專利名稱：工業電導率儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種純水電導率的測量儀器。
隨著微電子工業的發展和高技術產業的興起，對純水水質提出了越來越高的要求，在純水的制備和應用過程中，電導率的測量是必不可少的。由于溫度變化對電導率有很大影響，必須在恒溫條件下進行電導率測量，而這在工業現場是很難實現的，為此必須在電導率儀電路中進行溫度補償以將室溫下測得的電導率值轉換為基準溫度(25℃)的電導率值。由于電導率的溫度系數復雜的多，電導率的溫度系數不但與溫度有關，和溶液中離子種類、離子濃度也有關，即使是純水，水的純度和微量雜質對電導率的溫度系數也有很大影響。由于電導率的溫度系數本身就是一個多元函數，故目前電導率儀的溫度補償電路一般采用以下三種形式(1).以一般水溶液電導率溫度系數為2％作為基礎，不管被測對象如何，一概以每攝氏溫度2％進行補償，這一方法在以往水質純度不高的情況下沿可應用，但在今天，超純水(16～18MΩ.cm)應用日益普遍的情況下，由于超純水溫度系數高達4％～8％，采用2％補償，每度所帶來的誤差即達2％～6％，這是用戶無法接受的。
(2).在電導率儀上增加一個溫度系數補償器，其調節范圍從1％～4％或9％，按理說這是一個好辦法，可是由于電導率溫度系數是一個多元函數，變化規律非常復雜，使用者無法正確確定溫度系數值，在實用上很難掌握，主要依靠使用者經驗調節，由于無確切依據，故誤差仍然很大。
(3).在純水電導率儀中，取測量范圍(如10～18MΩ.cm)的中間值14MΩ.cm的水的電導率溫度系數為基準，其它水質按此進行補償，但此法對14MΩ.cm以下、以上的水質則誤差較大，此法引起的誤差在溫差較大時仍達每度0.5～2％左右。
本實用新型的目的在于提供一種可自動對不同水質、不同溫度進行溫度補償的工業電導率儀。
本實用新型的技術方案是它包括用于產生正弦波信號的正弦波振蕩器；用于對純水中雜質離子電導率溫度系數α進行溫度補償的α曲線溫度補償電路；用作探測水質電導率的電導池，該電導池與α曲線溫度補償電路相串聯；用于對純水中氫離子及氫氧根離子電導率溫度系數β進行溫度補償的β曲線溫度補償電路；用于將電導池輸出的信號與β曲線溫度補償電路輸出的信號進行迭加的加法器；用于將加法器輸出的信號轉換成數字信號并進行顯示的數字顯示器。純水電導率的溫度影響實質上是由于溫度變化對水的密度、離子積、離子活度和極微量雜質離子電導的綜合影響結果，不同純度的水在不同溫度下有不同溫度系數，它們組成一族電導率溫度曲線。根據對純水電導率溫度曲線的分析，我們發現可以把純水電導率溫度系數分解成雜質離子電導率溫度系數α和水中氫離子及氫氧根離子電導率溫度系數β兩部分，由下式表示
Kx＝［1＋α(t－25)］·(Kt－KH2O)＋［1＋β(t－25)］·KH2O式中Kx為對應于25℃時的電導率Kt為t℃下測得的電導率H2O為理論純水電導率(25℃)，約18.3MΩ.cm溫度系數α仍然是一個變量，但主要是溫度t的函數，而β則主要是水純度的函數。把一個二元函數關系分解為二個一元函數關系。對純水電導率曲線進行一系列數據處理，可以求得式中的α值和β值，根據上式，可以實際測得的Kt求出基準溫度25℃時的電導率值Kx。根據上面的數字關系，在電導率儀的溫度補償電路中設計了兩個電路一個溫度補償器主要用于補償不同溫度下α的變化，一個純水補償主要補償不同水質純水β值。這樣，上述技術方案便可根據實際測得的Kt進行自動溫度補償，獲得對應于25度時的Kx值。
本實用新型與現有技術相比具有下列優點利用α和β溫度自動補償電路對不同水質和不同溫度進行自動補償，解決了高純水的非線性溫度補償的難題，取得了較好的補償結果，在溫差±10℃的情況下，補償誤差不超過儀器基本誤差，而儀器制造成本沒有明顯增加。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的描述附
圖1為本實用新型的電路原理圖；附圖2為本實用新型的電路方框圖；實施例本實用新型包括用于產生正弦波信號的正弦波振蕩器［1］；用于對純水中雜質離子電導率溫度系數α進行溫度補償的α曲線溫度補償電路［2］；用作探測水質電導率的電導池［3］，該電導池［3］與α曲線溫度補償電路［2］相串聯；用于對純水中氫離子及氫氧根離子電導率溫度系數β進行溫度補償的β曲線溫度補償電路［8］；用于將電導池［3］輸出的信號與β曲線溫度補償電路［8］輸出的信號進行迭加的加法器［6］；用于將加法器［6］輸出的信號轉換成數字信號并進行顯示的數字顯示器［7］。電導池［3］的輸出端接有用于放大電導率測量信號的放大器［4］。放大器［4］的輸出端接有用于消除分布電容產生的干擾信號的相敏檢波器［5］，相敏檢波器［5］的輸出端接加法器［6］的一個加法輸入端。