专利名称：溶液浓度监控仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于对溶液浓度的监测、控制仪表。
目前国内外普遍应用电导式仪表以测量溶液的浓度(包括酸度、碱度等)。但电导式仪表两电极直接插入溶液中容易发生腐蚀、污染、且使用中经常要清洗，否则即出现较大的误差。专利CN86202470申请说明书中设想用高频电感式(将其作为电导式是概念上的错误)以环氧树脂作壳体来监测水质浓度，由于不能解决高频磁饱和等等因素所造成的非单值性结果，是不能实现监测的目的。到目前为止，还没有发现国内、外有关用电容式仪表以检测溶液浓度的资料、也没有发现有关这一方面的产品。
本实用新型目的是设计一种新型的溶液浓度监控仪，采用的电容式浓度传感器是非接触式传感器，对被监测溶液和电极间没有直接接触，使致无腐蚀污染，可长期使用；而且线性范围大、灵敏度高、工作稳定且重复性好；可取代目前所有的电导式传感器仪表，用以检测溶液浓度(包括酸度、碱度、糖度等)。
本实用新型结构方案如图1所示。变流器3发出中频方波信号送给电容式传感器2，通过溶液1返回到电容式传感器2，将溶液中浓度信号变换为电容信号，再通过变流器3将电容信号转换为电流信号送给差动放大器5，和基准信号4相减并放大后送到显示仪表6显示。另一路通过同相滞后比较器7后将信号送到声光报警器8作报警使用，也可以送到机电控制器9作自动控制用。差动放大器输出的信号也可以送到模数转换器10，馈给微机11作自动控制用。
图1为本溶液浓度监控仪的方案框图。
图2为本仪器在变流器以后部分的电路图。
图3为变流器的电路图。
图4(a)为电容式传感器结构示意图。
图4(b)为图4(a)的剖面图。
参照附图进一步说明本实用新型的结构方案1.如图2所示，来自变流器电流信号I通过R16转换为电压信号，经过运放A6隔离送给电表M作指示。D2为2DW7，R20为限流电阻，电压经R21、RW2分压后送入A7比较器作基准参考电信号。当A6输出信号大于基准信号时，A7输出为高电位(即D3的稳定电压)，这时D4(发光二极管)发亮，IC3(555)输出方波信号，当开关K闭合时喇叭即发出告警声响，当A6输出信号低于基准信号时，A7输出负电压，D3及IC3均停止工作不报警，调节RW2可调节基准信号即可调节报警时的液体浓度，调节C7可改变喇叭音调。图中运放A6、A7可以使用LM324，变流器及仪表部分所有电源为UCC均为12V，运放的电源均接±12伏。
2.如图3所示，变流器主要由中频方波信号发生器和电容－电流变换器组成。变流器的IC1(555)产生中频方波信号输给传感器，其频率按溶液的不同选用最佳值，传感器将由于溶液浓度变化而引起的电容信号送回给变流器。中频方波信号经电容传感器Cx后，信号脉冲宽度有相应变化，经过D1整流，R3、P分压，C3滤波成为直流电压信号，经A1隔离后送入差动放大器A3的反相端。 IC2(1403)为基准电压源经C4滤波，RW分压调节后，经过A2隔离送入A3同相端作调另用。
A4、A5组成程控、压控电流源。将A3输出的电压信号变为和该信号成正比的电流信号输送给仪表及报警装置。由于该压控电流源交流输出电阻很高(＋10MΩ)，因此电流信号很稳定，输出电流信号与输入电压信号的比例可以由调节R15来决定。
图3中运放A1、A2、A4、A5可采用LM248、A3作差动放大，可用LM308A。
本仪器的全部电子电路由集成电路组成。
