專利名稱：測量介質含量的方法及測量儀器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種農業(yè)科技、生物技術、醫(yī)學、食品、建筑、石油勘探、 煤層氣勘探多領域中測量離子介質共存體內部介質含量的一種方法及測量 儀器。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，測量物體介電常數基本方法是先把被測物體整體作為介 質以絕緣狀態(tài)放置于一對導電極板中測量電容值，再把該電容值與介質為 真空時測量的電容值相比較，其倍數定為相對介電常數e (第一介電常數)。 該方法適用于分析介質絕緣性能，但使用于牛奶、啤酒、血液、發(fā)酵液、 水果、植物種子、禽蛋、人體器官、混凝土、巖芯、石油儲層、煤層氣儲 層這一類離子介質共存體時，主要指示含水指標，這與側重分析介質含量 的目標不符合。很多領域在分析離子介質共存體時，需要一種直接指示介 質含量的測量方法及測量儀器。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種針對離子介質共存體直接指示介質含量的測 量方法及測量儀器。
依據本發(fā)明的一方面提供一種直接指示介質含量的測量方法，該方法 特征在于采用測量儀器向被測物體供給交變電流，交變電流流過物體內部
介質加兩旁離子形成的電容路徑產生虛部電流Ix，采用公式Xc=V/Ix (或 Xc=R/tge、或Xc:Z/sine、或Xc=Z*R/V/ 2-Z2 )獲得虛部電阻(率)、采 用公式C^l/2兀FXc獲得電容(率)；交變電流流過被測物體還產生諧振頻率Fq,在被測物體上并聯(lián)電容Cl后會產生新的諧振頻率Fi，采用公式
OF，d/( Fo2-F!2)獲得電容(率)，本發(fā)明獲得的電容率C等于第二介電 常數e t，最后依據第二介電常數e t與介質含量正相關方式直接指示介質
依據本發(fā)明的一方面提供一種測量儀器，該測量儀器包括信號源l、電 流源2、采樣電路3、電流測量電路4、電壓測量電路5、相位測量電路6、 諧振電容箱7、計算顯示系統(tǒng)8、 A電極9、 B電極10，信號源1產生交變 電流信號傳送給電流源2，電流源2傳送給采樣電路3，采樣電路3采集電 流信號傳送給電流測量電路4并將電流經A電極9傳送給被測物體，電流 流過被測物體后由B電極10返回電流源2，電流測量電路4從采樣電路3 采集電流信號后經放大整理傳送給計算顯示系統(tǒng)8，電壓測量電路5從A 電極9采集電壓信號經放大整理后傳送給計算顯示系統(tǒng)8，相位測量電路6 采集電流測量電路4和信號源1的相位進行相位差測量整理后傳送入計算 顯示系統(tǒng)8，計算顯示系統(tǒng)8將數據進行計算記錄顯示，諧振電容箱7并聯(lián) 于A電極9與B電極10兩端。
圖1是離子介質共存體等效電路原理圖； 圖2是離子介質共存體測量儀器原理框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的物理基礎是將被測量的離子介質共存體看成為如圖1所示的 電阻串聯(lián)電感后與電容并聯(lián)的等效電路，其中電阻由離子導電能力決定， 電容由介質絕緣性能及體積形態(tài)決定，電感由離子導電路徑曲折程度和磁性物質決定。
本發(fā)明的測量方法是通過測量儀器向被測物體供給交變電流，交變電 流流過物體會產生電壓V、實部電流lR (流經離子通道的電流)、虛部電流 Ix (流經物體內部介質加兩旁離子形成的電容通道的電流)、模電流Iz、相
位9信號，采用公式Xc=V/Ix (或Xc=R/tge 、或Xc=Z/sine 、或 Xc=Z*R/VF^F)獲得虛部電阻(率)，令虛部電阻(率)x二容抗(率)
Xc (電感貢獻微弱忽略不計)，采用公式01/27iFXc獲得電容(率)；交變 電流流過被測物體還產生諧振頻率Fo，在被測物體上并聯(lián)電容Q后會產生 新的諧振頻率Fi，采用公式C二F^Q/( Fo2 -F )獲得電容(率)，令本發(fā)明 獲得的電容率C等于第二介電常數e t，最后依據第二介電常數e t與介廣含 量正相關方式直接指示介質含量。
本發(fā)明的測量儀器包括信號源l、電流源2、采樣電路3、電流測量電 路4、電壓測量電路5、相位測量電路6、諧振電容箱7、計算顯示系統(tǒng)8、 A電極9、 B電極10，信號源1產生交流信號傳送給電流源2，電流源2 傳送給采樣電路3，采樣電路3采集電流信號傳送給電流測量電路4并將電 流經A電極9傳送給被測物體，電流流過被測物體后由B電極10返回電 流源2，電流測量電路4從采樣電路3采集電流信號后使用同相位檢波獲得 實部電流lR、使用移相90。檢波獲得虛部電流Ix、使用自相關檢波獲得模 電流Iz然后經放大整理傳送給計算顯示系統(tǒng)8，電壓測量電路5從A電極 9采集電壓信號經放大整理后傳送給計算顯示系統(tǒng)8，相位測量電路6采集 電流測量電路4和信號源1 (或電流源2)的相位進行相位差測量整理后傳 送入計算顯示系統(tǒng)8，計算顯示系統(tǒng)8將數據進行計算記錄顯示，諧振電容箱7并聯(lián)于A電極9與B電極10兩端。
