一种方波激励的溶液电导率测量方法
【专利摘要】一种方波激励的溶液电导率测量方法，包括：电极等效电路、分压电阻R1、激励源；所述的电极等效电路为电阻RX与电容CP并联；所述的激励源为幅值大小等于E的方波；将幅值一定、频率为f正负脉冲的激励源作用于电极等效电路中，产生的交流电压Vo经过缓冲、整流、再缓冲、滤波后得出直流电压响应信号。该方法采用的电极结构简单，测量范围广尤其适于测量高纯水。
【专利说明】一种方波激励的溶液电导率测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电导率测量方法，尤其涉及一种方波激励的溶液电导率测量方法。
【背景技术】
[0002]电导率的测量在电厂、化工、冶金、医药和污水处理等部门的水质监测以及通过电导率测量设备当中的溶液浓度应用十分广泛。国民经济和科学技术的不断发展，对溶液电导率的测量精度要求越来越高。
[0003]对电导率的测量通常采用电极电导率测量法、电磁电导率测量法和超声波电导率测量法。尤其前两种应用更为普遍，电磁电导率测量实质上是通过电磁感应方法测量溶液回路导电能力，通过一个线圈在液体回路中感应出电压，通过另一个线圈接收由于感应电压而在液体回路中产生的电流。主要保持每一个线圈的圈数恒定，以及发射机驱动电压恒定，则液体回路总的电流与电导率成正比。这种测量法由于不使用电极，不存在电极极化问题，也不存在电极表面涂镀耐腐蚀材料和堵塞问题，可在强酸强碱，高温高压等恶劣的条件下使用。但该方法的测量机理决定了它只能测量高电导率的溶液，不适合高纯水测量，适用范围窄，同时利用该方法研制的电导率仪造价高。
[0004]电极电导率测量法根据电解导电原理采用电阻测量法间接测量电导率，测量过程表现为一个复杂的电化学系统，存在许多影响准确测量的因素，在高纯水测量中尤其明显，归纳起来有以下三个方面:
[0005](I)极化效应；电解过程中，由于电极表面形成双电层，在电极和溶液中间产生与外加电势相反的极化电极，导致溶液电阻有增大趋势，造成误差。
[0006](2)电容效应；这是采用交流电源激励的结果，电极和溶液接触处的两层电荷之间形成双电层电容。因电荷的相互迁移及电荷对于电极的迁移所形成的电解质电容，电极引线分布电容可以并入电解质电容一起考虑。电容的存在不仅改变了两个极片间的电阻值，还会造成相移，引起误差。
[0007](3)温度对测量影响很大；温度直接影响溶液中电解质的电离度、溶解度、离子迁移速度、溶液的粘度和溶液的膨胀等，从而影响了溶液电导率的准确测量。
【发明内容】
[0008]为了解决上述的一系列问题，本发明提供了一种方波激励的溶液电导率测量方法，采用的电极结构简单，测量范围广尤其适于测量高纯水。
[0009]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0010]一种方波激励的溶液电导率测量方法，包括:电极等效电路、分压电阻R1、激励源；所述的电极等效电路为电阻Rx与电容Cp并联；
[0011]所述的激励源为幅值大小等于E的方波；将幅值一定、频率为f正负脉冲的激励源作用于电极等效电路中，产生的交流电压Vo经过缓冲、整流、再缓冲、滤波后得出直流电压响应信号，具体步骤如下:
[0012]a、先求分压电阻R1和电极等效电路组成的阻容网络的充放电时间常数τ ；
[0013]b、求出阻容网络的充放电稳态值％和￥4，通过V3、V4和充放电时间常数τ求出阻容网络的充放电初始值V1和V2;
[0014]C、求出过压零点tJPtB，当输入频率为f时，求出输出直流电压V ;当输入频率为f!和f2时求出输出直流电压V1和V2 ;
[0015]d、最后求出Rx,进而算出电导率；
[0016]同时引入在线温度测量，在单片机内根据温度拟和公式对温度进行补偿。
[0017]本发明的有益效果在于:由于使用交流方波，且幅值很小，将极化效应影响降至最低；又由于频率连续可调，电容Cp的容抗可降至最小，若保证两个频率之差，使对应的直流量有一定区分度，可以顺利消除电容Cp的影响，求出溶液电阻，得到电导率；本发明同时引入在线温度测量，在单片机内根据温度拟和公式对温度进行补偿，消除了温度对测电导率的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]本发明共有附图2幅。
[0019]图1为一种方波激励的溶液电导率测量原理图；
[0020]图2为电机充放电曲线。
【具体实施方式】
[0021]下面结合本实施例对本发明进一步说明:
[0022]一种方波激励的溶液电导率测量方法，包括:电极等效电路、分压电阻R1、激励源；所述的电极等效电路为电阻Rx与电容Cp并联；所述的激励源为幅值大小等于E的方波；将幅值一定、频率为f正负脉冲的激励源作用于电极等效电路中，产生的交流信号经过缓冲、整流、再缓冲、滤波后得出直流电压响应信号，具体步骤如下:
[0023]a、先求分压电阻R1和电极等效电路组成的阻容网络的充放电时间常数τ ；
[0024]时间常数τ =R*Cp，R为从动态元件Cp两侧看进去的戴维南等效电路中的等效电阻，所述的等效电阻为R1ZVRx，所以有
[0025]τ = (?//?).Cp
[0026]b、求出阻容网络的充放电稳态值V3和V4，通过V3、V4和充放电时间常数τ求出阻容网络的充放电初始值V1和V2;
[0027]电极等效电路输出交流电压Vo进入稳态后的充放电，由于激励源是周期性方波，幅值为Ε，所以No也为周期波，设每半个周期T充放电初始值分别为V1和V2,稳态值分别为V4和V3,电容Cp在稳态时相当于开路，则R1和Rx对激励源分压，故推得:
[0028]正半周时，电容充电稳态值:
【权利要求】
1.一种方波激励的溶液电导率测量方法，其特征在于包括:电极等效电路、分压电阻R1、激励源；所述的电极等效电路为电阻Rx与电容Cp并联； 所述的激励源为幅值大小等于E的方波；将幅值一定、频率为f正负脉冲的激励源作用于电极等效电路中，产生的交流电压Vo经过缓冲、整流、再缓冲、滤波后得出直流电压响应信号，具体步骤如下: a、先求分压电阻R1和电极等效电路组成的阻容网络的充放电时间常数τ；
T=(R1AZRx).Cp b、求出阻容网络的充放电稳态值V3和V4，通过V3、V4和充放电时间常数τ求出阻容网络的充放电初始值V1和V2;
【文档编号】G01R27/22GK103630753SQ201310653934
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】连茹松 申请人:大连世佳精工机械有限公司