第30卷第10期 2017年10月
传感技术学报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Vol.30No.10 Oct.2017
Design andImplementation of aNewConductivity Sensor
Based on Mixed Planar Structure
YU Rong,WANG Yuhao',WANGXiaolei?,ZHOU Junle',WANG Yanqing
( 1. College of Information and Engineering Nanchang U/nieersity, Nanchang 330000, China 2. College of Information and Engineering Wuhan Unitersity, Wuhan 430000, Chine)
Abstract : A new conductivity sensor is designed and realized based on the detection mechanism analysis of elec trode-water system. The structure of the planar electrodesensor combine the rectangular coils with interdigital elec-trodes.An automated test platform was built and AC impedance spectroscopy was adopted to obtain the impedance data of the sensor under the different test solutions and frequencies of excitation signal. Fitting with commercial con-ductivity sensor, the relationship of the detection impedance of planar electrode sensor and actual conductivity of tes ting sample was found out. The experimental results show the conductivity sensor is a measuring tool with high sen-sitivity and strong stability. It can be compared to commercial conductivity sensors and provide a low-cost solution for conductivity measurement of aqueous solutions.
Key words : conductivity sensor; rectangular coils; interdigital electrodes ; AC impedance spectroscopy ; data ftting
EEACC:7230
doi;10.3969/j.issn.10041699.2017.10.027
一种新型的混合平面结构电导率传感器的设计与实现*
喻嵘1，王玉1*，王晓磊2周军乐，王艳庆
（1.南吕大学信息工程学院，南吕330000；2.武汉大学信息工程学院，武汉430000）
摘要：基于水体-电极系统的机理分析，设计并实现了一种新型的电导率传感器。传感器采用平面矩形线圈与叉指电极混合结构。通过措搭建自动化实验平台，采用交流阻抗技术，对研制的传感器进行实测，以获得传感器在不同溶液、不同频率信号激励下的阻抗数据。经过与商用电导率传感器进行数据拟合，找出了阻抗数据与电导率之间的函数关系。实验证明，该电导率传感器是一种灵敏度高、稳定性强的测量工具，其测量精度达到了商用传感器标准，为水溶液电导率的测量提供了一个低成本的解决方案。
关键词：电导率传感器；矩形线圈；叉指电极；交流阻抗技术；数据拟合
中图分类号：TP212.1
文献标识码：A
电导率是材料的基本属性。电导率传感器技术是一个非常重要的工程技术研究领域，用于对液体或者气体的电导率进行检测]。目前商用的电导率传感器都为柱状结构，根据检测原理的不同，主要分为电极型和电感型电导率传感器两类。电极型电导率传感器采用电阻测量法对电导率实现测量[2-3]为了提高测量精度和降低电极极化作用的影响，一般采用多电极体系，并且对电极材料有很高的要求，但是这种单参量的测量方法，使得检测的可靠性和鲁棒性受到一定的限制。电感型电导率传感器采用电磁场原理[4-5]，在传感器探头内部包括发射线圈和接收线圈两部分，发射线圈上施加正弦激
文章编号：1004-1699(2017)10-1614-05
励可以产生交变磁场，接收线圈上会产生感应电流，根据感应电流与介质电导率的线性关系来确定电导率值。为了保证测量的精确性，激励线圈与感应线圈需要严格在一个轴线上，线圈之间要紧密排列且保证良好屏蔽，同时电极导流孔内的介质应保持流动以保证测量的实时性。因此，电感型电导率传感器也属于单参量测量方法，可靠性和鲁棒性受到限制，同时存在装配难度大，成本较高，维护不便的缺点。
论文克服现有技术的不足，提出一种基于交流阻抗技术新型的混合平面结构电导率传感器。该传感器采用平面电磁线圈和叉指型阵列电极相串联的
项目来源：江西省对外合作项目（20141BDH80001）：江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ160079）
收稿日期：2017-04-08
修改日期：2017-06-16