用于確定比電導(dǎo)率的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于確定比電導(dǎo)率的測(cè)量系統(tǒng)。用于確定容器(7)中的介質(zhì)(6)的比電導(dǎo)率的測(cè)量系統(tǒng)(1)包括：感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器(2)，該感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器具有至少一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈(3)和經(jīng)由介質(zhì)(6)連接至發(fā)射線(xiàn)圈(3)的接收線(xiàn)圈(4)，該發(fā)射線(xiàn)圈將輸入信號(hào)發(fā)射到介質(zhì)(6)中，該接收線(xiàn)圈傳送輸出信號(hào)；溫度傳感器(8)，該溫度傳感器用于測(cè)量介質(zhì)(6)的溫度；以及數(shù)據(jù)處理單元(5)，該數(shù)據(jù)處理單元使用輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和所提供的溫度來(lái)確定介質(zhì)(6)的電導(dǎo)率。系統(tǒng)(1)的特征在于電導(dǎo)率傳感器(2)和溫度傳感器(8)被設(shè)計(jì)為非侵入式傳感器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于確定比電導(dǎo)率的測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定容器中的介質(zhì)的比電導(dǎo)率的測(cè)量系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]通常，根據(jù)感應(yīng)或傳導(dǎo)原理進(jìn)行測(cè)量的電導(dǎo)率傳感器用于測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化中的介質(zhì)的電導(dǎo)率。
[0003]例如，從現(xiàn)有技術(shù)中已知的電導(dǎo)率傳感器具有浸入介質(zhì)中的至少兩個(gè)電極以進(jìn)行測(cè)量。為了確定介質(zhì)的電導(dǎo)率，其確定介質(zhì)中的電極測(cè)量路徑的電阻或電導(dǎo)。如果電池常數(shù)已知，則這個(gè)信息用于檢測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率。絕對(duì)必須的是，為了能夠通過(guò)電導(dǎo)率傳感器測(cè)量介質(zhì)的電導(dǎo)率，至少兩個(gè)電極必須與測(cè)量液體接觸。
[0004]測(cè)量處理介質(zhì)的電導(dǎo)率的感應(yīng)原理假定使用配備有發(fā)射線(xiàn)圈和安裝在距發(fā)射線(xiàn)圈一定距離處的接收線(xiàn)圈兩者的傳感器。發(fā)射線(xiàn)圈在液體介質(zhì)中產(chǎn)生影響帶電粒子例如離子的交變電磁場(chǎng)并且在介質(zhì)中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流。由于這種電流，在接收線(xiàn)圈處出現(xiàn)電磁場(chǎng)， 從而根據(jù)法拉第感應(yīng)定律在接收線(xiàn)圈上感應(yīng)接收信號(hào)(感應(yīng)電壓)。這個(gè)接收信號(hào)可被分析并用于確定液體介質(zhì)的電導(dǎo)率。
[0005]感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器通常被構(gòu)造為如下:發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈通常被制造成環(huán)形線(xiàn)圈，該環(huán)形線(xiàn)圈包住能夠通過(guò)其施加介質(zhì)的連續(xù)開(kāi)口，使得這兩個(gè)線(xiàn)圈被包圍在介質(zhì)中。 發(fā)射線(xiàn)圈的激發(fā)在介質(zhì)中產(chǎn)生閉合電流路徑，該閉合電流路徑流過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈兩者。通過(guò)對(duì)響應(yīng)于來(lái)自發(fā)射線(xiàn)圈的信號(hào)在接收線(xiàn)圈處獲得的電流和電壓信號(hào)進(jìn)行分析，可確定介質(zhì)液體的電導(dǎo)率。這種原理被良好地建立在工業(yè)過(guò)程測(cè)量設(shè)備中，并且被記載在大量文件和專(zhuān)利文獻(xiàn)例如DE19851146A1中。
[0006]恩德萊斯和豪瑟爾公司用不同的名稱(chēng)將這種感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器分為CLS50D、 CLS54D和CLD18。
