专利名称：水的电导率的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种通过测试液体阻抗获知其电导率的方法，具体涉及一种水的电导率的测量方法。
背景技术：
电导率是发电厂水质控制的重要指标之一，长期以来，如何准确测量水的电导率，特别是高纯水的电导率，一直是水质监控人员及电导仪生产厂家十分关注和深入研究的课题。电导池中水的电导率可以由下式计算获得g＝K/R (1)式中，K是电导池常数(又称电极常数)。
由此，对电导率的测定转换成对电阻的测定。
目前，电导率的测量方法，主要有直流电导测定法和交流电导测定法，其中，直流电导测定法由于难以解决电极的“极化效应问题”，已很少采用。交流电导测定法则是在电导池的两极间加上正弦电压信号，利用交流信号来减少极化效应的影响。
当电导池两极间加上正弦电压后，在两极上将产生极化层，同时，在两极化层及两极间存在电容效应，这样，电导池不再是一个纯电阻，而是包含容抗在内的阻抗了，其等效物理模型如附图1所示。图中，RL1，RL2为引线电阻，CDL1和CDL2表示由极化引起的两个双电层上的电容，CP为电导池的极间电容，Z1和Z2代表在两个电极片上感应的阻抗，即通常所说的极间极化电阻，RSDL代表两极之间水的电阻。
其中，引线电阻RL1，RL2在通常情况下是忽略不计的，当电导池两端施加一个交流电源时，它将同时流过CDL1、CDL2、RSDL和CP，由于CDL1和CDL2对于交流信号而言提供了一个低通通路，Z1和Z2分别被CDL1和CDL2短路，通常情况下，CP很小，CDL1和CDL2很大，电导池的阻抗就近似为RSDL。这就是现有交流电导测定法采用的方法。显然，在测量RSDL很大的高电阻溶液(如较纯的水)时，CP的影响就不可忽略了，此时，采用现有的交流测定法准确度不高。
为此，人们通过各种途径寻求较准确的水的电导率的测试方法。刘开培等在《高纯水电导率测定用动态脉冲产生方法》(工业仪表与自动化装置，1999年第5期)一文中，给出了一种利用动态脉冲测定电导率的方法，其通过限制脉冲宽度来减小极化产生的影响，但文中也指出，对于不同的被测溶液，脉冲宽度的影响是不同的，这就造成了该方法实用中的困难，同时，该方法需要产生动态脉冲，这也造成了设备制造难度和成本的增加。在中国专利申请CN1459629A中公开了一种溶液电导率的测量方法，通过有功功率的测量来间接地计算电导率，该方法需要用时间积分进行计算，增加了处理难度。
发明内容
本发明目的是提供一种可以避免极化效应和分布电容的影响，获得准确的电导率值的水的电导率的测量方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种水的电导率的测量方法，分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号，其中，ωb＝2ωa，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式获得所需测定的电导率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是电导池常数，r＝|Za|/|Zb|。
上述技术方案中，所述阻抗的模的测量方法为，采用电导池与运算放大器反相端连接的电路，给电导池加上一个幅值稳定的正弦信号，通过测量运算放大器的输出电压Vo与电导池的输入电压Vi，获得阻抗的模|Z|＝RfVi/Vo，式中，Rf是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。分别加上频率为ωa的正弦信号和频率为ωb＝2ωa的正弦信号，即可测得两个频率下的阻抗的模。
当然，也可以采用另一种技术方案测量阻抗的模，即，先加上频率ωa的正弦信号，测出电压Ua和电流Ia，获得阻抗的模|Za|＝Ua/Ia；再加上频率ωb＝2ωa的正弦信号，测出电压Ub和电流Ib，获得阻抗的模|Zb|＝Ub/Ib。
本发明的原理是在附图1中，由于CDL1和CDL2很大，而CP很小，因此，图1可以简化为附图2的等效物理模型，其中R≈RSDL，C≈CP。
在频率为ωa的正弦信号作用下，RC并联阻抗为Za=R(1-jωaRC)1+ωa2R2C2]]>阻抗的模|Za|=R1+ωa2R2C2]]>测量电导只要知道正弦波的幅值(即只要知道阻抗的模)，没有必要关心相位，当激励正弦波信号的频率ωb＝2ωa时，阻抗的模为|Zb|=R1+4ωa2R2C2]]>令t=ωa2R2C2,]]>r＝|Za|/|Zb|，有r=1+4t1+t]]>可解得t=r2-14-r2]]>因而，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>测量阻抗时，参见附图3所示，其中，电导池相当于其阻抗的模|Z|，则有Vo＝ViRf/|Z|可知，|Z|＝RfVi/Vo由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1.由于本发明利用两个倍频的正弦信号进行测量，可以获得水的实际电阻，不存在理论误差，从而完全消除了电导交流测定法的电容效应的影响；2.本发明通过两次测定获得的两个阻抗的模值，经简单运算即可获得电导率，实现方便，可以利用现有的交流电导率测量装置，增加双倍频正弦信号发生器，通过改变控制程序即可实现测量。
附图1为电导池的等效物理模型；附图2为电导池的简化等效物理模型；附图3为本发明实施例一的方法采用的测量电路原理示意图。
其中[1]、电导池。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述实施例一一种水的电导率的测量方法，分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号，其中，ωb＝2ωa，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式获得所需测定的电导率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是电导池常数，r＝|Za|/|Zb|。
本实施例中，所述阻抗的模的测量电路参见附图3所示，电导池1的一个电极与运算放大器A的反相端连接，运算放大器A的反相端与输出端之间连接有电阻Rf，给电导池1加上一个幅值稳定的正弦信号Vi，通过测量运算放大器A的输出电压Vo与电导池1的输入电压Vi，获得电导池1的阻抗的模|Z|＝RfVi/Vo，式中，Rf是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。测量时，分别加上两种频率的正弦信号，测出对应的电导池的阻抗的模，再得出所需测定的电导率值。
实施例二一种水的电导率的测量方法，分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号，其中，ωb＝2ωa，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式获得所需测定的电导率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是电导池常数，r＝|Za|/|Zb|。
本实施例中，所述阻抗的模的测量方法可以是，先加上频率ωa的正弦信号，测出电压Ua和电流Ia，获得阻抗的模|Za|＝Ua/Ia；再加上频率ωb＝2ωa的正弦信号，测出电压Ub和电流Ib，获得阻抗的模|Zb|＝Ub/Ib。
权利要求
1.一种水的电导率的测量方法，其特征在于分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号，其中，ωb＝2ωa，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式获得所需测定的电导率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是电导池常数，r＝|Za|/|Zb|。
2.根据权利要求1所述的水的电导率的测量方法，其特征在于所述阻抗的模的测量方法为，采用电导池与运算放大器反相端连接的电路，给电导池加上一个幅值稳定的正弦信号，通过测量运算放大器的输出电压Vo与电导池的输入电压Vi，获得阻抗的模|Z|＝RfVi/Vo，式中，Rf是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。
全文摘要
本发明公开了一种水的电导率的测量方法，其特征在于分别在电导池的两极加上频率为ω
文档编号G01R27/22GK1619318SQ20041006614
公开日2005年5月25日 申请日期2004年12月7日 优先权日2004年12月7日
发明者陈小平, 陈红仙 申请人:苏州大学