电磁感应原理在检测分析仪表中的应用——日本DKK公司无电极电导率计及无电极酸碱盐浓度计

　　1　概　述

　　在水质监测中,电导率是水质多参数常规监测的一个指标,电导率与溶液中离子含量成比例关系,因而可通过电导率间接推测出总溶解物质的含量。在化工生产过程中,经常需要监测各种酸碱盐的浓度,而溶液的浓度与电导率是相关的,且其相关性随温度变化而变化,见图1、图2。

　　常规的电极类电导率计,其电导电极通常是将两片平行的铂片嵌在玻璃上,从铂片引出两根导线与指示仪表相连。此类分析仪一旦电极被污染或结垢,其测量准确性将大大降低,甚至无法测量。尤其是测量腐蚀性强和高电导率的溶液时,此类分析仪的弱点更加突出。而采用电磁感应原理的方案彻底解决了电极对测量的影响。

2　电磁感应测量原理

　　传感器由两个变压器模块构成,其外部包有耐腐绝缘材料。传感器结构见图3,测量原理如图4所示。

　　将传感器浸入采样液体中,即将T1、T2两个变压器模块放置在采样溶液中。给主线圈C1通入交流电流,则在T1中产生相应的交变磁通,根据电磁感应原理,此交变磁通使溶液中产生感应电流i,形成一个交叉于T1、T2的电流环,此电流环的电流值与溶液电导率成比率;同时,此电流环又使T2中生成交变磁通,从而使与溶液电流i成比率的电压e在副线圈C2形成。综上所述,电压e相关于溶液电流i,电流i相关于溶液电导率,因此溶液的电导率可通过测量电压e而得到,这就是无电极电导率计的工作原理。无电极浓度计其传感器工作原理同上,其内置的微处理器根据各酸碱盐浓度对电导率的相关曲线将传感器的测量值换算成重量百分比浓度。

　　3　无电极浓度计的测试条件

　　由图1(浓度对电导率的相关曲线)可见,随着浓度的增大,曲线将出现拐点,因此会出现同一个电导率值对应两个浓度值的情况。制造一种测量范围包括所有这些点的仪表是不可能的。测量范围必须分段设置,避开拐点。例如,硝酸(HNO3)大约在30%浓度时对应最大的电导率值(拐点),因此可能的浓度测量范围应当是0~30%或30%~60%,从拐点处分段测量。基于上述测　　量原理,当杂质和溶剂的变化引起的电导率改变较小,符合仪表内设浓度特性曲线的变化时,测量是合理的。如果溶剂的变化太大而超越仪表内设浓度特性曲线时,这种电导率改变的测量值是不合理的。实际上由于曲线在拐点处往往较平缓,因此在拐点处的分辨率最差,故在仪表的实际制造中,测量范围要避开拐点及其附近的浓度值。

　　例如硫酸(H2SO4)的浓度特性曲线有三个拐点,其浓度测量范围分别为0 ~ 30%、40% ~ 80%、93%~99.5%。