用于测量电导率的方法及采用该方法的用于测量电导率的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量电导率的方法和使用该方法的用于测量电导率的系统。用于测量电导率的方法包括：利用电导率标准溶液获取电导池的电导池常数；将希望测量的溶液注入电导池中，并以在各个预设时间t上分阶段地改变预定的直流电压的方式来对设在电导池中的电极施加预定的直流电压；根据电压和峰值电流之间的线性关系获得作为斜率的溶液的电阻，其中峰值电流是针对各个电压测量而得到的；以及利用电导池常数和溶液的电阻来计算溶液的电导率。
【专利说明】用于测量电导率的方法及采用该方法的用于测量电导率的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量电导率的方法及采用该方法的用于测量电导率的系统。【背景技术】
[0002]电导率是当对材料施加电场时其所具有的传导电流的能力。电导率是表明材料导电容易程度的参数。电导率作为溶液的特性之一，其在基于溶液中离子总体浓度和传输特性(例如离子迁移率、扩散率和粘度等)提供有关溶液的化学结构的有用信息方面非常重要。
[0003]用于测量溶液电导率的方法通常分为采用直流的方法(DC)和采用交流(AC)的方法。采用DC的方法已普遍应用于测量具有高电导率的溶液。然而，采用DC的方法的缺点是可能会产生因电极表面上的极化而产生的测量误差。因此，近些年测量电导率时大部分采用AC的方法。
[0004]另一方面，虽然采用AC的方法能够减小电极表面上的极化现象，但其可能容易受到环境电磁干扰的影响，并且在存在多个电子器件的情况下，难以进行准确地分析。
【发明内容】
[0005]因此，详细描述的一方面是提供一种更为准确地测量溶液电导率的电导率测量方法及采用该方法的电导率测量系统。
[0006]为了实现上述性能及本发明的其他优点和目的，本发明提供了一种测量电阻和计算电导率的方法，该方法包括以下步骤:利用电导率标准溶液来获取电导池的电导池常数；将希望测量的溶液注入电导池中，并以在各个预设时间t上分阶段地改变预设DC电压的方式对设在电导池中的电极施加预定的直流DC电压；根据电压和峰值电流之间的线性关系获得作为斜率的溶液的电阻，其中峰值电流是针对各个电压测量而得到；以及，利用电导池常数和溶液的电阻来计算溶液的电导率。
[0007]根据本发明的一方面，分阶段地改变电压的施加步骤可以是通过在各个预设时间上分阶段地增大或者减小电压来施加电压的步骤。
[0008]根据本发明的另一方面，预设时间小于电极表面上开始发生极化的时间。
[0009]根据本发明的又一方面，预设时间可以是趋近于0的时间(t — 0)，以防止电极表面上的极化。
[0010]根据本发明的又一方面，峰值电流可以是在施加预定的DC电压的时刻测量得到的电流。
[0011]根据本发明的又一方面，电导池常数的获取可包括:通过在各个预设时间(T)上分阶段地改变电压来施加预定DC电压；以及，根据电压和针对各个电压测得的峰值电流的线性关系来获取作为斜率的电导率标准溶液的电阻。
[0012]在获取电导池常数的步骤中，通过分阶段地改变电压的施加步骤可以是通过在各个预设时间分阶段地增大或减小电压来施加电压的步骤。
[0013]预设时间小于在电极表面上开始发生极化的时间。
[0014]预设时间可以是趋近于O的时间(T — O),以防止在所述电极表面上发生极化。
[0015]如这里所体现的以及宽泛而言的，为了实现上述性能及本发明的其他优点和目的，本发明提供了一种溶液电导率测量系统，该系统包括:
[0016]具有电极的电导池，该电导池具有唯一的电导池常数；电压施加单元，其配置成通过在各个预设时间上分阶段地改变电压的方式来对电极施加预定直流电压；电流测量单元，其配置成测量针对每个电压的峰值电流；控制器，其配置成根据电压和峰值电流的线性关系来获取作为斜率的溶液的电阻，并利用电导池常数和溶液的电阻来计算溶液的电导率。
