專利名稱：石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量 裝置和方法。
背景技術(shù)：
管道中的液相體系廣泛存在于冶金、化學(xué)化工、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)和污水處理等 部門(mén)的科研和生產(chǎn)過(guò)程中，電導(dǎo)率是液體的基本物理參數(shù)之一，電導(dǎo)率的檢測(cè)對(duì)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、液體組分、化學(xué)反應(yīng)速率等。正是因?yàn)橐?體的很多物理、化學(xué)特性差異都會(huì)反映為其電導(dǎo)率的變化，所以管道中液體電導(dǎo)率的測(cè)量 在科研和生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用范圍和十分重要的研究意義。1998年，A. J. Zemann等和J. A. F. da Silva等分別提出了用于毛細(xì)管道上的電容 耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量方法，該非接觸式電導(dǎo)測(cè)量方法在絕緣管道的外壁安裝兩個(gè)間隔一 定距離的環(huán)狀電極，即激勵(lì)電極與檢測(cè)電極。電極通過(guò)絕緣管道的管壁與管道中的溶液形 成耦合電容，管道中的導(dǎo)電溶液等效為電阻，則它們就共同構(gòu)成了一個(gè)電容_電阻-電容串 聯(lián)的等效電路，使用信號(hào)發(fā)生器在激勵(lì)電極上施加交流電壓，在檢測(cè)電極上就可以測(cè)得反 映管道內(nèi)溶液電導(dǎo)值的電流信號(hào)。這種非接觸式電導(dǎo)測(cè)量方法由于電極不與管道內(nèi)的溶液 接觸，有效地克服了接觸式電導(dǎo)測(cè)量方法存在的電極極化和電極污染等問(wèn)題，從而延長(zhǎng)了 電極的使用壽命，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。這種方法一經(jīng)提出，便得到了相關(guān)領(lǐng)域研究者的關(guān) 注，現(xiàn)在該方法已被廣泛采用。然而，作為一種較新的電導(dǎo)測(cè)量方法，現(xiàn)有的電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)還 存在一些不足，現(xiàn)有技術(shù)都采用信號(hào)發(fā)生器作為激勵(lì)源，而信號(hào)發(fā)生器體積龐大，使得電導(dǎo) 測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于裝置的小型化、實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的石英晶體振蕩器激勵(lì) 的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置和方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是所述石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接 觸電導(dǎo)測(cè)量裝置中的石英晶體激勵(lì)模塊包括石英晶體振蕩器、隔直及幅值調(diào)節(jié)電路和測(cè)量 石英晶體，石英晶體振蕩器的輸出端與隔直及幅值調(diào)節(jié)電路的輸入端連接，隔直及幅值調(diào) 節(jié)電路的輸出端與測(cè)量石英晶體的一端連接；所述石英晶體振蕩器包括激勵(lì)石英晶體、可 調(diào)電容、第一反相器、第二反相器、第一電阻、第二電阻、第一電容；所述激勵(lì)石英晶體與測(cè) 量石英晶體的阻抗-頻率特性相同；第一反相器的輸入端分別與第一電阻的一端、激勵(lì)石 英晶體的一端連接，第一反相器的輸出端分別與第一電阻的另一端、第一電容的一端連接， 第二反相器的輸入端分別與第一電容的另一端、第二電阻的一端連接，第二反相器的輸出 端分別與第二電阻的另一端、可調(diào)電容的一端連接，可調(diào)電容的另一端與激勵(lì)石英晶體的 另一端連接。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述石英晶體振蕩器還包括第三反相器和第三電阻，第三反相 器的輸入端分別與第二反相器的輸出端、第三電阻的一端連接，第三反相器的輸出端與第 三電阻的另一端連接。