[0007]為了確定電導(dǎo)率，必須知曉待測(cè)量的介質(zhì)的溫度;通常，電導(dǎo)率隨著溫度的增加而增大。為了測(cè)量溫度，使用浸入介質(zhì)中的溫度傳感器，例如Ptl00、Ptl000、PTC等。溫度傳感器通常放置在殼體中，并且經(jīng)由殼體中的開(kāi)口與介質(zhì)接觸。盡管有適當(dāng)?shù)拿芊獯胧?，但是這個(gè)開(kāi)口產(chǎn)生泄露或滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。這也意味著在實(shí)施衛(wèi)生方面需要更多努力。
[0008]即使溫度傳感器未安裝在殼體中，但例如導(dǎo)電傳感器的與介質(zhì)接觸的一部分必須通過(guò)引導(dǎo)至容器的凸緣，通常為工藝連接件，而與在介質(zhì)外部的高級(jí)單元連接。這里也存在著泄露的風(fēng)險(xiǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明基于設(shè)計(jì)能克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)。應(yīng)該能夠在不具有任何變化的情況下將測(cè)量系統(tǒng)附接至包含介質(zhì)的容器，并使泄露的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
[0010]使用這樣一種測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)，該測(cè)量系統(tǒng)包括:感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器，該感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器具有至少一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和經(jīng)由介質(zhì)而連接至發(fā)射線(xiàn)圈的接收線(xiàn)圈，該發(fā)射線(xiàn)圈將輸入信號(hào)發(fā)射到介質(zhì)中，該接收線(xiàn)圈傳送輸出信號(hào);溫度傳感器，該溫度傳感器用于測(cè)量介質(zhì)的溫度；以及數(shù)據(jù)處理單元，該數(shù)據(jù)處理單元使用輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和所提供的介質(zhì)的溫度來(lái)確定介質(zhì)的電導(dǎo)率。該系統(tǒng)的特征在于，電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器被設(shè)計(jì)為非侵入性傳感器。
[0011]因此，測(cè)量系統(tǒng)在不與介質(zhì)接觸的情況下測(cè)量電導(dǎo)率和溫度，然后確定溫度校正電導(dǎo)率值。電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器都不暴露于介質(zhì)的溫度或流動(dòng)壓力。測(cè)量系統(tǒng)由此可被構(gòu)建為防漏測(cè)量系統(tǒng)。
[0012]該測(cè)量系統(tǒng)主要在水介質(zhì)特別是水液，例如，凈水、廢水、化學(xué)制品等中使用。位于容器中的介質(zhì)可為流動(dòng)介質(zhì)或靜水。
[0013]在有利的構(gòu)造中，電導(dǎo)率傳感器為以感應(yīng)原理工作的電導(dǎo)率傳感器。因此，待測(cè)量的介質(zhì)至少流動(dòng)通過(guò)感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器的一個(gè)線(xiàn)圈。至少一個(gè)線(xiàn)圈被制造為水所流動(dòng)通過(guò)或停留的圓形或環(huán)形線(xiàn)圈。
[0014]在有利的構(gòu)造中，電導(dǎo)率傳感器附接至容器的非導(dǎo)電部分。因此，容器本身可由金屬制成。如果電導(dǎo)率傳感器附接至容器的非導(dǎo)電部分，則將不會(huì)干擾測(cè)量。
[0015]優(yōu)選地，電導(dǎo)率傳感器具有相對(duì)磁導(dǎo)率高于1的芯，該芯能為鐵氧體(ferrite)或高導(dǎo)磁合金。這將導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的增強(qiáng)。
[0016]在另一有利的實(shí)施例中，溫度傳感器被設(shè)計(jì)為光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器經(jīng)由容器的熱輻射透明區(qū)域與介質(zhì)進(jìn)行光學(xué)接觸。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，這將導(dǎo)致測(cè)量溫度中響應(yīng)時(shí)間更快速。由此，更快速地獲得精確的溫度校正電導(dǎo)率測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0018]在一個(gè)變型中，溫度傳感器是紅外線(xiàn)溫度計(jì)。溫度可被非常簡(jiǎn)單且快速地測(cè)量。
[0019]在可替換的實(shí)施例中，溫度傳感器測(cè)量容器的表面上的溫度，并且數(shù)據(jù)處理單元基于這個(gè)溫度確定介質(zhì)的溫度。
