法为：