專利名稱：七電極電導率傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及海洋測量儀器，特別是涉及測量海水中電導率的儀
班 益。
背景技術(shù)：
在海洋研究領(lǐng)域，海水鹽度是基本的海洋水文要素，是海洋調(diào)査和 海洋環(huán)境污染監(jiān)測中最重要的觀測項目之一。海水鹽度測量通過海水電 導率測量來實現(xiàn)，利用電導率傳感器測量海水鹽度，具有精確度高、速 度快以及便于現(xiàn)場測量等優(yōu)點，測量海水電導率已成為海水鹽度測量的 主要手段。因此，現(xiàn)場測量海水電導率的傳感器成為重要的海洋測量儀 器°
現(xiàn) 場測量海水電導率的傳感器主要分為感應式和電極式，分別具有 相應的使用范圍和特點。電極式電導率傳感器中，電導池為最重要的測 量元件，多采用封閉式或半封閉式結(jié)構(gòu)形式。
現(xiàn)有的電極式電導率傳感器通常為三電極或四電極電導率傳感器， 通過測量電導池敏感電極間海水體電阻的變化來測定海水電導率。
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的一種電極式電導率傳感器的結(jié)構(gòu)。圖1所示的
電導率傳感器包括電導池1和轉(zhuǎn)換電路3兩部分。傳感器的主體結(jié)構(gòu)為 圓柱狀的耐壓水密殼體2，轉(zhuǎn)換電路3置于耐壓水密殼體2內(nèi)，電導池1 設(shè)置在耐壓水密殼體2的一側(cè)，耐壓水密殼體2的后端有電纜密封接頭4。
電導池導流管上下敞口，導流管內(nèi)壁安裝有金屬圓環(huán)構(gòu)成的環(huán)狀敏 感電極5，沿管壁上下排列并相間設(shè)置的環(huán)狀敏感電極5包括電流電極、 電壓電極和接地電極，環(huán)狀敏感電極5的信號線穿過導流管管壁連接在 轉(zhuǎn)換電路上。海水從導流管流過時，敏感電極5檢測的電流、電壓信號， 傳遞給轉(zhuǎn)換電路3。'轉(zhuǎn)換電路3由激勵信號源、放大器、交直流轉(zhuǎn)換器、 精密電阻以及電極連接構(gòu)成。轉(zhuǎn)換電路3將來自電導池電極間海水體電 阻的變化的電壓信號，轉(zhuǎn)換為電導率信號，以完成電導率測量。
現(xiàn)有的電極式電導池通常采用優(yōu)質(zhì)玻璃人工燒接制成，敏感電極5由于電極鍍鉑黑后電極表層為海棉狀，電極表層和電導池壁易受 到污染以及生物附著，表層受到污染的電極會改變電導池常數(shù)，從而削 弱電導率傳感器的長期穩(wěn)定性，因此，現(xiàn)場測量使用中要不斷的進行定 標校準，給實際應用帶來許多麻煩。
同時，電導池電,和玻璃管壁連接方式采用細鉑絲單點固定，在測 量現(xiàn)場海水流速變化或船體搖動或搬運途中振動的情況下，易造成敏感 電極微弱抖動，使測量精確度降低，難以獲得穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)。另外， 上述電極式電導率傳感器采用貴金屬電極和非金屬材料燒結(jié)，它們之間 的熱膨脹系數(shù)不一致，當環(huán)境溫度變化時易在電導池電極與玻璃管壁之 間產(chǎn)生小的縫隙而滲漏，降低電極之間的絕緣性能，增加了傳感器性能 的不穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型推出一種新結(jié)構(gòu)形式的電極式電導率傳感器，其目的是 采用整體車制的導流管和鍍鉑膜電極構(gòu)成封閉式電導池結(jié)構(gòu)設(shè)計，以克 服現(xiàn)有電極式電導率傳感器存在的技術(shù)弊端，提高電導率測量的長期穩(wěn) 定性。
本實用新型所涉及的七電極電導率傳感器，主要由鍍鉑膜七電極電 導池和信號轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。傳感器呈圓柱狀，由上下兩個直徑不 同的圓柱體通過水密端子連接而成。上部帶彎頭直徑較小的圓柱體為七 電極電導池，下部是耐壓水密圓柱殼體，信號轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密 殼體內(nèi)，耐壓水密殼體的底端有電纜密封接頭。