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述隔直及幅值調(diào)節(jié)電路包括第一放大器、第二放大器、第四電 阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻和第二電容，第一放大器的同相輸入端分別與第二電容 的一端、第六電阻的一端連接，第六電阻的另一端接地，第一放大器的反相輸入端與第一放 大器的輸出端連接，第一放大器的輸出端與第五電阻的一端連接，第二放大器的同相輸入 端與第七電阻的一端連接，第七電阻的另一端接地，第二放大器的反相輸入端分別與第五 電阻的另一端、第四電阻的一端連接，第二放大器的輸出端與第四電阻的另一端連接。本發(fā)明使用上述非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)量的方法包括如下步驟1)調(diào)節(jié)石英晶體振蕩器中可調(diào)電容的電容值等于電導(dǎo)測(cè)量電路的總耦合電容，以 使石英晶體振蕩器的交流激勵(lì)信號(hào)的頻率f等于電導(dǎo)測(cè)量電路的諧振頻率&，此時(shí)石英晶 體振蕩器產(chǎn)生振蕩頻率為fo的交流激勵(lì)信號(hào)；2)將石英晶體振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率為&的交流激勵(lì)信號(hào)通過(guò)隔直及幅值調(diào)節(jié) 電路和測(cè)量石英晶體傳輸?shù)郊?lì)電極上，對(duì)電導(dǎo)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，此時(shí)所述電導(dǎo)測(cè)量電路 發(fā)生諧振；3)通過(guò)檢測(cè)電導(dǎo)測(cè)量電路中的電流I，由關(guān)系式Ztl = U/I得到諧振狀態(tài)下所述電 導(dǎo)測(cè)量電路的總阻抗Ztl，其中，U為隔直及幅值調(diào)節(jié)電路的輸出電壓；進(jìn)而根據(jù)諧振狀態(tài)下 測(cè)量電路總阻抗的表達(dá)式Ztl = Rx+r得到被測(cè)溶液的阻抗Rx，其中，r為測(cè)量石英晶體的等 效電阻的阻值。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)使用石英晶體激勵(lì)模塊代替現(xiàn)有技術(shù)中的信號(hào)發(fā)生器 作為激勵(lì)源，不僅簡(jiǎn)化了電導(dǎo)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)，降低了裝置的制造成本，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)測(cè)量裝置 的小型化、實(shí)用化；而且利用本發(fā)明的測(cè)量裝置與方法進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)量，具有較寬的測(cè)量范 圍，取得了很好的效果。


圖1是本發(fā)明石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的電導(dǎo)傳感器屏蔽罩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電導(dǎo)測(cè)量電路的等效電路圖；圖4是本發(fā)明的石英晶體振蕩器的電路原理圖；圖5是本發(fā)明的隔直及幅值調(diào)節(jié)電路的原理圖；圖中1.石英晶體振蕩器、2.隔直及幅值調(diào)節(jié)電路、3.測(cè)量石英晶體、4.激勵(lì)電 極、5.檢測(cè)電極、6.絕緣測(cè)量管道、7.激勵(lì)電極屏蔽罩、8.檢測(cè)電極屏蔽罩、9.有源屏蔽模 塊、10.信號(hào)檢測(cè)電路、11.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式通常，非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置包括電導(dǎo)傳感器、激勵(lì)源和檢測(cè)模塊。本發(fā)明是在現(xiàn)有 技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其中的激勵(lì)源進(jìn)行改進(jìn)，使用石英晶體激勵(lì)模塊作為激勵(lì)源，從而實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的目的。