非接触式酸、碱浓度计的设计与实现

　　1　引　言

　　在乳品、饮料、啤酒及食品加工行业,为了达到食品卫生要求,对生产线上的各种反应罐、器皿和生产管线必须进行严格、定时、定期清洗。清洗的一般程序是:酸洗—碱洗—水洗。其中,酸洗和碱洗都是将含有一定量(约1%~3%)的酸溶液、碱溶液清洗用过的器皿和生产管线,以去除其中的各种油类、脂类等污垢,防止管线及器皿产生细菌,保证产品达到食品卫生标准。在进行酸洗和碱洗的过程中,必须保证两点:1)清洗溶液要保证一定的酸、碱浓度,满足清洗要求;2)废弃溶液排放时的酸、碱浓度要达到最低,以满足环保要求。为了满足控制要求,必须要有一个关键的在线检测元件———酸、碱浓度计。

　　在线检测液体的酸、碱浓度,目前常用的方法都是以检测液体电导率的方式,因为酸和碱的化学成分决定了液体的酸、碱浓度和其电导率成正比,因此通过检测液体的电导率即可确定其液体的酸、碱浓度。目前,国内的酸碱浓度计都是接触式,即以电极的形式和被测液体接触以测其电导率,以此来确定液体的酸、碱浓度。但是,这种方法有一个最致命的缺点就是电极容易被污染,严重影响了测量的准确性及使用寿命,尤其在食品行业,情况最为严重。

　　2　非接触酸、碱浓度计的测量原理

　　笔者设计一种非接触式酸、碱浓度计,其原理是利用电磁感应测量电导率,结构见图2—1所示:L1 和L2是两个相互绝缘的环形电感线圈,将其固化在一起,孔是联通的。如果将上述结构的两线圈放置于被测液体,则被测液体必然穿过两线圈的联通孔。由于被测的酸、碱溶液是电介质,是导电的,因此,可把液体看作是如图2—2所示的模拟导体,此模拟导体穿过环形线圈L1和L2,于是形成如图2—2所示的测量等效电路。在等效电路中,模拟导体是被测液体,是导电的,可看作是具有一定电阻的单匝线圈,此时,如果在L1线圈通以一个等幅的交流信号, 由于模拟导体穿过L1磁环,则在模拟导体内必然有感应电流,同时模拟导体也穿过L2线圈磁环,于是在L2线圈内必然感应出输出信号。当在L1内的输入信号的幅度确定后,输出信号的大、小将随着模拟导体内电流的大、小而变化。由于模拟导体是被测液体,其电导率与被测液体的酸、碱浓度成正比,因此通过检测L2输出信号的大、小,即可测出模拟导体内电流的大、小,于是就测出了模拟导体的电导率 ———被测液体的酸、碱浓度。

　　3　非接触酸、碱浓度计的测量电路

　　根据上述测量原理,设计出如图3—1所示测量电路结构框图。测量电路由3部分组成:振荡与激励电路、放大与输出电路和温度补偿电路。酸、碱浓度计电路原理如图3—2所示。