依據測量方法和測量儀器提供參數采集具體實施方式
，測量儀器通電 后自動向被測物體供給交變電流同時自動采集測量參數，交變電流流經物 體后能夠形成電壓V、實部電流lR、虛部電流Ix、模電流Iz、相位e、諧 振頻率Fq信號，第一種方案是采集電壓V加虛部電流Ix，以公式Xc=V/Ix 計算虛部電阻(率)，以公式C二l/2兀FXc計算出電容(率)；第二種方案 是采集電壓V、實部電流Ir、相位e，以公式I^V/Ir計算實部電阻(率)、 Xc二R/tg0計算虛部電阻(率)，以公式C二l/2兀FXc計算出電容(率)；第
三種方案是采集電壓v、復電流iz、相位e，以公式z-v/iz計算復阻抗(率)、
Xc二Z/sine計算虛部電阻(率)，以公式C4/2兀FXc計算出電容(率)；第 四種方案是采集電壓V、實部電流Ir、復電流Iz，以公式R-V/Ir、 Z=V/Iz、 乂€=2*11/7^^7計算虛部電阻(率)，以公式01/27iFXc計算出電容(率)； 第五種方案是先測量物體自身的諧振頻率Fc，再接通諧振電容箱(7)并聯(lián) 電容Ci后測量新的諧振頻率Fi，然后以公式C二F，d/( F22 -F )計算出電 容(率)C。
當被測物體內部介質含量比例較低時宜采用第一至第四種采集方案， 優(yōu)選地，選用第二種方案。
當被測物體內部介質含量比例較高時宜采用第五種采集方案，優(yōu)選地， 調整電容Ci使V^ Fi二 Fq，則Co二Ci 。
上述所有方案計算的電容率C都等于第二介電常數s t。 本發(fā)明參數應用規(guī)律性強，測量發(fā)酵液時第二介電常數e t越大發(fā)酵程
度越高；測量血液時第二介電常數eT越大紅血球含量越高；測量油氣層時第二介電常數￡ T越大含油飽和度越高；測量混凝土時第二介電常數￡ T越 大混凝土強度越大。第二介電常數e T在其它領域的應用規(guī)律實踐中能夠自 行確定。
權利要求
一種直接指示介質含量的測量方法，采用測量儀器向被測物體供給交變電流，交變電流流過物體內部介質加兩旁離子形成的電容路徑產生虛部電流Ix，采用公式XC＝V/Ix(或XC＝R/tgθ、或XC＝Z/sinθ、或獲得虛部電阻(率)、采用公式C＝1/2πFXc獲得電容(率)；交變電流流過被測物體還產生諧振頻率F0，在被測物體上并聯(lián)電容C1后會產生新的諧振頻率F1，采用公式C＝F12*C1/(F02-F12)獲得電容(率)，令所獲得的電容率C等于第二介電常數εT，最后依據第二介電常數εT與介質含量正相關方式直接指示介質含量。
2. 一種測量儀器，包括信號源(1)、電流源(2)、采樣電路(3)、電流測量 電路(4)、電壓測量電路(5)、相位測量電路(6)、諧振電容箱(7)、計算顯 示系統(tǒng)(8)、 A電極(9)、 B電極(10)，信號源(1)產生交流信號傳送給電 流源(2)，電流源(2)傳送給采樣電路(3)，采樣電路(3)采集電流信號傳 送給電流測量電路(4)并將電流經A電極(9)傳送給被測物體，電流流過 被測物體后由B電極(10)返回電流源(2)，電流測量電路(4)從采樣電路(3)采集電流信號后使用同相位檢波獲得實部電流、使用移相90°檢波獲 得虛部電流、使用自相關檢波獲得模電流然后經放大整理送給計算顯示系 統(tǒng)(8)，電壓測量電路(5)從A電極(9)采集電壓信號經放大整理后送給 計算顯示系統(tǒng)(8)，相位測量電路(6)采集電流測量電路(4)和信號源(1)(或電流源(2))的相位進行相位差測量整理后送入計算顯示系統(tǒng)(8)，計算 顯示系統(tǒng)(8)將數據進行計算記錄顯示，諧振電容箱(7)并聯(lián)于A電極(9) 與B電極(10)兩端。
全文摘要
一種測量牛奶、啤酒、血液、發(fā)酵液、水果、植物種子、禽蛋、人體器官、混凝土、油氣儲層這類離子介質共存體內部介質含量的測量方法及儀器。測量儀器向被測物體供給交變電流，采集電壓V、虛部電流Ix，以公式Xc＝V/Ix計算虛部電阻(率)、C＝1/2πFXc計算電容(率)；采集物體諧振頻率F<sub>0</sub>，再于被測物體兩端并聯(lián)電容C<sub>1</sub>后測量新的諧振頻率F<sub>1</sub>，然后以公式C＝F<sub>1</sub><sup>2</sup>*C<sub>1</sub>/(F<sub>2</sub><sup>2</sup>-F<sub>1</sub><sup>2</sup>)計算電容(率)C，令電容率C等于第二介電常數ε<sub>T</sub>，最后依據ε<sub>T</sub>與介質含量正相關方式直接指示介質含量。應用時ε<sub>T</sub>越大表明發(fā)酵液發(fā)酵程度越高；血液中紅血球含量越高；油氣層含油飽和度越高；混凝土強度越大。第二介電常數ε<sub>T</sub>在其它領域的應用規(guī)律實踐中能夠自行確定。
文檔編號G06F19/00GK101413910SQ200710050298
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權日2007年10月19日
發(fā)明者霞 鄧 申請人:霞 鄧