基于環(huán)狀結構的非接觸式流體電阻抗測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及流體電阻抗測量技術，尤其涉及一種基于環(huán)狀結構的非接觸式流 體電阻抗測量裝置。
【背景技術】
[0002] 流體在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中廣泛存在，如冶金、化工工程、生物醫(yī)藥、環(huán)境保 護和污水處理等，對流體各特性參數(shù)的測量具有重要意義。電阻抗是電路中電阻、電感、 電容對交流電的阻礙作用的統(tǒng)稱，用來衡量交流電在電路中流動時所受到的阻礙作用的大 小，通過對電阻抗的測量，不僅可以了解流體的導電能力，還可以得到流體的其他特性參 數(shù)，如單相導電流體的濃度、組分、化學反應速率以及多相流體的相含率等。由于電阻抗測 量系統(tǒng)具有結構簡單、成本低、實時性好和便于工業(yè)實際應用等優(yōu)勢，基于電阻抗信號的流 體參數(shù)測量已經(jīng)成為表征流體特性的重要手段。
[0003] 遺憾的是，由于技術發(fā)展水平限制，現(xiàn)有的流體電阻抗測量方法還存在一些缺陷。 一方面，其測量原理是基于接觸式電阻抗測量，相應傳感器的測量電極與被測流體直接接 觸，易發(fā)生電極極化與電化學腐蝕等問題。另一方面，現(xiàn)有的電阻抗測量技術是以獲取流體 等效電導為目的，即僅獲取流體電阻抗信號中的實部信號，而沒有充分利用其虛部信號。電 阻抗虛部信號的缺失，將導致流體提取特征的不完整。相應傳感器或者系統(tǒng)測量性能受到 制約。
[0004] 本實用新型針對現(xiàn)有的流體電阻抗測量的現(xiàn)狀，提出了一種基于環(huán)狀結構的非接 觸式流體電阻抗測量裝置。在管道內為單相導電流體的情況下獲得電感模塊產(chǎn)生的感抗與 耦合電容產(chǎn)生的容抗相互抵消時的頻率。設置此頻率為激勵頻率，則電路總阻抗即為管道 內導電流體的等效阻抗，即可利用相敏解調的方法獲取流體的電阻抗信息（包括電阻抗實 部信息和電阻抗虛部信息）。既避免了傳統(tǒng)接觸式電阻抗測量存在的電極玷污、電化學腐蝕 等問題，又獲得了流體電阻抗的實部信息與虛部信息，使反應流體流動特征的信息更加充 分、完備。

【發(fā)明內容】

[0005] 本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單且可行的基于環(huán)狀 結構的非接觸式流體電阻抗測量裝置。具體技術方案如下：
[0006] -種基于環(huán)狀結構的非接觸式流體電阻抗測量裝置，包括交流激勵源、電阻抗測 量傳感器、電感模塊、相敏解調模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機；交流激勵源與電感模塊的一端 相連接，電感模塊的另一端與電阻抗測量傳感器的激勵信號輸入端相連，電阻抗測量傳感 器的檢測信號輸出端與相敏解調模塊的一端相連，相敏解調模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機順 次相連。
[0007] 作為所述的電阻抗測量傳感器的一種優(yōu)選結構，具體組成及連接方式如下：
[0008] 電阻抗測量傳感器由金屬屏蔽罩、激勵電極、檢測電極和絕緣管道組成，激勵電極 和檢測電極為尺寸相同的環(huán)形金屬電極片，沿流體流動方向貼于絕緣管道外壁；激勵電極 由穿過金屬屏蔽罩的導線引出激勵信號輸入端與電感模塊相連，檢測電極由穿過金屬屏蔽 罩的導線引出檢測信號輸出端與相敏解調模塊相連，金屬屏蔽罩接地。
[0009] 本實用新型還提供一種使用所述裝置的流體電阻抗測量方法，具體步驟如下：
[0010] 1)對于絕緣管道內的導電流體，施加交流激勵信號，該狀態(tài)下激勵電極與絕緣管 道內的導電流體通過管壁形成耦合電容cxl，絕緣管道內兩個電極間的導電流體等效成電阻 抗Z。，檢測電極與絕緣管道內的導電流體通過管壁形成耦合電容cx2，使三者構成串聯(lián)交流 測量通路；
[0011] 2)以導電流體的等效電阻抗Z。為待檢測的值，耦合電容Cxl和Cx2為干擾測 量的背景信號，若調節(jié)激勵信號的頻率使電感模塊產(chǎn)生的感抗抵消耦合電容產(chǎn)生的容 抗，則可以實現(xiàn)對流體電阻抗的測量Z。。因此由檢測電路的等效阻抗Z的計算公式
>推導得到能夠實現(xiàn)電感模塊產(chǎn)生的感抗與耦合電容產(chǎn)生的容 抗相互抵消的激勵頻率fc的公式為
此條件下，檢測電路的等效阻抗即 為絕緣管道內導電流體的等效阻抗，即Z=Z。；
[0012] 3)設置激勵信號的頻率為f。，相敏解調模塊通過檢測電極獲得包含流體電阻抗信 息的電流％，經(jīng)過電流電壓轉換、放大、濾波處理后，利用交流激勵源提供的同相參考信號 和正交參考信號進行相敏解調，即可得到兩組分別反映流體電阻抗實部和虛部的輸出電壓 信號，再換算得到流體電阻抗，具體換算方法參見申請人前期申請?zhí)枮?01310007288. 0的 專利。
[0013] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有有益效果：
[0014] 1)傳感器電極結構簡單，分布緊湊，不與流體直接接觸，避免了電極玷污、電化學 腐蝕與電化學極化等問題；
[0015] 2)金屬屏蔽罩放置于激勵電極與檢測電極周圍，用于屏蔽外部電磁干擾，可有效 提高裝置穩(wěn)定性和分辨率；
[0016] 3)利用電感模塊產(chǎn)生的感抗消除作為背景信號的耦合電容對流體電阻抗測量的 影響，提高了傳感器測量的信噪比，增加了可應用的管徑尺寸范圍；
[0017] 4)使用相敏解調方法進行電阻抗測量，可同時獲取包含流體流動特性的完整電阻 抗信息（電阻抗實部信息和電阻抗虛部信息）。
【附圖說明】
[0018]圖1是一種基于環(huán)狀結構的非接觸式流體電阻抗測量裝置的結構示意圖；
[0019] 圖2是電阻抗測量傳感器的一種結構；
[0020] 圖3是傳感器等效電路模型示意圖；
[0021] 圖4是本實用新型電阻抗檢測裝置等效電路圖。
[0022] 圖中：交流激勵源1，金屬屏蔽罩2,激勵電極3,檢測電極4,絕緣管道5,電感模塊 6,相敏解調模塊7,數(shù)據(jù)采集模塊8,計算機9,電阻抗測量傳感器10。
【具體實施方式】
[0023] 如圖1所示，一種基于環(huán)狀結構的非接觸式流體電阻抗測量裝置，包括交流激勵 源1、電阻抗測量傳感器10、電感模