參看圖1和圖2，在本發(fā)明石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置中，電導(dǎo)傳感器包括激勵(lì)電極4、檢測(cè)電極5、絕緣測(cè)量管道6、激勵(lì)電極屏蔽罩7、檢測(cè)電極 屏蔽罩8和有源屏蔽模塊9，激勵(lì)電極4和檢測(cè)電極5安裝于絕緣測(cè)量管道6的外壁，激勵(lì) 電極4的外圍安裝有激勵(lì)電極屏蔽罩7，激勵(lì)電極4和激勵(lì)電極屏蔽罩7分別與有源屏蔽模 塊9連接，檢測(cè)電極5的外圍安裝有接地的檢測(cè)電極屏蔽罩8，其中，激勵(lì)電極4、檢測(cè)電極 5、絕緣測(cè)量管道6和被測(cè)溶液共同構(gòu)成電導(dǎo)測(cè)量電路；檢測(cè)模塊包括信號(hào)檢測(cè)電路10和數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)11，檢測(cè)電極5與檢測(cè)電路10的輸入端連接，檢測(cè)電路10的輸出端與數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)11的輸入端連接。參看圖1和圖4，本發(fā)明中，石英晶體激勵(lì)模塊包括石英晶體振蕩器1、隔直及幅值 調(diào)節(jié)電路2和測(cè)量石英晶體3。石英晶體振蕩器1的輸出端與隔直及幅值調(diào)節(jié)電路2中輸 入端連接，隔直及幅值調(diào)節(jié)電路2中的輸出端與測(cè)量石英晶體3的一端連接。其中，石英晶 體振蕩器1包括激勵(lì)石英晶體Y1、可調(diào)電容(；、第一反相器U1、第二反相器U2、第一電阻R1、 第二電阻R2、第一電容Cl。激勵(lì)石英晶體與測(cè)量石英晶體3的阻抗-頻率特性相同。第一 反相器Ul的輸入端分別與第一電阻Rl的一端、激勵(lì)石英晶體Yl的一端連接，第一反相器 Ul的輸出端分別與第一電阻Rl的另一端、第一電容Cl的一端連接，第二反相器U2的輸入 端分別與第一電容Cl的另一端、第二電阻R2的一端連接，第二反相器U2的輸出端分別與 第二電阻R2的另一端、可調(diào)電容Cv的一端連接，可調(diào)電容(；的另一端與激勵(lì)石英晶體Yl 的另一端連接。利用本發(fā)明非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置測(cè)量溶液電導(dǎo)的流程為石英晶體激勵(lì)模塊輸出 的交流激勵(lì)電壓的頻率為諧振頻率，交流激勵(lì)電壓加在激勵(lì)電極4上，利用測(cè)量石英晶體3 產(chǎn)生的感抗抵消總耦合電容產(chǎn)生的容抗，在檢測(cè)電極5上得到能夠直接反映溶液電導(dǎo)值的 電流信號(hào)，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換、放大、整流及濾波后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)并顯示。如圖2所示，在絕緣測(cè)量管道6的外壁上安裝兩個(gè)一定寬度的環(huán)狀金屬電極，這兩 個(gè)環(huán)狀金屬電極分別為激勵(lì)電極4和檢測(cè)電極5，激勵(lì)電極4和檢測(cè)電極5之間間隔一定的 距離。在激勵(lì)電極4的外圍安裝激勵(lì)電極屏蔽罩7，激勵(lì)電極屏蔽罩7與有源激勵(lì)屏蔽模塊 9的輸出端連接，激勵(lì)電極4與有源激勵(lì)屏蔽模塊9的同相輸入端連接，在檢測(cè)電極5的外 圍安裝檢測(cè)電極屏蔽罩8，檢測(cè)電極屏蔽罩8接地。在本發(fā)明石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置中，其電導(dǎo)測(cè)量電路的等效 電路圖如圖3所示，其中，測(cè)量石英晶體3的等效電感L的一端與測(cè)量石英晶體3的等效電 阻r的一端連接，測(cè)量石英晶體3的等效電阻r的另一端分別與第三放大器A3的同相輸入 端、激勵(lì)電極4和激勵(lì)電極屏蔽罩7所形成的第一寄生電容Cdl的一端、激勵(lì)電極4和絕緣 測(cè)量管道6內(nèi)的溶液所形成的第一耦合電容Cxl的一端連接，第三放大器A3的反相輸入端 分別與第三放大器A3的輸出端、第一寄生電容Cdl的另一端連接，第三放大器A3的輸出端 與激勵(lì)電極屏蔽罩7和檢測(cè)電極屏蔽罩8所形成的第三寄生電容Cd3連接，第一耦合電容Cxl 的另一端與被測(cè)溶液等效電阻Rx的一端連接，被測(cè)溶液等效電阻Rx的另一端與檢測(cè)電極5 和絕緣測(cè)量管道6內(nèi)的溶液所形成的第二耦合電容Cx2的一端連接，第二耦合電容Cx2的另 一端與檢測(cè)電極5和檢測(cè)電極屏蔽罩8所形成的第二寄生電容Cd2的一端連接，第二寄生電 容Cd2的另一端與第三寄生電容Cd3的另一端一起接地。