一种多电极液体电导率传感器数据采集装置及电导率测量方法

本发明属于传感器，具体地，涉及一种多电极液体电导率传感器数据采集装置及电导率测量方法。

背景技术：

1、液体电导率是电解质溶液一个重要的物理化学特性，它表征溶液传送电流的能力。液体电导率测量在环境监测、化学工程、微电子行业、生物制药、食品加工、电分析化学、临床医学、海洋、水文、轻工、冶金等领域具有十分重要的地位。电极式电导率传感器测量法是目前最常用的电导率测量方法。应用较多的电极式电导率传感器主要有两电极、三电极、四电极和七电极电导率传感器。为了解决某个技术问题和获得某种技术性能，在这些常用的电极式电导率传感器的基础上又发展了六电极、七电极、八电极和九电极电导率传感器等。每种电导率传感器的配套测量电路都各不相同。市场现有的液体电导率传感器测量仪器仅针对单一类型电导率传感器配套相应的信号处理电路，而且不同电极数的液体电导率传感器需要匹配不同类型的测量仪器。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种多电极液体电导率传感器数据采集装置及电导率测量方法，根据实际使用的不同电极数量的液体电导率传感器自行搭建信号处理电路，满足教学实验和科研实践的多样性使用需求。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种多电极液体电导率传感器数据采集装置：

4、所述采集装置包括信号发生器模块a、压控电流源模块b、多电极电导率传感器、多通道数据采集模块c和控制解算模块d；

5、所述信号发生器模块a具有数字接口，根据控制解算模块d的控制命令生成波形和频率可调的交流电压信号；

6、所述压控电流源模块b接收信号发生器模块a输出的交流电压信号变换为交流电流信号，所述交流电流信号作为多电极电导率传感器的激励输入信号；

7、所述多电极电导率传感器放在被测液体中时，由于被测液体里的离子导电特性，各电极对之间的被测液体形成导电体；

8、所述多通道数据采集模块c包括多通道差分信号测量电路，用于测量电导率传感器的电极对之间电压信号，多通道数据采集模块c将各通道的差分电压信号转换为数字信号输出；

9、所述控制解算模块d向信号发生器模块a发送波形控制参数，控制解算模块d具有数字接口，接收多通道数据采集模块c的数字信号并计算电导率。

10、一种多电极液体电导率传感器数据采集装置的电导率测量方法：

11、所述方法具体包括以下步骤：

12、步骤1，信号发生器模块a生成波形和频率可调的交流电压信号；

13、步骤2，压控电流源模块b接收步骤1输出的交流电压信号并变换为交流电流信号，将其作为多电极电导率传感器的激励输入信号；

14、步骤3，多通道数据采集模块c采集多电极电导率传感器的激励输入信号，将各通道的差分电压信号转换为数字信号输出；

15、步骤4，控制解算模块d接收步骤3的数字信号，通过步骤2输出的电流值除以各电极对之间的电压值得到多个电极对之间的电导值，用最小二乘法拟合出被测液体的电导率。

16、进一步的，多电极电导率传感器放在被测液体中时，由于被测液体里的离子导电特性，各电极对之间的被测液体形成导电体；这些导电体的电导可以定义为g＝1/r＝(1/ρ)×a/l＝k×(1/j)

17、其中，ρ是电阻率，k＝(1/ρ)是电导率，j＝l/a是电极常数；电导率的基本单位是西门子/米(s/m)；

18、进一步的，在步骤4中，

19、所述压控电流源模块输出的激励电流的有效值为i；

20、在激励电流从多电极电导率传感器的一端电极输入，从传感器另一端电极流出；将各电极对之间的电势差输入到多通道数据采集模块c的差分电压信号测量通道，得到多个电压值ui，

21、所以，各电极对之间的被测液体形成导电体的电导值gi，

22、gi＝i/ui＝＝ki×(1/ji)

23、其中，ki＝是电极对之间待测液体电导率，ji＝l/ai是电极对之间电极常数，i与多电极电导率传感器的电极对数有关；

24、进而可以得到，

25、ki＝i×ji/ui

26、由于电导池结构设计和极化效应等原因，计算得到的电极对之间待测液体电导率ki与待测液体的真实电导率k存在误差；利用最小二乘法从多个ki值中得到待测液体电导率的最优估计值。

27、一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

28、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

29、本发明有益效果

30、市场现有的液体电导率传感器测量仪器仅针对单一类型电导率传感器配套相应的信号处理电路，而且不同电极数的液体电导率传感器需要匹配不同类型的测量仪器；而利用本发明可以根据实际使用的不同电极数量的液体电导率传感器自行搭建信号处理电路，满足教学实验和科研实践的多样性使用需求。

技术特征：

1.一种多电极液体电导率传感器数据采集装置，其特征在于：

2.一种多电极液体电导率传感器数据采集装置的电导率测量方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的电导率测量方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的电导率测量方法，其特征在于：在步骤4中，

5.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求2至4中任意一项所述方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求2至4中任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明提出了一种多电极液体电导率传感器数据采集装置及电导率测量方法，首先信号发生器模块生成波形和频率可调的交流电压信号；压控电流源模块接收输出的交流电压信号并变换为交流电流信号，将其作为多电极电导率传感器的激励输入信号；多通道数据采集模块采集多电极电导率传感器的激励输入信号，将各通道的差分电压信号转换为数字信号输出；控制解算模块接收数字信号，通过输出的电流值除以各电极对之间的电压值得到多个电极对之间的电导值，用最小二乘法拟合出被测液体的电导率。

技术研发人员：张庆,程啸川,阚兴禹,王可欣,邢会明,魏延辉,白涛,韩云涛,戴卓,王文禹,胡文彬,张洪泉,王辉
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16