專利名稱：工業(yè)型電容耦合式非接觸電導在線測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電導檢測技術，尤其涉及一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導在線
測量裝置。
背景技術：
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的過程中，電導率是液體的基本物性參數(shù)之一，電導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、化學反應速率等。正是因為液體的很多物理、化學特性差異都會反映為其電導率的變化，所以管道中液體電導率的在線測量在生產和科研中有著廣泛的應用范圍和重要的研究意義。傳統(tǒng)的電導測量方法主要為接觸式測量，接觸式電導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測量方法是一種非接觸電導測量方法，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，并且電極結構簡單。同時， 電極安裝在管道外壁，對管道內的流體流動不會產生干擾，具有非介入性。然而，目前的電容耦合式非接觸電導測量方法主要應用在分析化學領域，應用環(huán)境多為實驗室環(huán)境，且其傳感器的管道多為毛細管，這與工業(yè)現(xiàn)場的應用環(huán)境有著很大的差異。在流程工業(yè)領域，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，設計了一種應用于流程工業(yè)常規(guī)金屬管道上進行電導在線測量的非接觸電導在線測量裝置。設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，從而提高測量裝置的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導在線測量裝置。工業(yè)型電容耦合式非接觸電導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)據采集模塊、計算機；金屬屏蔽殼兩端分別設有金屬法蘭連接件， 金屬屏蔽殼內橫向設有金屬隔離板，金屬屏蔽殼內縱向設有絕緣管道，絕緣管道兩端分別插入金屬法蘭連接件，絕緣管道外壁、金屬隔離板的兩側分別設有激勵電極、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側連接件、外側連接件和0型密封圈，外側連接件的一端為連接法蘭，外側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有內螺紋，內側連接件和外側連接件通過螺紋連接，0型密封圈套在插入的絕緣管道上，通過內側連接件和外側連接件相互擠壓，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)擴大了非接觸電導測量裝置的管道尺寸，測量裝置可以應用在流程工業(yè)領域測量常規(guī)管道內的電導；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，克服了接觸式電導測量方法存在的電極極化和電化學腐蝕等問題，從而延長了電極的使用壽命，提高了測量的準確度，同時電極不會對管道內流體的流動產生影響，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在線測量裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型的金屬法蘭連接件的結構示意圖；圖3是本實用新型的非接觸電導檢測的等效電路圖；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)據采集模塊12、計算機13、內側連接件14、外側連接件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)據采集模塊12、計算機13 ；金屬屏蔽殼5兩端分別設有金屬法蘭連接件7，金屬屏蔽殼5內橫向設有金屬隔離板6，金屬屏蔽殼5內縱向設有絕緣管道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的兩側分別設有激勵電極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的電流信號，經電流/電壓轉換、整流、濾波和直流放大后，通過數(shù)據采集模塊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在線測量裝置的金屬法蘭連接件7包括內側連接件14、外側連接件15和0型密封圈16，外側連接件15的一端為連接法蘭，外側連接件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有內螺紋，內側連接件 14和外側連接件15通過螺紋連接，0型密封圈16套在插入的絕緣管道1上，通過內側連接件14和外側連接件15相互擠壓，固定住絕緣管道1。外側連接件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在線測量裝置的電導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內的導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 內的導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
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在線測量方法的步驟如下1)設置交流激勵源10的激勵電壓約的頻率/為電導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和管道中導電液體所形成的耦合電容，C2為檢測電極2和管道中導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測量電導檢測電路中的電流^，經關系式
權利要求1.一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導在線測量裝置，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)據采集模塊(12)、計算機(13)；金屬屏蔽殼(5)兩端分別設有金屬法蘭連接件(7)，金屬屏蔽殼 (5)內橫向設有金屬隔離板(6)，金屬屏蔽殼(5)內縱向設有絕緣管道(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)的兩側分別設有激勵電極(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.根據權利要求1所述的一種工業(yè)型電容耦合式非接觸電導在線測量裝置，其特征在于所述的金屬法蘭連接件(7)包括內側連接件(14)、外側連接件(15)和O型密封圈(16)， 外側連接件(15)的一端為連接法蘭，外側連接件(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有內螺紋，內側連接件(14)和外側連接件(15)通過螺紋連接，O型密封圈(16)套在插入的絕緣管道(1)上，通過內側連接件(14)和外側連接件(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測量技術在工業(yè)常規(guī)金屬管道上的電導在線測量。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，提高裝置的穩(wěn)定性和抗干擾能力。相應的裝置具有分辨率高、結構簡單、非介入、對管道內流體無影響等優(yōu)點，為解決流程工業(yè)常規(guī)金屬管道內液體電導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