如圖3所示，由放大器A3構(gòu)成的有源屏蔽模塊使得激勵(lì)電極4和激勵(lì)電極屏蔽 罩7的電位相等，從而消除第一寄生電容Cdl的影響，第二寄生電容Cd2的一端與運(yùn)算放大器(信號(hào)檢測(cè)電路的入口 )的反相輸入端相連，另一端接地，對(duì)測(cè)量也沒(méi)有影響，此外，流經(jīng)第 三寄生電容Cd3的電流不流經(jīng)電導(dǎo)傳感器，也不影響測(cè)量，這樣就消除了寄生電容對(duì)測(cè)量的影響。如圖4所示，作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，石英晶體振蕩器1除了包括激勵(lì)石英晶 體Y1、可調(diào)電容(；、第一反相器U1、第二反相器U2、第一電阻R1、第二電阻R2和第一電容Cl 外，還可以含有第三反相器U3和第三電阻R3。其中，第一反相器Ul的輸入端分別與第一電 阻Rl的一端、激勵(lì)石英晶體Yl的一端連接，第一反相器Ul的輸出端分別與第一電阻Rl的 另一端、第一電容Cl的一端連接，第二反相器U2的輸入端分別與第一電容Cl的另一端、第 二電阻R2的一端連接，第二反相器U2的輸出端分別與第二電阻R2的另一端、可調(diào)電容Cv 的一端、第三反相器U3的輸入端連接，第三反相器U3的輸入端與第三電阻R3的一端連接， 第三反相器U3的輸出端與第三電阻R3的另一端連接，可調(diào)電容Cv的另一端與激勵(lì)石英晶 體Yl的另一端連接。第三反相器U3和第三電阻R3構(gòu)成緩沖器，使石英晶體振蕩器1的諧振不會(huì)受到 隔直及幅值調(diào)節(jié)電路2的影響。如圖5所示，作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，隔直及幅值調(diào)節(jié)電路2包括第一放大器 Al、第二放大器A2、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第二電容C2，第 一放大器Al的同相輸入端分別與第二電容C2的一端、第六電阻R6的一端連接，第六電阻 R6的另一端接地，第一放大器Al的反相輸入端與第一放大器Al的輸出端連接，第一放大 器Al的輸出端與第五電阻R5的一端連接，第二放大器A2的同相輸入端與第七電阻R7的 一端連接，第七電阻R7的另一端接地，第二放大器A2的反相輸入端分別與第五電阻R5的 另一端、第四電阻R4的一端連接，第二放大器A2的輸出端與第四電阻R4的另一端連接。第二電容C2、第六電阻R6和第一放大器Al構(gòu)成的隔直電路去除石英晶體振蕩器 1的輸出信號(hào)中的直流成分，使激勵(lì)電壓中只包含交流成分，確保激勵(lì)電極4不被極化。第 二放大器A2則對(duì)第一放大器Al的輸出信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)。本發(fā)明石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量的原理為石英晶體模振蕩器1中 的第一反相器Ul和第二反相器U2串聯(lián)構(gòu)成正反饋，激勵(lì)石英晶體Yl產(chǎn)生的感抗與可調(diào)電 容(；產(chǎn)生的容抗相抵消，石英晶體振蕩器1發(fā)生振蕩，產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的交流激勵(lì)信號(hào)。電導(dǎo)
測(cè)量電路未發(fā)生諧振時(shí)，電導(dǎo)測(cè)量電路的總阻抗為Z = Rx+r + ]{2φ - j—；)，式中，Rx為
被測(cè)溶液的阻值，r為測(cè)量石英晶體3的等效電阻的阻值，L為測(cè)量石英晶體3的等效電感 的電感值，C為電導(dǎo)測(cè)量電路的總耦合電容，C等于耦合電容Cxl和耦合電容Cx2的串聯(lián)值， C C
BpC = C1+C2，其中，G為激勵(lì)電極4與被測(cè)溶液形成的耦合電容，Cx2為檢測(cè)電極5與被
測(cè)溶液形成的耦合電容。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電容Cv，使其等于總耦合電容C，由于激勵(lì)石英晶體 Yl和測(cè)量石英晶體3具有相同的阻抗_頻率特性，因此石英晶體振蕩器1發(fā)生振蕩時(shí)產(chǎn)生 的振蕩頻率恰好等于電導(dǎo)測(cè)量電路發(fā)生諧振所需要的諧振頻率。此時(shí)，將石英晶體振蕩器1 產(chǎn)生的交流激勵(lì)信號(hào)通過(guò)隔直及幅值調(diào)節(jié)電路2和測(cè)量石英晶體3傳輸?shù)郊?lì)電極4上， 對(duì)電導(dǎo)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，測(cè)量石英晶體3產(chǎn)生的感抗與總耦合電容C產(chǎn)生的容抗相抵消，使 電導(dǎo)測(cè)量電路發(fā)生諧振，總阻抗的虛部為零，消除耦合電容的影響。