構(gòu)成七電極電導池的小圓柱體內(nèi)有非金屬材料的導流管，導流管通 過精密加工整體車制而成，導流管內(nèi)壁有上下排列的七個圓環(huán)電極。圓 環(huán)電極由導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉑膜電極構(gòu)成。七個電極的圓環(huán)上下 平行排列，并與導流管的內(nèi)壁垂直。七個電極分為電流電極、電壓電極 和接地電極，以中間電流電極為中心上下對稱安裝著兩對電壓電極和一 對接地電極。電導池導流管外部利用環(huán)氧樹脂作為封裝防護絕緣體，導 流管上方進水口和下方出水口，呈喇叭口狀的錐體形狀，以增加電導池的進水速度，保證被測介質(zhì)的充分交換，提高電導率測量的響應時間。
電導池的電流電極、電壓電極和接地電極與信號轉(zhuǎn)換電路連接，并 通過信號轉(zhuǎn)換電路與采集微處理器連接。
信號轉(zhuǎn)換電路由交流激勵信號源、阻抗變換電路、信號組合電路、 信號放大電路、自動平衡調(diào)整電路、取樣電路和交直流轉(zhuǎn)換器、精密電 阻與七電極連接構(gòu)成。信號轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體內(nèi)的電路板上， 并安裝在耐壓水密殼體中部，耐壓水密殼體的底端有電纜密封接頭，直 接于顯示裝置或計算機部件連接。測量時，被測海水在電導池內(nèi)通過。 激勵電流從中央的電流電極饋入電導池，這個恒流信號分別流向接地電 極，在流體介質(zhì)里建立起電場，產(chǎn)生感應電壓。兩對電壓電極所感應到 的電壓降大小取決于被測水樣的電導率。通過反饋電路調(diào)整，完成電路 閉環(huán)的自動控制，使兩個電壓電極兩端的電壓保持恒定。于是，通過兩 個電壓電極間的電流就線性的比例于海水電導率。
C = K / Rc = K Ic / Vc
式中C為電導率，K為電導池常數(shù)，Rc為電壓電極間海水的等效電 阻，Vc為Rc兩端的固定壓降，Vc; =VCl + Vc2， Rc=RCl+ Rc2， Vc! 、 Vc2 為兩對電壓電極間的電壓降，Ic為通過電流電極的電流。
本實用新型所涉及的鍍鉑膜七電極電導率傳感器，采用封閉式镕合 電極結(jié)構(gòu)，電導池兩端均有接地電極，具有優(yōu)良的電導池結(jié)構(gòu)性能，消 除了雜散電流，使測量結(jié)果不受電導池外界的干擾。且結(jié)構(gòu)尺寸小、導 流空間大、響應時間快，實現(xiàn)快速電導率測量，并具有很好的沖水性能。 所采用鍍膜技術(shù)可以使電極牢固附著在非金屬材料的基體上，電極性能 穩(wěn)定而且不，鍍鉑黑， 一旦電極變臟可以很容易的將電極清洗干凈而不 會改變電極的測量性能。
本實用新型所涉及的七電極電導率傳感器測量精度高、穩(wěn)定性好、 現(xiàn)場使用方便，既可用于海洋潛標、浮標、定點測量CTD儀器，還可用 于船用自容、電纜傳輸CTD剖面測量儀器，也適合于各類高速垂直、水 平或沉浮式運行的海洋測量載體，如拖曳體、自航行剖面器、拋棄式探 頭等，具有良好的推廣和應用前景。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種電極式電導率傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的七電極電導率傳感器結(jié)構(gòu)圖。 圖3為鍍鉑膜七電極電導池導流管結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標記說明
1、，電導池2、水密殼體
3、轉(zhuǎn)換電路4、電纜接插件
5、敏感電極6、上方進水口
7、七電極電導池導流管8、封裝絕緣體
9、下方出水口10、連接座
11、耐壓水密殼體12、信號轉(zhuǎn)換電路板
13、電纜密封接頭14、接地電極
15、 16、電壓電極17、電流電極
18、 19、電壓電極20、接地電極
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
予以描述。圖2顯示鍍鉑 膜七電極電導率傳感器結(jié)構(gòu)，圖3顯示圖2中電導池導流管內(nèi)七電極的 分布結(jié)構(gòu)。
如圖2和圖3所示，鍍鉑膜七電極電導率傳感器主要由鍍鉑膜七電 極電導池和信號轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。傳感器呈圓柱狀，由上下兩個直 徑不同的圓柱體通過水密端子連接而成。上部帶彎頭直徑較小的圓柱體 為七電極電導池，下部是耐壓水密圓柱殼體ll，電導池置于耐壓水密殼 體ll外部前端。信號轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體ll內(nèi)，耐壓水密殼 體ll的后端有電纜密封接頭13。
