一種方波激勵的溶液電導率測量方法
【專利摘要】一種方波激勵的溶液電導率測量方法，包括：電極等效電路、分壓電阻R1、激勵源；所述的電極等效電路為電阻RX與電容CP并聯；所述的激勵源為幅值大小等于E的方波；將幅值一定、頻率為f正負脈沖的激勵源作用于電極等效電路中，產生的交流電壓Vo經過緩沖、整流、再緩沖、濾波后得出直流電壓響應信號。該方法采用的電極結構簡單，測量范圍廣尤其適于測量高純水。
【專利說明】一種方波激勵的溶液電導率測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電導率測量方法，尤其涉及一種方波激勵的溶液電導率測量方法。
【背景技術】
[0002]電導率的測量在電廠、化工、冶金、醫藥和污水處理等部門的水質監測以及通過電導率測量設備當中的溶液濃度應用十分廣泛。國民經濟和科學技術的不斷發展，對溶液電導率的測量精度要求越來越高。
[0003]對電導率的測量通常采用電極電導率測量法、電磁電導率測量法和超聲波電導率測量法。尤其前兩種應用更為普遍，電磁電導率測量實質上是通過電磁感應方法測量溶液回路導電能力，通過一個線圈在液體回路中感應出電壓，通過另一個線圈接收由于感應電壓而在液體回路中產生的電流。主要保持每一個線圈的圈數恒定，以及發射機驅動電壓恒定，則液體回路總的電流與電導率成正比。這種測量法由于不使用電極，不存在電極極化問題，也不存在電極表面涂鍍耐腐蝕材料和堵塞問題，可在強酸強堿，高溫高壓等惡劣的條件下使用。但該方法的測量機理決定了它只能測量高電導率的溶液，不適合高純水測量，適用范圍窄，同時利用該方法研制的電導率儀造價高。
[0004]電極電導率測量法根據電解導電原理采用電阻測量法間接測量電導率，測量過程表現為一個復雜的電化學系統，存在許多影響準確測量的因素，在高純水測量中尤其明顯，歸納起來有以下三個方面:
[0005](I)極化效應；電解過程中，由于電極表面形成雙電層，在電極和溶液中間產生與外加電勢相反的極化電極，導致溶液電阻有增大趨勢，造成誤差。
[0006](2)電容效應；這是采用交流電源激勵的結果，電極和溶液接觸處的兩層電荷之間形成雙電層電容。因電荷的相互遷移及電荷對于電極的遷移所形成的電解質電容，電極引線分布電容可以并入電解質電容一起考慮。電容的存在不僅改變了兩個極片間的電阻值，還會造成相移，引起誤差。
[0007](3)溫度對測量影響很大；溫度直接影響溶液中電解質的電離度、溶解度、離子遷移速度、溶液的粘度和溶液的膨脹等，從而影響了溶液電導率的準確測量。
【發明內容】
[0008]為了解決上述的一系列問題，本發明提供了一種方波激勵的溶液電導率測量方法，采用的電極結構簡單，測量范圍廣尤其適于測量高純水。
[0009]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0010]一種方波激勵的溶液電導率測量方法，包括:電極等效電路、分壓電阻R1、激勵源；所述的電極等效電路為電阻Rx與電容Cp并聯；
[0011]所述的激勵源為幅值大小等于E的方波；將幅值一定、頻率為f正負脈沖的激勵源作用于電極等效電路中，產生的交流電壓Vo經過緩沖、整流、再緩沖、濾波后得出直流電壓響應信號，具體步驟如下:
[0012]a、先求分壓電阻R1和電極等效電路組成的阻容網絡的充放電時間常數τ ；
[0013]b、求出阻容網絡的充放電穩態值％和￥4，通過V3、V4和充放電時間常數τ求出阻容網絡的充放電初始值V1和V2;
[0014]C、求出過壓零點tJPtB，當輸入頻率為f時，求出輸出直流電壓V ;當輸入頻率為f!和f2時求出輸出直流電壓V1和V2 ;
[0015]d、最后求出Rx,進而算出電導率；
[0016]同時引入在線溫度測量，在單片機內根據溫度擬和公式對溫度進行補償。
[0017]本發明的有益效果在于:由于使用交流方波，且幅值很小，將極化效應影響降至最低；又由于頻率連續可調，電容Cp的容抗可降至最小，若保證兩個頻率之差，使對應的直流量有一定區分度，可以順利消除電容Cp的影響，求出溶液電阻，得到電導率；本發明同時引入在線溫度測量，在單片機內根據溫度擬和公式對溫度進行補償，消除了溫度對測電導率的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]本發明共有附圖2幅。
[0019]圖1為一種方波激勵的溶液電導率測量原理圖；
[0020]圖2為電機充放電曲線。
【具體實施方式】
[0021]下面結合本實施例對本發明進一步說明:
[0022]一種方波激勵的溶液電導率測量方法，包括:電極等效電路、分壓電阻R1、激勵源；所述的電極等效電路為電阻Rx與電容Cp并聯；所述的激勵源為幅值大小等于E的方波；將幅值一定、頻率為f正負脈沖的激勵源作用于電極等效電路中，產生的交流信號經過緩沖、整流、再緩沖、濾波后得出直流電壓響應信號，具體步驟如下:
[0023]a、先求分壓電阻R1和電極等效電路組成的阻容網絡的充放電時間常數τ ；
[0024]時間常數τ =R*Cp，R為從動態元件Cp兩側看進去的戴維南等效電路中的等效電阻，所述的等效電阻為R1ZVRx，所以有
[0025]τ = (?//?).Cp
[0026]b、求出阻容網絡的充放電穩態值V3和V4，通過V3、V4和充放電時間常數τ求出阻容網絡的充放電初始值V1和V2;
[0027]電極等效電路輸出交流電壓Vo進入穩態后的充放電，由于激勵源是周期性方波，幅值為Ε，所以No也為周期波，設每半個周期T充放電初始值分別為V1和V2,穩態值分別為V4和V3,電容Cp在穩態時相當于開路，則R1和Rx對激勵源分壓，故推得:
[0028]正半周時，電容充電穩態值:
【權利要求】
1.一種方波激勵的溶液電導率測量方法，其特征在于包括:電極等效電路、分壓電阻R1、激勵源；所述的電極等效電路為電阻Rx與電容Cp并聯； 所述的激勵源為幅值大小等于E的方波；將幅值一定、頻率為f正負脈沖的激勵源作用于電極等效電路中，產生的交流電壓Vo經過緩沖、整流、再緩沖、濾波后得出直流電壓響應信號，具體步驟如下: a、先求分壓電阻R1和電極等效電路組成的阻容網絡的充放電時間常數τ；
T=(R1AZRx).Cp b、求出阻容網絡的充放電穩態值V3和V4，通過V3、V4和充放電時間常數τ求出阻容網絡的充放電初始值V1和V2;
【文檔編號】G01R27/22GK103630753SQ201310653934
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】連茹松 申請人:大連世佳精工機械有限公司