專利名稱：工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電導(dǎo)檢測技術(shù)，尤其涉及一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線
測量裝置。
背景技術(shù)：
管道中的液相體系廣泛存在于冶金、化工工程、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護和污水處理等部門的科研和生產(chǎn)的過程中，電導(dǎo)率是液體的基本物性參數(shù)之一，電導(dǎo)率的在線檢測對分析管道中液體的其他特性參數(shù)有著重要的作用，如濃度、組分、化學(xué)反應(yīng)速率等。正是因為液體的很多物理、化學(xué)特性差異都會反映為其電導(dǎo)率的變化，所以管道中液體電導(dǎo)率的在線測量在生產(chǎn)和科研中有著廣泛的應(yīng)用范圍和重要的研究意義。傳統(tǒng)的電導(dǎo)測量方法主要為接觸式測量，接觸式電導(dǎo)測量由于電極直接與液體接觸，電極容易被極化，且易被液體污染，從而影響測量的準(zhǔn)確度，縮短電極的使用壽命，并且要在管道上鑿孔安裝電極，使得電極的使用很不方便。而電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量方法是一種非接觸電導(dǎo)測量方法，由于電極不與管道中的液體接觸，保持了電極的潔凈性，延長了電極的使用壽命，并且電極結(jié)構(gòu)簡單。同時， 電極安裝在管道外壁，對管道內(nèi)的流體流動不會產(chǎn)生干擾，具有非介入性。然而，目前的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量方法主要應(yīng)用在分析化學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用環(huán)境多為實驗室環(huán)境，且其傳感器的管道多為毛細(xì)管，這與工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境有著很大的差異。在流程工業(yè)領(lǐng)域，管道尺寸一般在幾毫米到幾十毫米之間，甚至更大，顯然原有的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量傳感器不適合在工業(yè)常規(guī)管道上使用。另外，由于電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量傳感器的管道為絕緣管道，而工業(yè)上的金屬管道一般為金屬管道，因此原有的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量傳感器無法實現(xiàn)與工業(yè)金屬管道的簡單連接。本實用新型針對這些現(xiàn)狀，設(shè)計了一種應(yīng)用于流程工業(yè)常規(guī)金屬管道上進行電導(dǎo)在線測量的非接觸電導(dǎo)在線測量裝置。設(shè)計的金屬法蘭連接件實現(xiàn)了絕緣管道和金屬管道的簡單連接。利用電感模塊消除了耦合電容的影響，擴大了傳感器的管道適應(yīng)尺寸，與工業(yè)常規(guī)管道的尺寸相匹配。同時針對工業(yè)現(xiàn)場干擾大的特點，將傳感器管道和電極安裝在金屬屏蔽殼內(nèi)，從而提高測量裝置的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置。工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置包括絕緣管道、激勵電極、檢測電極、 電感模塊、金屬屏蔽殼、金屬隔離板、金屬法蘭連接件、第一接線端子、第二接線端子、交流激勵源、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機；金屬屏蔽殼兩端分別設(shè)有金屬法蘭連接件， 金屬屏蔽殼內(nèi)橫向設(shè)有金屬隔離板，金屬屏蔽殼內(nèi)縱向設(shè)有絕緣管道，絕緣管道兩端分別插入金屬法蘭連接件，絕緣管道外壁、金屬隔離板的兩側(cè)分別設(shè)有激勵電極、檢測電極，激勵電極通過電感模塊與金屬屏蔽殼外的第一接線端子的一端相連，第一接線端子的另一端與交流激勵源相連，檢測電極與金屬屏蔽殼外的第二接線端子的一端相連，第二接線端子的另一端、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機順次相連，金屬屏蔽殼、金屬隔離板和金屬法蘭連接件分別接地。所述的金屬法蘭連接件包括內(nèi)側(cè)連接件、外側(cè)連接件和0型密封圈，外側(cè)連接件的一端為連接法蘭，外側(cè)連接件的另一端開有二級階梯形通孔，在第一級階梯形通孔上設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)側(cè)連接件和外側(cè)連接件通過螺紋連接，0型密封圈套在插入的絕緣管道上，通過內(nèi)側(cè)連接件和外側(cè)連接件相互擠壓，固定住絕緣管道。本實用新型與現(xiàn)有 技術(shù)相比具有有益效果1)通過金屬法蘭連接件的使用，實現(xiàn)了測量裝置的絕緣管道和工業(yè)現(xiàn)場的金屬管道之間的簡單連接，安裝方便；2)擴大了非接觸電導(dǎo)測量裝置的管道尺寸，測量裝置可以應(yīng)用在流程工業(yè)領(lǐng)域測量常規(guī)管道內(nèi)的電導(dǎo)；3)測量方法具有非介入性，有效避免了電極與管道中液體接觸，克服了接觸式電導(dǎo)測量方法存在的電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題，從而延長了電極的使用壽命，提高了測量的準(zhǔn)確度，同時電極不會對管道內(nèi)流體的流動產(chǎn)生影響，不干擾流體的流場；4)測量管道和電極安裝在屏蔽金屬殼內(nèi)部，提高了裝置的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