構(gòu)成七電極電導池的小圓柱體內(nèi)有非金屬材料的導流管7，導流管7 通過精密加工整體車制而成，電導池導流管7長45 mm，內(nèi)徑8 ram，外 徑12 mm。導流管7內(nèi)壁有上下排列的七個圓環(huán)電極。電導池導流管7 外部利用環(huán)氧樹脂作為封裝防護絕緣體8，導流管7的上方進水口 6和 下方出水口9，呈喇叭口狀的錐體形狀。
圓環(huán)電極由導流管7內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉑膜電極構(gòu)成。七個電極的 圓環(huán)上下平行排列，并與導流管7的內(nèi)壁垂直。七個電極分為電流電極、 電壓電極和接地電極，以中間電流電極17為中心上下對稱安裝著兩對電 壓電極15、 16、 18、 19和一對接地電極14、 20。導流管7內(nèi)兩個電壓電極15、 16和18、 19之間的距離設(shè)計為5誦，電壓電極寬為1.5mm， 電流電極17和接地電極14、 20寬為3腿。
測量時被測海水在鍍鉑膜七電極電導池內(nèi)通過。其激勵電流iconst 從中央電流電極17饋入電導池，這個恒流信號分別流向14、 20接地電 極，在海水介質(zhì)里建立起電場，產(chǎn)生感應電壓，通過反饋電路調(diào)整使電 壓電極兩端的電壓保持恒定。根據(jù)分別檢測的兩對電壓電極之間電壓降 信號，得出被測水樣的電導率，由與通過信號轉(zhuǎn)換電路連接的采集微處 理器顯示或紀錄。
權(quán)利要求1、一種七電極電導率傳感器，呈圓柱狀，由上下兩個直徑不同的圓柱體通過水密端子連接而成，其特征在于，上部帶彎頭直徑較小的圓柱體為七電極電導池，下部是耐壓水密圓柱殼體(11)，電導池置于耐壓水密殼體外部前端；構(gòu)成七電極電導池的小圓柱體內(nèi)有非金屬材料的導流管(7)，導流管(7)通過精密加工整體車制而成，電導池導流管(7)內(nèi)壁有上下排列的七個圓環(huán)電極，圓環(huán)電極由導流管(7)內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉑膜電極構(gòu)成；七個電極分為電流電極、電壓電極和接地電極，以中間電流電極(17)為中心上下對稱安裝著兩對電壓電極(15、16，18、19)和一對接地電極(14、20)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的七電極電導率傳感器，其特征在于，所述 的七個圓環(huán)電極上下平行排列，并與導流管(7)的內(nèi)壁垂直，兩個電壓 電極之間的距離為5 ram，電壓電極寬為1.5mm，電流電極(17)和接地 電極(14、 20)寬為3 mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的七電極電導率傳感器，其特征在于，所述 電導池導流管(7)外部有利用環(huán)氧樹脂的封裝防護絕緣體(8)，導流管(7)的上方進水口 (6)和下方出水口 (9)，呈喇叭口狀的錐體形狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的七電極電導率傳感器，其特征在于，所述 耐壓水密殼體(11)內(nèi)密封有信號轉(zhuǎn)換電路，耐壓水密殼體(11)的后 端有電纜密封接頭(13)。
專利摘要本實用新型公開一種新結(jié)構(gòu)形式的電極式電導率傳感器，采用整體車制的導流管和鍍鉑膜七電極構(gòu)成封閉式電導池結(jié)構(gòu)設(shè)計。七電極電導池的小圓柱體內(nèi)有非金屬材料的導流管，導流管通過精密加工整體車制而成，導流管內(nèi)壁有上下排列的七個圓環(huán)電極。圓環(huán)電極由導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉑膜電極構(gòu)成。七個電極的圓環(huán)上下平行排列，并與導流管的內(nèi)壁垂直。七個電極分為電流電極、電壓電極和接地電極，以中間電流電極為中心上下對稱安裝著兩對電壓電極和一對接地電極。電導池的電流電極、電壓電極和接地電極與信號轉(zhuǎn)換電路連接，并通過信號轉(zhuǎn)換電路與采集微處理器連接。鍍鉑膜七電極電導率傳感器測量精度高、穩(wěn)定性好、現(xiàn)場使用方便，具有良好的推廣和應用前景。
文檔編號G01R27/22GK201397365SQ200920096700
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者卉 蘭, 吳明鈺, 張金平, 李建國, 雨 田 申請人:國家海洋技術(shù)中心