3.电容式传感器2是在溶液浓度与该浓度下的相对介电常数关系的线性范围内，利用溶液中浓度变化引起相对介电常数的变化，将浓度信号转换为电容量的信号。本传感器结构如图4(a)所示。由绝缘的聚四氟乙烯为材料构成中空的矩形管体13，管体有四个矩形侧面，两个端面相通，溶液1可以一端面流入管体，从另一端面流出。有二铜片12密封压制在二平行侧面的聚四氟乙烯绝缘层中。这两块铜片用作平板电容器的二个电极，其有效面积及铜片之间距离，以及激励信号的中频频率都要选取最佳状态，以使浓度变化与电容量的变化关系为最大的线性范围。当无气泡的溶液流过或浸入传感器时，二铜片引线的电容值可反映出溶液浓度。
采用本溶液监控仪的设计方案，可以制作锅炉水质监控仪。它用以监控锅水化学工况，由仪表显示。在锅水中固形物浓度到达某给定标准(可以调节)值时，产生声光报警，并可自动(或手动)排污、充水。当水质达到某个给定值(可以调节)标准时，即停止报警。这样可明显减轻人工化验，并能节约水、煤等能源。
作为本实用新型的实施例，各部件型号可采用基准信号由5G1403并包含LM308A运放的差动放大器构成；显示仪表为1mA电流表；同相比较器由LM308A组成；声光报警器由ICS和LM555组成；机电控制器为普通继电器；电容式传感器、变流器如图3、图4所示自行设计；模数转换器和微机电路也是自行设计而成。
本实用新型的优点和效果(1)可取代全部电导式仪表，具有无腐蚀无污染、线性范围大、灵敏度高、工作稳定、重复性好，可以测量溶液浓度，(包括酸度、碱度、糖度等等)。
(2)锅炉水质监控仪的经济效益和社会效益(节能)都很高。全国有几十万只低压锅炉、许多在小工厂使用，小厂一般无专职化验人员，排污全凭工人经验，煤、水浪费很大，在锅炉运行时，随着锅水不断蒸发浓缩，锅水中杂质逐渐增多，这些杂质除少量被饱和蒸汽带走外，大部留在锅水中，当其含量超过一定限度时，会造成蒸汽品质恶化、锅炉受热面结垢，管子流通截面变小，水循环不良、发生金属腐蚀现象，危及锅炉运行。使用锅炉水质监控仪后，就可以使锅水中的杂质保持在一定限度之内，既可节约煤、水能源和人力，又可保证安全运行。
(3)变流器内阻很大、使传输距离远近对测量精度影响不大。
(4)采用聚四氟乙烯作绝缘，可将温度变化影响减到极小。
(5)全部采用集成电路，使工作稳定可靠，体积小，寿命长，成本低。
(6)本实用新型已制出样机，具备交付工业性生产的条件。
权利要求1.一种溶液浓度监控仪，包含有电容式传感器[2]、变流器[3]、基准信号[4]、差动放大器[5]、显示仪表[6]、同相比较器[7]、声光报警器[8]、机电控制器[9]、模数转换器[10]以及微机[11]，其特征是所述的电容式传感器[2]是由聚四氟乙烯制成的矩形管体[13]，管体有四个矩形侧面，二端面相通，并有二铜片[12]密封压制在管体二平行侧面的聚四氟乙烯绝缘层中；所述的变流器是由中频方波信号发生器和电容-电流变换器组成。
专利摘要本实用新型是一种溶液浓度监控仪。采用这种设计方案可制作新型的锅炉排污监控仪。它是锅炉安全运行、节能监测和自动控制的仪表。锅水经过由聚四氟乙烯压制的电容式传感器将锅水浓度变化转换为电容量的变化，又经过变流器将电容量变化，变换为高输出电阻的标准电流信号。本监控仪可取代全部电导式仪表，具有无腐蚀，无污染线性范围大、灵敏度高、工作稳定、重量性好、可以测量溶液浓度(包括酸度、碱度、糖度等)。
文档编号G01N27/22GK2047019SQ89201460
公开日1989年11月1日 申请日期1989年1月31日 优先权日1989年1月31日
发明者赵松清 申请人:赵松清