圖1是工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的金屬法蘭連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的非接觸電導(dǎo)檢測的等效電路圖；圖中絕緣管道1、激勵電極2、檢測電極3、電感模塊4、金屬屏蔽殼5、金屬隔離板 6、金屬法蘭連接件7、第一接線端子8、第二接線端子9、交流激勵源10、信號處理模塊11、數(shù)據(jù)采集模塊12、計算機13、內(nèi)側(cè)連接件14、外側(cè)連接件15、0型密封圈16。
具體實施方式
如圖1所示，工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置包括絕緣管道1、激勵電極2、檢測電極3、電感模塊4、金屬屏蔽殼5、金屬隔離板6、金屬法蘭連接件7、第一接線端子8、第二接線端子9、交流激勵源10、信號處理模塊11、數(shù)據(jù)采集模塊12、計算機13 ；金屬屏蔽殼5兩端分別設(shè)有金屬法蘭連接件7，金屬屏蔽殼5內(nèi)橫向設(shè)有金屬隔離板6，金屬屏蔽殼5內(nèi)縱向設(shè)有絕緣管道1，絕緣管道1兩端分別插入金屬法蘭連接件7，絕緣管道1外壁、金屬隔離板6的兩側(cè)分別設(shè)有激勵電極2、檢測電極3，激勵電極2通過電感模塊4與金屬屏蔽殼5外的第一接線端子8的一端相連，第一接線端子8的另一端與交流激勵源10相連，檢測電極3與金屬屏蔽殼5外的第二接線端子9的一端相連，第二接線端子9的另一端、 信號處理模塊11、數(shù)據(jù)采集模塊12、計算機13順次相連，金屬屏蔽殼5、金屬隔離板6和金屬法蘭連接件7采用316L不銹鋼并分別接地。利用該裝置和方法測量液體電導(dǎo)的流程為交流激勵源10輸出交流電壓信號的頻率為諧振頻率，交流電壓信號通過電感模塊4后加在激勵電極2上，在檢測電極3上得到能夠直接反映液體電導(dǎo)的電流信號，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換、整流、濾波和直流放大后，通過數(shù)據(jù)采集模塊12將輸出的電壓信號傳輸?shù)接嬎銠C13上并顯示。如圖2所示，工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置的金屬法蘭連接件7包括內(nèi)側(cè)連接件14、外側(cè)連接件15和0型密封圈16，外側(cè)連接件15的一端為連接法蘭，外側(cè)連接件15的另一端開有二級階梯形通孔，在第一級階梯形通孔上設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)側(cè)連接件 14和外側(cè)連接件15通過螺紋連接，0型密封圈16套在插入的絕緣管道1上，通過內(nèi)側(cè)連接件14和外側(cè)連接件15相互擠壓，固定住絕緣管道1。外側(cè)連接件15的連接法蘭和工業(yè)現(xiàn)場的金屬管道進行連接，實現(xiàn)絕緣管道和金屬管道的連接。如圖3所示，工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置的電導(dǎo)檢測等效電路為交流激勵源10的一端與電感L 的一端，電感的另一端與激勵電極2和絕緣管道1內(nèi)的導(dǎo)電液體所形成的第一耦合電容 C1的一端連接，第一耦合電容C1的另一端分別與激勵電極2和檢測電極3之間的導(dǎo)電液體的等效電阻 的一端、激勵電極2和金屬法蘭連接件7之間的導(dǎo)電液體的等效電阻禺的一端連接，等效電阻禺的另一端接地，等效電阻的另一端分別與檢測電極3和絕緣管道1 內(nèi)的導(dǎo)電液體所形成的第二耦合電容Q的一端、檢測電極2和金屬法蘭連接件7之間的導(dǎo)
電液體的等效電阻A的一端連接，等效電阻馬的另一端接地。工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量方法的步驟如下1)設(shè)置交流激勵源10的激勵電壓約的頻率/為電導(dǎo)檢測電路的諧振頻率
Λ =，在該激勵信號作用下，電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路處于諧振狀態(tài)，電
2k +1 1 1 k +1 1
路的等效阻抗Z =及+ · I^r ■ -矹)—· - 的虛部被消
除，其中力又流激勵源10的激勵電圧的頻率，R為激勵電極1和檢測電極2之間的導(dǎo)電液體的等效電阻“力電感模塊4的電感值，C1為激勵電極1和管道中導(dǎo)電液體所形成的耦合電容，C2為檢測電極2和管道中導(dǎo)電液體所形成的耦合電容，C1 = C2 ’ R1為激勵電極1和金屬法蘭連接件7之間的導(dǎo)電液體的等效電阻阻值，R1為檢測電極2和金屬法蘭連接件7之間的導(dǎo)電液體的等效電阻阻值，A為電極之間的距離與電極到金屬法蘭連接件 7之間的距離的比值，R1 = S2=kR ；
(2k +1) L 1 n2)在諧振頻率仏的條件下，由于狄2“ ■ J R，可獲得諧振狀態(tài)下的等效阻
^ m+m ι
抗為 Z K -^---.
