CN104067113A - 低电导率的接触式电导率测试系统 - Google Patents

低电导率的接触式电导率测试系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104067113A
CN104067113A CN201380005980.8A CN201380005980A CN104067113A CN 104067113 A CN104067113 A CN 104067113A CN 201380005980 A CN201380005980 A CN 201380005980A CN 104067113 A CN104067113 A CN 104067113A
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductivity
voltage
exciting current
driving frequency
type contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380005980.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104067113B (zh
Inventor
日扎德·瑞兹瓦尼
杰弗里·卢密保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosemount Inc
Original Assignee
Rosemount Analytical Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosemount Analytical Inc filed Critical Rosemount Analytical Inc
Publication of CN104067113A publication Critical patent/CN104067113A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104067113B publication Critical patent/CN104067113B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

提供了一种使用接触式电导率传感器测量液体样品的低电导率的方法(100)。所述方法(100)包括以第一驱动频率向接触式电导率传感器施加第一激励电流(102)。确定对所述第一激励电流的第一电压响应(104)。以高于所述第一驱动频率的第二驱动频率向所述接触式电导率传感器施加第二激励电流(106)。确定对所述第二激励电流的第二电压响应(108)。至少部分地基于所述第一和第二电压响应，提供电导率输出(110)。还提供了一种用于测量电导率为100μS/cm或小于100μS/cm的液体的电导率的系统(10)。