[0017]根据本发明的一个方面，电压施加单元可配置成用以在各个时间分阶段地增大或者减小电压，该时间小于电极表面上开始发生极化的时间。
[0018]根据本发明的另一个方面，电流测量单元可配置成用以在施加预定DC电压时测
量电流。
[0019]本发明可应用的其他范围将在之后的详细说明中变得显而易见。然而，应该明白的是这里仅以阐述的方式给出详细说明和具体实施例包括本发明的优选实施例，因为在本发明的精神和范围内根据详细说明所作出的各种改变和修改对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]所包括的附图用以提供对本发明更进一步的理解并结合于此作为说明书的一部分，其阐述了示范性实施例并与文中的描述共同用来解释本发明的原理。附图中:
[0021]图1是根据本发明的一个示范性实施例的电导率测量方法的流程图；
[0022]图2和图3是通过分阶段地增加DC电压并采用针对各个电压测量的峰值电流的方式来获取溶液的电阻的方法的原理图；
[0023]图4是根据本发明的电导率测量系统的一个示范性实施例的原理图；
[0024]图5A至图5F是分别说明0.0OlM的KCl电导率标准溶液中基于电压施加时间的所施加的电压和所得的电流的图表；
[0025]图6A至图6G是分别说明3M的KCl电导率标准溶液中基于电压施加时间的所施加的电压和所得的电流的图表；以及
[0026]图7A至图7C是分别说明通过在施加于3M的KCl电导率标准溶液的电压的测量范围内分阶段地改变电压而获取的测量结果的图表。
【具体实施方式】
[0027]以下根据示范性实施例并参照附图来对本发明提供的电导率测量方法和使用该方法的系统做详细的描述。
[0028]在参照附图进行描述时，为了描述的简便，对于相同或等同的模块将使用相同或相近的标号，从而使描述不会出现重复。说明书中，除非另外明确说明，文中的单数形式的表述包含复数形式的表述。[0029]图1是根据本发明的一个示范性实施例的电导率测量方法的流程图。图2和图3是通过分阶段地增加DC电压并采用针对各个电压测量的峰值电流的方式来获取溶液的电阻的方法的原理图。图2和图3中所示出的方法可以用于测量电导率标准溶液的电阻和用于测量希望测量的溶液的电阻。
[0030]为测量溶液10的电导率(参见图4)，将溶液10注入包括一对电极111 (参见图4)的电导池110中(参见图4)，溶液10的电阻通过实验可以获得。电导率可根据所获得的电阻值计算(测量)得到。溶液10的电导率X可通过将距离L除以一数值计算得到，该数值通过将电极111的表面积A与溶液的电阻值R—起相乘而获得，这样可得[X=L/ (AXR)J0
[0031]因此，为基于电阻计算电导率X，需要用到电导池常数C，其为电导池110具有的唯一常数，由电极111的表面积和电极111之间的距离L所决定(C=L/A)。然而，由于仅通过实验难以正确测量得到电导池常数，因此，电导池常数可通过测量将具有正确已知的电导率的电导率标准溶液注入导电池110时产生的电阻值来获得。
[0032]为利用电导率标准溶液来获得电导池常数，将电导率标准溶液注入到电导池110中，并在各个预设时间T分阶段地(逐步地)改变DC电压(S10)。预设时间可表示施加预定DC电压的时间。
[0033]图2示范性地说明了电压vl、v2、v3、v4和v5在各个预设时间分阶段地(逐步的形式)增大。电压也可以在各个预设时间上逐步减小，或者瞬间施加任意不同的电压。
[0034]之后，针对各个电压测量峰值电流。如图2所示，由于自施加电压时电极111的表面开始产生的极化，电流可如同绘制的曲线那样逐渐减小。因此，如果在极化发生之前测量峰值电流pl、P2、p3和p4，将可以避免因极化而产生的测量误差。这可允许获取用于计算更准确的电导池常数的基础数据。