本發(fā)明石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)的測(cè)量方法所使用的測(cè)量裝置如圖1 所示，其步驟具體如下1)本發(fā)明的電導(dǎo)測(cè)量裝置中，石英晶體振蕩器1產(chǎn)生頻率為/ =彳-ji的交流
2π \ LiCv
激勵(lì)信號(hào)，其中，L1為激勵(lì)石英晶體Yl的等效電感的電感值，Cv為可調(diào)電容的電容值；而電
導(dǎo)測(cè)量電路的諧振頻率為/o =Ij^，其中，L為測(cè)量石英晶體3的等效電感的電感值，
2π V LC
C為電導(dǎo)測(cè)量電路的總耦合電容。由于激勵(lì)石英晶體Yl和測(cè)量石英晶體3具有相同的阻 抗_頻率特性，激勵(lì)石英晶體Yl的等效電感的電感值L1等于測(cè)量石英晶體3的等效電感 的電感值L。為此，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電容的電容值等于電導(dǎo)測(cè)量電路的總耦合電容C， 以使交流激勵(lì)信號(hào)的頻率f等于電導(dǎo)測(cè)量電路的諧振頻率fo，此時(shí)石英晶體振蕩器1產(chǎn)生 振蕩頻率為&的交流激勵(lì)信號(hào)。2)將石英晶體振蕩器1產(chǎn)生的振蕩頻率為&的交流激勵(lì)信號(hào)通過(guò)隔直及幅值調(diào) 節(jié)電路2和測(cè)量石英晶體3傳輸?shù)郊?lì)電極4上，對(duì)電導(dǎo)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，此時(shí)所述電導(dǎo)測(cè)
量電路發(fā)生諧振，使得電導(dǎo)測(cè)量電路總阻抗Z =民+Γ + Λ2蜞的虛部為零，由此
耦合電容的影響被消除；3)通過(guò)檢測(cè)電導(dǎo)測(cè)量電路中的電流I，由關(guān)系式Ztl = U/I得到諧振狀態(tài)下所述電 導(dǎo)測(cè)量電路的總阻抗Ztl，其中，U為隔直及幅值調(diào)節(jié)電路2的輸出電壓；進(jìn)而根據(jù)諧振狀態(tài) 下測(cè)量電路總阻抗的表達(dá)式Ztl = Rx+r得到被測(cè)溶液的阻抗Rx，其中，r為測(cè)量石英晶體3 的等效電阻的阻值。利用KCl溶液在內(nèi)徑為1. 8mm的水平玻璃管道上對(duì)本發(fā)明所提及的裝置與方法 進(jìn)行驗(yàn)證。其中，驗(yàn)證條件為激勵(lì)電壓lOVp-p，電極長(zhǎng)度20mm，電極間距40mm。驗(yàn)證結(jié)果 表明，本發(fā)明裝置可以測(cè)量濃度為0 4mol/L的KCl溶液的電導(dǎo)值，而現(xiàn)有的以信號(hào)發(fā)生 器為激勵(lì)源的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，一般僅能對(duì)0 2mol/L的KCl溶液進(jìn)行測(cè)量。綜上可 見(jiàn)，本發(fā)明的測(cè)量裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，而且利用本發(fā)明的測(cè)量裝置與方法進(jìn)行電 導(dǎo)測(cè)量，具有較寬的測(cè)量范圍，取得了很好的效果。
權(quán)利要求
一種石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，其特征在于所述非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置中的石英晶體激勵(lì)模塊包括石英晶體振蕩器(1)、隔直及幅值調(diào)節(jié)電路(2)和測(cè)量石英晶體(3)，石英晶體振蕩器(1)的輸出端與隔直及幅值調(diào)節(jié)電路(2)的輸入端連接，隔直及幅值調(diào)節(jié)電路(2)的輸出端與測(cè)量石英晶體(3)的一端連接；所述石英晶體振蕩器(1)包括激勵(lì)石英晶體、可調(diào)電容、第一反相器、第二反相器、第一電阻、第二電阻和第一電容，所述激勵(lì)石英晶體與測(cè)量石英晶體(3)的阻抗 