Description

低电导率的接触式电导率测试系统
背景技术
液体电导率测量系统用于测量其中需要液体的离子含量指示的环境、医疗、工业和其他应用中的水以及水溶液或非水溶液的电导率。
在各种场景下测量液体电导率以提供可能与体积离子浓度(bulkionic concentration)相关的相对便宜的参数。在存在单个类型的离子的情况下，电导率实际上可能与特定离子浓度相关。即使在存在多个不同离子化合物的情况下，液体体积电导率的测量仍然可以提供非常有用的信息。因此，已经通过多种不同目的的工业广泛采用和利用电导率测量。假定这种系统的多种不同应用，可以预期的是将一部分用于提供对低电导率液体的电导率测量，而将其它部分用于提供对高电导率液体的电导率测量。
通常情况下，基于接触的电导率测量系统包括电导率传感器或单元和相关的电导率分析仪或电导率计(conductivity meter)。图1图示了这种系统。电导率计通过电导率单元的电极产生AC电流。接着，电导率计感测电导率单元的电极之间得到的电压。该电压通常根据电导率单元所暴露到的液体的电导率。
电极之间的电压不仅取决于溶液的电导率，而且取决于传感器电极的长度、表面积和几何形状。由于传感器的尺寸和几何形状，探头常数(probe constant)(也称作传感器常数或单元常数)是传感器对导电溶液的响应的测量值。探针常数的单位是cm-1(长度除以面积)，并且给定电导率范围所需的探针常数基于具体的电导率分析仪的测量电路。通常探针常数可以从0.01cm-1变化到50cm-1，并且通常电导率越高，所需的探针常数越大。
发明内容
提供了一种使用接触式电导率传感器测量液体样品的低电导率的方法。所述方法包括：以第一驱动频率向接触式电导率传感器施加第一激励电流。确定对所述第一激励电流的第一电压响应。以高于第一驱动频率的第二驱动频率向所述接触式电导率传感器施加第二激励电流。确定对所述第二激励电流的第二电压响应。至少部分地基于所述第一和第二电压响应，提供电导率输出。还提供了一种用于测量电导率为100μS/cm或小于100μS/cm的液体的电导率的系统。
附图说明
图1是接触式电导率测量系统的图解视图。
图2是四个电极的接触式电导率测量系统的图解视图，其中本发明的实施例特别有用。
图3A是示出了当以频率F1驱动接触式电导率传感器时，所述接触式电导率传感器的电压响应的信号图。
图3B是示出了当以频率F2驱动接触式电导率传感器时，所述接触式电导率传感器的电压响应的信号图。
图4是根据本发明实施例的确定低电导率值的方法的流程图。
具体实施方式
通常将四电极电导率传感器用于高电导率测量，但是所述四电极电导率传感器在低电导率处明显变为非线性。将所述电极中的两个电极用于驱动电流经过液体。将另外两个电极用于感测在所述液体两端产生的电压。通常，四电极电导率传感器通过多导体电缆与电导率分析仪或其它适合仪器相连。当测量低电导率(100μS/cm或更低)时，溶液的源阻抗以及电缆的电容使电压波形失真，并且在测量过程中引起显著误差。所述电压波形失真与由源阻抗R和电缆电容C形成的时间常数有关。在一些情况下，使用降低测量频率，使得由RC形成的时间常数远小于信号周期(T)。尽管降低驱动频率可以降低这种误差，然而这种方法可能不适于所有应用。例如，降低驱动频率可能在具有大量50/60Hz AC设备的环境中引入其它噪声源或其他低频干扰它源。
本发明的实施例总体上提供了一种提供更准确的低电导率传感器测量的方法，而无需使用低驱动频率。本文所用的“低电导率”值是等于或小于100μS/cm的任意值。如这里所述，对于这种低测量系统而言，源阻抗和电缆电容是误差的主要因素。在这种情况下，可以采用本发明实施例以便提供一种更准确的电导率测量系统，而无需使用低频率的驱动电流。
图2是四电极接触式电导率测量系统10的图解视图，其中本发明的实施例特别有用。系统10包括电导率分析仪12，通过电缆16与接触式四电极电导率传感器14相连。传感器14包括接触液体的一对电极18、20。将电极18、20与导线(1ead)22、24相耦接，所述导线22、24分别与分析仪12的电压测试端子26、28相连。还将电极18、20与导线30、32相连，所述导线30、32通过电缆16与分析仪12的电流驱动端子34、36相耦接。图2中将多种导线和电缆16电学建模为电阻和电容。例如，当改变了电缆16中的导体38和40之间的绝缘性时，将改变等效电容器42的电容。
操作中，分析仪12驱动电流经过电导体38、40，因此经过电极18、20。流经液体样品的电流在电极18、20两端产生电压，其中通过分析仪12在端子26、28处测量所述电压。测量到的电压与该液体样品的电导率有关，分析仪12将测量到的电压传送给用户或控制系统。可以经由本地显示和/或通过处理通信回路或部分来进行这种通信。此外，这种通信可以以无线方式发生的，例如，通过使用根据无线处理通信协议(例如，如IEC62591所述的无线标准)的无线处理通信。分析仪12的适合示例包括从加利福尼亚州(Califomia)欧文(Irvine)的罗斯蒙德分析公司(Rosemount Analytical)、艾默生过程管理(Emerson Process Management)公司销售的贸易设计模型1066双线式分析液体分析仪。然而，根据本发明的实施例可以使用其它适合的分析仪。
图3A是示出了当以频率F1驱动接触式电导率传感器时，所述接触式电导率传感器的电压响应的信号图。当以频率F1驱动时，曲线50示出了驱动电流，附图标记52示出了电压响应曲线。如图所示，由于源阻抗R和电缆电容C产生的时间常数，因此曲线52在驱动极性切换之前并没有到达其最终值。优选地，如图3A和3B所示的激励电流是方波，同样优选地，经由接触式电导率传感器的电极将所述电流沿相反方向通过该液体样品。
图3B是示出了当以频率F2驱动接触式电导率传感器时，所述接触式电导率传感器的电压响应的信号图，其中频率F2高于F1。当以频率F2驱动时，曲线54示出了驱动电流，附图标记56示出了电压响应曲线。如图所示，在驱动极性切换之前，曲线56比曲线52到达更低的最终值。然而，对所述两个电压响应进行杠杆作用允许对电导率进行准确计算。在一个实施例中，将校正电压(corrected voltage)(即，如果有足够的时间则曲线将达到的电压)计算为将附图标记58表示的在曲线52上测量到的或获得的最大峰峰值电压与校正值(correction value)相加。校正值等于峰峰值电压58和峰峰值电压60之间的差值乘以常数(K)。这仅是可以用于提供校正电压的一个函数。根据本发明的实施例，还可以使用其它函数。例如，可以在三个不同驱动频率处获得三个电压测量值，可以根据指数曲线拟合确定校正电压，以便计算最终校正电压值。
图4是根据本发明实施例的确定低电导率值(100μS/cm或更低)的方法的流程图。方法100在块102处开始，其中向接触式电导率传感器施加第一激励电流。第一电流在液体样品中感应出电压，所述电压与该液体样品的电导率有关。在块104，确定该传感器的测量电极对两端的电压响应。所述确定可以仅是对在施加第一激励电流期间观察到的最大峰峰值电压的测量。下一步，在块106，向该液体样品施加第二激励电流。以高于第一激励电流的频率施加所述第二激励电流。在块108，确定电导率传感器对第二激励电流的电压响应。下一步，在块110，根据第一和第二电压响应提供电导率输出。例如，电导率输出可以是基于校正电压(VCORRECTED)，所述校正电压(VCORRECTED)等于在施加第一激励电流(VF1)期间确定的电压响应加上常数(K)和第一电压响应(VF1)与第二电压响应(VF2)的差值的乘积。因此，(VCORRECTED)＝(VF1)*K((VF1)-(VF2))。对于更高的准确性，可以以更高频率使用附加的第三激励电流，以便确定第三电压响应。接着，将三个电压响应拟合为指数曲线，以便计算最终电导率值。
尽管参考优选实施例描述了本发明，然而本领域技术人员应认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下，进行形式和细节上的多种修改。