[0035]这里，施加预定DC电压的预设时间优选设为小于电导池110中设置的电极111表面开始极化的时间。电极在施加电压后会立刻开始极化。因此，预设时间即T优选设定为趋向于0的时间，以防止电极111表面上的极化。
[0036]也就是说，电压和对应峰值电流的数据可通过以下方式获得:即刻施加第一电压，测量对应于第一电压的第一电流(即第一峰值电流)，即刻施加比第一电压更高的第二电压，以及测量对应于第二电压的第二电流(即第二峰值电流)。
[0037]随后，如图3所示，作为斜率的电导率标准溶液的电阻值可根据峰值电流和电压的线性关系而获得(S20)。因此，电导池常数可根据该电阻计算得到。
[0038]当电导池常数确定后，将电导池110中的电导率标准溶液清除，并将希望测量的溶液10注入电导池110中(S30)。这里，优选使用蒸馏水或类似液体对电导池110进行清洗，以确保完全从电导池110中清除残留的电导率标准溶液。
[0039]随后，如上所述，在各个预设时间t上逐步改变DC电压(S40)，作为斜率的溶液10的电阻值可利用针对各个电压测量的峰值电流根据峰值电流和对应电压之间的线性关系而获得(S50)。预设时间可指示施加预定DC电压的时间。
[0040]例如，如图2所示，电压vl、v2、v3、v4和v5分别在预设时间tl、t2、t3、t4、和t5逐步增加，并可测量对应的峰值电流pl、p2、p3、p4和p5。相反的是，电压也可以在各个预设时间上逐步减小，并可测量对应的峰值电流。由于在显示电压关于电流的图表中电阻表示为斜率，因此电阻可通过施加两个不同幅度的电压并测量对应于这两个电压的两个峰值电流而容易地获得。当然，明显的是，如果施加的电压数量增加，那么基于更多的数据可获得更为准确的电阻值。
[0041]如图2所示，由于自施加电压时电极111的表面上开始产生的极化，电流可如同绘制的曲线那样逐渐减小。如果测量在极化发生之前施加电压产生的峰值电流，将可避免因极化而产生的测量误差。这可允许获取作为用于测量溶液10的更准确的电导率的基础数据的电阻。
[0042]此处，改变电压的预设时间可优选设为小于电导池110中电极111开始发生极化的时间。电极在施加电压后会立刻开始极化。因此，预设时间即T优选设定为趋近于O的时间，以防止电极111的表面上的极化。预设时间可以是趋近于O的时间，例如以毫秒、微妙或纳秒为单位的短暂时间。
[0043]也就是说，电压和对应峰值电流的数据可通过以下方式获得:即刻施加第一电压，测量对应于第一电压的第一电流(即第一峰值电流)，即刻施加比第一电压更高的第二电压，以及测量对应于第二电压的第二电流(即第二峰值电流)。
[0044]随后，作为斜率的溶液10的电阻值可根据电压和峰值电流之间的线性关系获得。因此，溶液10的电导率可根据溶液10的电阻值和已采用电导率标准溶液得到的电导池常数计算得到(S60)。
[0045]图4是根据本发明的电导率测量系统的一个示范性实施例的原理图。
[0046]如图4所示，电导率测量系统100可包括电导池110、电压施加单元120、电流测量单元130和控制器140。
[0047]电导池110包含电极111，其具有唯一的电导池常数。此处，电导池常数是电导池110所具有的唯一常数，其由电极111的表面积A和电极111之间的距离L决定。如前所述，电导池常数可通过利用电导率标准溶液而获得。
[0048]电压施加单元120可以在各个预设时间上逐步改变电压的方式来对电极111施加预设DC电压。电压施加单元120可优选设为在各个时间上逐步增加或减小电压，其中，该时间小于极化开始出现在电极111表面上的时间。
[0049]电流测量模块130可测量针对各个电压的峰值电流。由于在施加电压时记录最大电流(峰值电流)，因此电流测量模块130可在电压施加单元120施加电压的时刻读取供相电流值。
[0050]控制器140可根据电压和峰值电流之间的线性关系计算作为斜率的溶液10的电阻，随后利用电导池常数和溶液10的电阻来测量溶液10的电导率。