[0020]優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理單元基于容器表面的溫度、容器的材料、容器的壁厚以及環(huán)境溫度來(lái)確定溫度。
[0021]為了獲得緊湊的單元，測(cè)量系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為單個(gè)裝置，S卩，電導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器和數(shù)據(jù)處理單元位于相同的殼體中?！靖綀D說(shuō)明】
[0022]通過(guò)所附的附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。這些附圖中:[〇〇23]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng);并且
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的變型?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]在附圖中，用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同的特征。
[0026]測(cè)量系統(tǒng)整體上用附圖標(biāo)記1標(biāo)識(shí)，并且在圖1中示出了該測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)1被設(shè)計(jì)成用于過(guò)程自動(dòng)化。
[0027]測(cè)量系統(tǒng)1附接至容器7,待測(cè)量的介質(zhì)位于該容器中。介質(zhì)是水液，例如，凈水、廢水、化學(xué)制品等。容器是例如由塑料制成的管。其它材料諸如金屬顯然能用于該容器。然而，測(cè)量系統(tǒng)1必須通常附接至容器7的非導(dǎo)電區(qū)域。如果容器7由金屬制成，該非導(dǎo)電區(qū)域可為由塑料制成的區(qū)域。容器7中的介質(zhì)可為流動(dòng)介質(zhì)或靜水。
[0028]測(cè)量系統(tǒng)1配備有電導(dǎo)率傳感器2。圖1示出了這種感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器2,其具有發(fā)射線(xiàn)圈3和接收線(xiàn)圈4。發(fā)射線(xiàn)圈3和接收線(xiàn)圈4位于電路板的相反兩側(cè)。在一個(gè)變型中，線(xiàn)圈3、4同軸地且順序地安裝為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)環(huán)形線(xiàn)圈。在第二變型中，線(xiàn)圈3、4在電路板上安裝為盤(pán)狀線(xiàn)圈。電路板包括與線(xiàn)圈接觸的導(dǎo)體路徑(這里未示出)，其將發(fā)射線(xiàn)圈3與驅(qū)動(dòng)電路連接并且將接收線(xiàn)圈4與接收電路連接。驅(qū)動(dòng)電路和接收電路可形成安裝在電路板上的傳感器電路的一部分。
[0029]待測(cè)量的介質(zhì)至少流動(dòng)通過(guò)感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器的一個(gè)線(xiàn)圈。至少一個(gè)線(xiàn)圈被制造為水所流動(dòng)通過(guò)或停留的圓形或環(huán)形線(xiàn)圈。
[0030]電導(dǎo)率傳感器用作雙變壓器，其中，發(fā)射線(xiàn)圈3和接收線(xiàn)圈4以在介質(zhì)6中可以產(chǎn)生包括發(fā)射線(xiàn)圈3和接收線(xiàn)圈4的閉合電流路徑9的方式被引導(dǎo)至介質(zhì)6。為了適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)這種電流路徑9,電導(dǎo)率傳感器2具有相對(duì)磁導(dǎo)率高于1的芯，其可能由鐵氧體或高導(dǎo)磁合金制成。當(dāng)使用用作輸入信號(hào)的交變電壓信號(hào)激發(fā)發(fā)射線(xiàn)圈3時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)到包括線(xiàn)圈3和4的電流路徑9的磁場(chǎng)，電流的強(qiáng)度取決于介質(zhì)6的電導(dǎo)率。此外，經(jīng)由離子傳導(dǎo)在介質(zhì)6中產(chǎn)生電流路徑。隨著介質(zhì)6中的這種交變電壓產(chǎn)生環(huán)繞的交變磁場(chǎng)，交變電流在接收線(xiàn)圈4中被感應(yīng)為輸出信號(hào)。由接收線(xiàn)圈4傳送作為其輸出信號(hào)的這種交變電流和交變電壓分別為介質(zhì)6 的電導(dǎo)率的測(cè)量。
[0031]測(cè)量系統(tǒng)1包括用于測(cè)量介質(zhì)6的溫度的溫度傳感器8。在測(cè)量系統(tǒng)1中還包括數(shù)據(jù)處理單元5,該數(shù)據(jù)處理單元5基于輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和介質(zhì)6的溫度來(lái)確定其電導(dǎo)率。 [〇〇32]測(cè)量單元1可被設(shè)計(jì)為單個(gè)裝置。[0〇33]電導(dǎo)率傳感器2和溫度傳感器8被設(shè)計(jì)為非侵入式傳感器(non-1nvasive sensor)。因此，電導(dǎo)率傳感器2和溫度傳感器8不與介質(zhì)6接觸。傳感器2、8被附接在容器7外部。溫度傳感器8被設(shè)計(jì)為光學(xué)傳感器(見(jiàn)圖1)。傳感器8經(jīng)由容器7的熱輻射透明區(qū)域10與介質(zhì)6進(jìn)行光學(xué)接觸。在一個(gè)變型中，溫度傳感器8為紅外線(xiàn)溫度計(jì)。