饑刀Ik2Cl R ’3)通過信號處理模塊11測量電導(dǎo)檢測電路中的電流^，經(jīng)關(guān)系式
權(quán)利要求1.一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置，其特征在于包括絕緣管道(1 )、 激勵電極(2)、檢測電極(3)、電感模塊(4)、金屬屏蔽殼(5)、金屬隔離板(6)、金屬法蘭連接件(7)、第一接線端子(8)、第二接線端子(9)、交流激勵源(10)、信號處理模塊(11)、數(shù)據(jù)采集模塊(12)、計算機(13)；金屬屏蔽殼(5)兩端分別設(shè)有金屬法蘭連接件(7)，金屬屏蔽殼 (5)內(nèi)橫向設(shè)有金屬隔離板(6)，金屬屏蔽殼(5)內(nèi)縱向設(shè)有絕緣管道(1)，絕緣管道(1)兩端分別插入金屬法蘭連接件(7)，絕緣管道(1)外壁、金屬隔離板(6)的兩側(cè)分別設(shè)有激勵電極(2)、檢測電極(3)，激勵電極(2)通過電感模塊(4)與金屬屏蔽殼(5)外的第一接線端子(8)的一端相連，第一接線端子(8)的另一端與交流激勵源(10)相連，檢測電極(3)與金屬屏蔽殼(5)外的第二接線端子(9)的一端相連，第二接線端子(9)的另一端、信號處理模塊(11)、數(shù)據(jù)采集模塊(12)、計算機(13)順次相連，金屬屏蔽殼(5)、金屬隔離板(6)和金屬法蘭連接件(7)分別接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置，其特征在于所述的金屬法蘭連接件(7)包括內(nèi)側(cè)連接件(14)、外側(cè)連接件(15)和O型密封圈(16)， 外側(cè)連接件(15)的一端為連接法蘭，外側(cè)連接件(15)的另一端開有二級階梯形通孔，在第一級階梯形通孔上設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)側(cè)連接件(14)和外側(cè)連接件(15)通過螺紋連接，O型密封圈(16)套在插入的絕緣管道(1)上，通過內(nèi)側(cè)連接件(14)和外側(cè)連接件(15)相互擠壓， 固定住絕緣管道(1)。
專利摘要本實用新型公開了一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導(dǎo)在線測量裝置。它包括交流激勵源、絕緣管道、激勵電極、檢測電極、電感模塊、金屬屏蔽、金屬隔離板、金屬法蘭連接件、第一接線端子、第二接線端子、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和計算機。本實用新型實現(xiàn)了電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量技術(shù)在工業(yè)常規(guī)金屬管道上的電導(dǎo)在線測量。通過金屬法蘭連接件的使用，使得裝置的絕緣管道與工業(yè)現(xiàn)場的金屬管道可以方便地進行連接。同時測量管道和電極安裝在金屬屏蔽殼內(nèi)，提高裝置的穩(wěn)定性和抗干擾能力。相應(yīng)的裝置具有分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單、非介入、對管道內(nèi)流體無影響等優(yōu)點，為解決流程工業(yè)常規(guī)金屬管道內(nèi)液體電導(dǎo)的非介入性在線測量提供了有益借鑒。
文檔編號G01R27/22GK202066914SQ20112014654
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者傅三富, 冀海峰, 周鑫淼, 李海青, 王保良, 許文博, 黃志堯 申請人:浙江大學(xué)