[0051]同时，图4仅仅示范性地说明了电导率测量系统100的一个实施例，但本发明不限于此结构。电导率测量系统100可在本领域的技术人员所能理解的范围内进行各种改变。
[0052]下文将对本发明的第一到第四示范性实施例进行详细说明。
[0053]作为参考，各个实施例中用到的电导池不同于不同的示范性实施例中用到的电导池。因此，在各个实施例中，电导池常数可能不同。此处，由于第一实施例和第二实施例采用相同的电导池，因此它们具有相同的电导池常数。
[0054]【第一示范性实施例】0.0OlM的KCl电导率标准溶液中电导池的电导池常数的测
量
[0055]本实施例示范性地说明电导池的电导池常数的测量。首先，在向电导池中注入0.0OlM的、在18°C时电导率为127.3 (i! S/cm)的KCl电导率标准溶液并将电极放入其中之后，向电极施加范围为-5V到+5V之间的电压，每个电压针对0.001秒的时间其间隔为IV，由此获得各个电压上测量的电流。之后，那些值绘制出来以获得线性斜率。
[0056]
【权利要求】
1.一种用于测量电导率的方法，包括: 利用电导率标准溶液来获取电导池的电导池常数； 将希望测量的溶液注入电导池中，并以在各个预设时间t上分阶段地改变预定的直流电压的方式来对设在电导池中的电极施加预定的直流电压； 根据电压和峰值电流之间的线性关系获得作为斜率的溶液的电阻，其中峰值电流是针对各个电压测量而得到的；以及 利用电导池常数和溶液的电阻来计算溶液的电导率。
2.如权利要求1所述的方法，其中，分阶段地改变电压的施加步骤是通过在各个预设时间上分阶段地增大或者减小电压来施加电压的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中，预设时间小于在电极表面上开始发生极化的时间。
4.如权利要求3所述的方法，其中，预设时间是趋近于O的时间(t— O),以防止电极表面上的极化。
5.如权利要求1所述的方法，其中，峰值电流是在施加预定的直流电压的时刻测量得到的电流。
6.如权利要求1所述的方法，其中，电导池常数的获取包括: 通过在各个预设时间T上分阶段地改变电压来对电极施加预定的直流电压；以及 根据电压和针对各个电压测得的峰值电流之间的线性关系来获取作为斜率的电导率标准溶液的电阻。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在获取电导池常数的步骤中，通过分阶段地改变电压的施加步骤是通过在各个预设时间分阶段地增大或减小电压来施加电压的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，其中，预设时间小于电极表面上开始发生极化的时间。
9.如权利要求8所述的方法，其中，预设时间是趋近于O的时间(T— O),以防止在电极表面上发生极化。
10.一种用于测量电导率的系统，包括: 具有电极的电导池，所述电导池具有唯一的电导池常数； 电压施加单元，其配置成通过在各个预设时间上分阶段地改变电压的方式来对电极施加预定的直流电压； 电流测量单元，其配置成测量针对各个电压的峰值电流； 控制器，其配置成根据电压和峰值电流的线性关系来获取作为斜率的溶液的电阻，并利用电导池常数和溶液的电阻来计算溶液的电导率。
11.如权利要求10所述的系统，其中，电压施加单元配置成用以在各个时间上分阶段地增大或者减小电压，该时间小于在电极表面上开始发生极化的时间。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，电流测量单元配置成用以在施加预定的直流电压时测量电流。
【文档编号】G01R27/22GK103809030SQ201310560258
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】金钟润, 磪容硕, 裵相垠, 延济元, 宋奎锡 申请人:韩国原子力研究院, 韩国水力原子力株式会社