[0034] 可替換地，如圖2所示，溫度傳感器8測(cè)量容器7的表面11處的溫度。在圖2中不再示出電導(dǎo)率傳感器。在這種情況下，溫度傳感器8可為無(wú)接觸式光學(xué)傳感器或接觸式傳感器。 數(shù)據(jù)處理單元5確定介質(zhì)6的溫度。為了完成這個(gè)任務(wù)，數(shù)據(jù)處理單元5另外需要容器7的材料特別是其熱導(dǎo)率、容器7的壁厚、環(huán)境溫度即容器7外部的溫度以及當(dāng)測(cè)量環(huán)境溫度時(shí)傳感器距容器的距離。另外的溫度傳感器可用于確定環(huán)境溫度。這些另外的溫度傳感器應(yīng)該布置在容器外部的適當(dāng)位置中。另外的溫度傳感器的適當(dāng)定位和最優(yōu)數(shù)目使得能夠確定當(dāng)前溫度梯度，并且由此能夠確定介質(zhì)的溫度。[〇〇35]附圖標(biāo)記列表 [〇〇36]1測(cè)量系統(tǒng)[〇〇37]2電導(dǎo)率傳感器
[0038]3發(fā)射線(xiàn)圈
[0039]4接收線(xiàn)圈[〇〇4〇] 5數(shù)據(jù)處理單元 [0041 ]6 介質(zhì)
[0042]7 容器[〇〇43]8溫度傳感器
[0044]9電流路徑
[0045]10容器7的對(duì)于熱輻射透明的區(qū)域
[0046]11容器7的表面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于確定容器(7)中的介質(zhì)(6)的比電導(dǎo)率的測(cè)量系統(tǒng)(1)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括:-感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器(2)，所述電導(dǎo)率傳感器包括?至少一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈(3)，所述發(fā)射線(xiàn)圈將輸入信號(hào)發(fā)射到所述介質(zhì)(6)中，?一個(gè)接收線(xiàn)圈(4)，所述接收線(xiàn)圈在所述介質(zhì)(6)上方與所述發(fā)射線(xiàn)圈(3)耦合，以傳 送輸出信號(hào)，-溫度傳感器(8 )，所述溫度傳感器用于測(cè)量所述介質(zhì)(6)的溫度，-數(shù)據(jù)處理單元(5)，所述數(shù)據(jù)處理單元基于所述輸入信號(hào)、所述輸出信號(hào)和所述介質(zhì)(6)的溫度來(lái)確定所述介質(zhì)(6)的電導(dǎo)率，其特征在于所述電導(dǎo)率傳感器(2)和所述溫度傳感器(8)被設(shè)計(jì)為非侵入式傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述電導(dǎo)率傳感器(2)附接至所述容器(7)的非導(dǎo)電部分。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述電導(dǎo)率傳感器(2)具有相對(duì)磁導(dǎo) 率高于1的芯，所述芯能夠?yàn)殍F氧體或高導(dǎo)磁合金。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述溫度傳感器(8)經(jīng)由所述容器(7)的熱輻射透明區(qū)域(10)與所述介質(zhì)進(jìn)行光學(xué)接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述溫度傳感器(8)是紅外線(xiàn)溫度計(jì)。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述溫度傳感器(8)測(cè)量所述容器(7)的表面(11)上的溫度，并且所述數(shù)據(jù)處理 單元(5)基于該溫度確定所述介質(zhì)(6)的溫度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述數(shù)據(jù)處理單元(5)基于所述容器(7) 的所述表面(11)的溫度、所述容器(7)的材料、所述容器(7)的壁厚以及環(huán)境溫度來(lái)確定溫度。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(1)，其中，所述測(cè)量系統(tǒng)(1)被設(shè)計(jì)為 單個(gè)裝置。
【文檔編號(hào)】G01K13/02GK105988040SQ201610156766
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】亨德里克·佐恩, 斯特凡·保羅
【申請(qǐng)人】恩德萊斯和豪瑟爾測(cè)量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司