所述的β曲線溫度補償電路［8］包括一個同相放大器A7和β值補償電路，所述的β值補償電路由電阻R25、電阻R24、熱敏電阻RT2和穩壓二極管D3組成，該β值補償電路中，置于被測水中的熱敏電阻RT2和電阻R25并聯后再與電阻R9串聯，然后跨接于正電源＋V端和負電源－V端，熱敏電阻RT2與地之間跨接有穩壓二極管D3，電阻R24與電阻R25之間的接點接在同相放大器A7的同相端，同相放大器A7的輸出端經電阻R16接加法器［6］的加法輸入端。參見附圖1，正弦波振蕩器主要由型號為8038的函數發生器A1完成，它向運算放大器A2的反相端輸出正弦波電壓。所述的α曲線溫度補償電路［2］為一個負反饋放大器，該放大器的輸出端與反相輸入端之間跨接有α曲線溫度補償網絡，所述的α曲線溫度補償網絡由置于被測水中的熱敏電阻RT1和電阻R6并聯后再與電阻R9串聯。由于RT1阻值隨溫度變化的曲線與α值隨溫度變化的曲線相似，故利用了RT1的曲線加補償電路獲得α曲線，R6在RT1大時起主要作用，并聯的結果將RT1曲線向下拉至與α曲線相同；R9在RT1小時起主要作用，串聯的結果將RT1曲線向上抬至與α曲線相同，這樣的補償結果可獲得α曲線。CJ為電導池［3］，用于測量純水在t℃溫度下的電導率，電導池［3］與α曲線溫度補償電路［2］相串聯，可得到技術方案算式中的［1＋α(t－25)］·(Kt－KH2O)。A3為交流放大器［4］，用于放大電導率測量信號。正弦波信號進入比較器A4后可其輸出端可獲得方波信號，即附圖2中的方波發生器［9］。該方波信號經二極管D1、場效應三極管G后得到與正弦波電壓相位相同的方波電壓，使由A5為主組成的相敏檢波器［5］在一個半波時為同相放大器，另一個半波時為反相放大器，流經電導傳感器CJ的電阻電流(對應于電導率)被檢波成為直流信號，而流經CJ的電容電流(對應于分布電容)由于它比電阻電流相位超前90°，所以經相敏檢波器后仍為交流信號，其直流成分為零，因此相敏檢波能有效消除分布電容對電導率測量的影響。由運放A7、電阻R25、熱敏電阻RT2、電阻R24、二極管D3為主組成β曲線溫度補償電路［8］，運放A7的同相端電壓因RT2、R25、R24電阻網絡的分壓比隨RT2在不同溫度下有不同的分壓比，當R24、R25取值經計算確定后，本電路能產生所需的補償電壓，以補償純水電導率的溫度影響，可得到技術方案算式中的［1＋β(t－25)］·KH2O，該數值經電阻R16進入由運放A6為主組成的加法器［6］。該加法器將相敏檢波器A5輸出信號與純水電導率補償信號相加得技術方案中的Kx，供數字顯示器［7］直接顯示標準溫度25℃下的電導率值。
權利要求1.一種工業電導率儀，其特征在于它包括用于產生正弦波信號的正弦波振蕩器[1]；用于對純水中雜質離子電導率溫度系數α進行溫度補償的α曲線溫度補償電路[2]；用作探測水質電導率的電導池[3]，該電導池[3]與α曲線溫度補償電路[2]相串聯；用于對純水中氫離子及氫氧根離子電導率溫度系數β進行溫度補償的β曲線溫度補償電路[8]；用于將電導池[3]輸出的信號與β曲線溫度補償電路[8]輸出的信號進行迭加的加法器[6]；用于將加法器[6]輸出的信號轉換成數字信號并進行顯示的數字顯示器[7]。
2.根據權利要求1所述的工業電導率儀，其特征在于電導池［3］的輸出端接有用于放大電導率測量信號的放大器［4］。
3.根據權利要求1或2所述的工業電導率儀，其特征在于放大器［4］的輸出端接有用于消除分布電容產生的干擾信號的相敏檢波器［5］，相敏檢波器［5］的輸出端接加法器［6］的一個加法輸入端。
4.根據權利要求1所述的工業電導率儀，其特征在于所述的α曲線溫度補償電路［2］為一個負反饋放大器，該放大器的輸出端與反相輸入端之間跨接有α曲線溫度補償網絡，所述的α曲線溫度補償網絡由置于被測水中的熱敏電阻RT1和電阻R6并聯后再與電阻R9串聯。
5.根據權利要求1所述的工業電導率儀，其特征在于所述的β曲線溫度補償電路［8］包括一個同相放大器A7和β值補償電路，所述的β值補償電路由電阻R25、電阻R24、熱敏電阻RT2和穩壓二極管D3組成，該β值補償電路中，置于被測水中的熱敏電阻RT2和電阻R25并聯后再與電阻R9串聯，然后跨接于正電源＋V端和負電源－V端，熱敏電阻RT2與地之間跨接有穩壓二極管D3，電阻R24與電阻R25之間的接點接在同相放大器A7的同相端，同相放大器A7的輸出端經電阻R16接加法器［6］的加法輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種工業電導率儀，其特征在于它包括正弦波振蕩器(1)、α曲線溫度補償電路(2)、探測水質電導率且與α曲線溫度補償電路(2)相串聯的電導池(3)、β曲線溫度補償電路(8)、將電導池(3)輸出的信號與β曲線溫度補償電路(8)輸出的信號進行迭加的加法器(6)、進行顯示的數字顯示器(7)。它解決了高純水的非線性溫度補償的難題，可用作電廠、微電子工業的純水檢測設備。
文檔編號G01R27/22GK2195762SQ9424228
公開日1995年4月26日 申請日期1994年7月16日 優先權日1994年7月16日
發明者許一鳴 申請人:許一鳴