1.一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置,其特征在于包括交流激勵源(1)、激勵電極(2)、絕緣測量管道(3)、檢測電極(4)、單邊虛擬電感(5)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)、信號處理模塊(7);激勵電極(2)和檢測電極(4)安裝在絕緣測量管道(3)外壁上,交流激勵源(1)與激勵電極(2)相連,檢測電極(4)、單邊虛擬電感(5)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)、信號處理模塊(7)順次相連,其中單邊虛擬電感(5)的一端通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)中的運(yùn)算放大器虛地,以滿足單邊虛擬電感接地的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置,其特征在于所述的單邊虛擬電感(5)結(jié)構(gòu)為:第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端為單邊虛擬電感(5)的輸入端,檢測電極(4)及第三電阻(R3)的一端與第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端相連,第一電阻(R1)的一端、第一電容(C1)及第六電阻(R6)的一端與第一運(yùn)算放大器(A1)的反相輸入端相連,第一電容(C1)的另一端、第二電阻(R2)的一端、第六電阻(R6)的另一端分別與第一運(yùn)算放大器(A1)的輸出端相連,第二運(yùn)算放大器(A2)的正相輸入端與第一運(yùn)算放大器(A1)的正相輸入端相連,第二電阻(R2)的另一端、第五電阻(R5)的一端與第二運(yùn)算放大器(A2)的反相輸入端相連,第二運(yùn)算放大器(A2)的輸出端通過串聯(lián)的第四電阻(R4)、第三電阻(R3)與第二運(yùn)算放大器(A2)的正相輸入端相連,第五電阻(R5)的另一端與第二運(yùn)算放大器(A2)的輸出端相連,第一電阻(R1)的另一端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)中運(yùn)算放大器(A3)的反相端相連,作為單邊虛擬電感(5)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置,其特征在于所述單邊虛擬電感(5)的等效電感值L值可通過調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R4、R5、C1中任意一個或多個的值進(jìn)行改變;單邊虛擬電感(5)的等效內(nèi)阻值Req的表達(dá)式為其中R6的阻值為R1的200倍以上,第六電阻(R6)起到穩(wěn)定運(yùn)算放大器工作狀態(tài)的功能,保證當(dāng)電路進(jìn)入正反饋導(dǎo)致自激振蕩時,電容C1可通過其放電,從而使單邊虛擬電感(5)恢復(fù)穩(wěn)態(tài);定值電阻R4保證電路穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置,其特征在于所述單邊虛擬電感(5)的第三電阻(R3)阻值可調(diào),R1、R2、R4、R5、C1的值固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量裝置,其特征在于所述的單邊虛擬電感(5),利用運(yùn)算放大電路深度負(fù)反饋情況下同相端反相端電位相等的性質(zhì),通過電流電 壓轉(zhuǎn)換電路(6)的運(yùn)算放大器(A3)的同相端虛地,從而滿足單邊虛擬電感一端需接地的特性。
6.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量方法,其特征在于,具體方法如下:
激勵電極(2)與絕緣測量管道(3)內(nèi)的待測導(dǎo)電流體通過管壁形成的耦合電容,檢測電極(4)與絕緣測量管道(3)內(nèi)的待測導(dǎo)電流體通過管壁形成的耦合電容,緣測量管道(3)中兩電極間待測導(dǎo)電流體的等效電阻,單邊虛擬電感(5)及其等效內(nèi)阻串聯(lián)構(gòu)成電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路,其總阻抗為:設(shè)置交流激勵源(1)的激勵頻率此時電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路諧振,等效阻抗Z0的虛部為零,呈現(xiàn)純阻性,表達(dá)式為Z0=Rx+Req;其中,j為復(fù)數(shù)阻抗的虛部單位,f為交流激勵源(1)輸出Ui的頻率,f0為檢測電路的諧振頻率,Cx1、Cx2分別為激勵電極(2)、檢測電極(4)與絕緣測量管道(3)內(nèi)的待測導(dǎo)電流體通過管壁形成的耦合電容,L、Rxq分別為單邊虛擬電感(5)等效電感值及等效內(nèi)阻值,Rx為絕緣測量管道(3)中兩電極間待測導(dǎo)電流體的等效電阻值;
當(dāng)電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路處于諧振狀態(tài)時,測量電路為純阻性,阻抗為
Z0=Rx+Req,此時單邊虛擬電感(5)的輸出電流經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)后輸出電壓其中,R7為電流電壓轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)控制電阻的阻值,為輸入的被測導(dǎo)電流體的等效電導(dǎo)值,經(jīng)信號處理模塊(7)對電壓信號Uout進(jìn)行輸出,進(jìn)而得到待測導(dǎo)電流體的等效電導(dǎo)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量方法,其特征在于:在電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路處于諧振狀態(tài)時,測量電路為純阻性,此時單邊虛擬電感(5)的輸出電流為Iout,經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)后輸出電壓Uout,利用信號處理模塊(7)獲取電流電壓轉(zhuǎn)換電路(6)輸出電壓Uout后,進(jìn)行處理和輸出,進(jìn)一步計算后得到導(dǎo)電流體等效 電導(dǎo)值。
8.如權(quán)利要求6所述的一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量方法,其特征在于:所述的使電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路達(dá)到諧振點(diǎn)的方法為:
設(shè)定交流激勵源(1)的輸出Ui的激勵頻率而后改變單邊虛擬電感(5)中可調(diào)電阻R3,以改變單邊虛擬電感(5)的電感值L,使得電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路達(dá)到諧振點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求6所述的一種電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量方法,其特征在于:所述的使電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路達(dá)到諧振點(diǎn)的方法為:
改變單邊虛擬電感(5)中可調(diào)電阻R3,以改變單邊虛擬電感(5)的電感值L,再根據(jù)電感值L和耦合電容值Cx1、Cx2來設(shè)定激勵源(1)的輸出Ui的激勵頻率從而使得電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測電路達(dá)到諧振點(diǎn)。