頻率特性相同，第一反相器(U1)的輸入端分別與第一電阻(R1)的一端、激勵(lì)石英晶體(Y1)的一端連接，第一反相器(U1)的輸出端分別與第一電阻(R1)的另一端、第一電容(C1)的一端連接，第二反相器(U2)的輸入端分別與第一電容(C1)的另一端、第二電阻(R2)的一端連接，第二反相器(U2)的輸出端分別與第二電阻(R2)的另一端、可調(diào)電容(CV)的一端連接，可調(diào)電容(CV)的另一端與激勵(lì)石英晶體(Y1)的另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，其特征在于 所述石英晶體振蕩器(1)還包括第三反相器(U3)和第三電阻(R3)，第三反相器(U3)的輸 入端分別與第二反相器(U2)的輸出端、第三電阻(R3)的一端連接，第三反相器(U3)的輸 出端與第三電阻(R3)的另一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置，其特征在 于所述隔直及幅值調(diào)節(jié)電路(2)包括第一放大器(Al)、第二放大器(A2)、第四電阻(R4)、 第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)和第二電容(C2)，第一放大器(Al)的同相輸 入端分別與第二電容(C2)的一端、第六電阻(R6)的一端連接，第六電阻(R6)的另一端接 地，第一放大器(Al)的反相輸入端與第一放大器(Al)的輸出端連接，第一放大器(Al)的 輸出端與第五電阻(R5)的一端連接，第二放大器(A2)的同相輸入端與第七電阻(R7)的一 端連接，第七電阻(R7)的另一端接地，第二放大器(A2)的反相輸入端分別與第五電阻(R5) 的另一端、第四電阻(R4)的一端連接，第二放大器(A2)的輸出端與第四電阻(R4)的另一 端連接。
4.一種使用權(quán)利要求1的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)量的方法，其特征在于包括 如下步驟1)調(diào)節(jié)石英晶體振蕩器(1)中可調(diào)電容的電容值等于電導(dǎo)測(cè)量電路的總耦合電容，以 使石英晶體振蕩器(1)的交流激勵(lì)信號(hào)的頻率f等于電導(dǎo)測(cè)量電路的諧振頻率&，此時(shí)石 英晶體振蕩器(1)產(chǎn)生振蕩頻率為&的交流激勵(lì)信號(hào)；2)將石英晶體振蕩器(1)產(chǎn)生的振蕩頻率為&的交流激勵(lì)信號(hào)通過(guò)隔直及幅值調(diào)節(jié) 電路(2)和測(cè)量石英晶體(3)傳輸?shù)郊?lì)電極(4)上，對(duì)電導(dǎo)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，此時(shí)所述電 導(dǎo)測(cè)量電路發(fā)生諧振；3)通過(guò)檢測(cè)電導(dǎo)測(cè)量電路中的電流I，由關(guān)系式Ztl= U/I得到諧振狀態(tài)下所述電導(dǎo)測(cè) 量電路的總阻抗Ztl，其中，U為隔直及幅值調(diào)節(jié)電路(2)的輸出電壓；進(jìn)而根據(jù)諧振狀態(tài)下 測(cè)量電路總阻抗的表達(dá)式Ztl = Rx+r得到被測(cè)溶液的阻抗Rx，其中，r為測(cè)量石英晶體(3) 的等效電阻的阻值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種石英晶體振蕩器激勵(lì)的非接觸電導(dǎo)測(cè)量裝置和方法。在其激勵(lì)源中，石英晶體振蕩器輸出端與隔直及幅值調(diào)節(jié)電路輸入端連接，隔直及幅值調(diào)節(jié)電路輸出端與測(cè)量石英晶體一端連接；其中，石英晶體振蕩器中，激勵(lì)石英晶體與測(cè)量石英晶體的阻抗-頻率特性相同，第一反相器輸入端分別與第一電阻一端、激勵(lì)石英晶體一端連接，第一反相器輸出端分別與第一電阻另一端、第一電容一端連接，第二反相器輸入端分別與第一電容另一端、第二電阻一端連接，第二反相器輸出端分別與第二電阻另一端、可調(diào)電容一端連接，可調(diào)電容另一端與激勵(lì)石英晶體另一端連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電導(dǎo)測(cè)量裝置的小型化、實(shí)用化；且具有較寬的測(cè)量范圍，取得了很好的效果。
文檔編號(hào)G01R27/02GK101957403SQ20101028170
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者傅三富, 冀海峰, 李海青, 王保良, 黃志堯 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)