Claims (15)

1.一种使用接触式电导率传感器测量液体样品的低电导率的方法，所述方法包括：
以第一驱动频率向接触式电导率传感器施加第一激励电流；
确定对所述第一激励电流的第一电压响应；
以不同于所述第一驱动频率的第二驱动频率向所述接触式电导率传感器施加第二激励电流；
确定对所述第二激励电流的第二电压响应；以及
至少部分地基于所述第一和第二电压响应，提供电导率输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二驱动频率高于所述第一驱动频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电导率为100μS/cm或小于100μS/cm。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述提供电导率输出包括：计算校正值，所述校正值等于所述第一和第二电压响应之间的差值与常数相乘。
5.根据权利要求4所述的方法，其中通过将第一电压响应与校正值相加来计算所述电导率输出。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一电压响应是在施加所述第一激励电流期间在电导率传感器两端测量到的最大峰峰值电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二电压响应是在施加所述第二激励电流期间在电导率传感器两端测量到的最大峰峰值电压。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一和第二激励电流中的至少一个是方波。
9.根据权利要求2所述的方法，还包括：
以高于所述第二驱动频率的第三驱动频率向所述接触式电导率传感器施加第三激励电流；
确定对所述第三激励电流的第三电压响应；以及
至少部分地基于所述第一、第二和第三电压响应，提供电导率输出。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述提供电导率输出包括将所述第一、第二和第三电压响应拟合为指数曲线。
11.根据权利要求2所述的方法，其中通过分析仪执行所述方法。
12.一种用于测量100μS/cm或小于100μS/cm的液体的电导率的系统，所述系统包括：
接触式电导率传感器，具有多个配置为接触液体的电极；
分析仪，与所述接触式电导率传感器相耦接，所述分析仪配置为：
以第一驱动频率向接触式电导率传感器施加第一激励电流；确定对所述接触式电导率传感器对所述第一激励电流的第一电压响应；
以不同于所述第一驱动频率的第二驱动频率向所述接触式电导率传感器施加第二激励电流；
确定对所述第二激励电流的第二电压响应；以及
至少部分地基于所述第一和第二电压响应，提供电导率输出。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第二驱动频率高于所述第一驱动频率。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述分析仪还配置为：
以高于所述第二驱动频率的第三驱动频率向所述接触式电导率传感器施加第三激励电流；
确定对所述第三激励电流的第三电压响应；以及
至少部分地基于所述第一、第二和第三电压响应，提供电导率输出。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述提供电导率输出包括将所述第一、第二和第三电压响应拟合为指数曲线。
CN201380005980.8A 2012-01-20 2013-01-18 低电导率的接触式电导率测试系统 Active CN104067113B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261588934P 2012-01-20 2012-01-20
US61/588,934 2012-01-20
US13/743,811 US9488611B2 (en) 2012-01-20 2013-01-17 Low-conductivity contacting-type conductivity measurement
US13/743,811 2013-01-17
PCT/US2013/022042 WO2013109816A1 (en) 2012-01-20 2013-01-18 Low-conductivity contacting-type conductivity measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104067113A true CN104067113A (zh) 2014-09-24
CN104067113B CN104067113B (zh) 2017-03-29

Family

ID=48796720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380005980.8A Active CN104067113B (zh) 2012-01-20 2013-01-18 低电导率的接触式电导率测试系统

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9488611B2 (zh)
EP (1) EP2805154B1 (zh)
CN (1) CN104067113B (zh)
AU (1) AU2013209704B2 (zh)
CA (1) CA2862183C (zh)
ES (1) ES2736050T3 (zh)
WO (1) WO2013109816A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107430083A (zh) * 2015-02-02 2017-12-01 杰必机电配件西班牙公司 用于测量柴油过滤器中水的存在的方法和用于执行所述方法的水传感器
CN108169286A (zh) * 2018-01-08 2018-06-15 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种用于三氯乙烯溶剂电导率测试探头的制备方法及产品

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10598623B2 (en) 2017-05-24 2020-03-24 Rosemount Aerospace Inc. Four-wire conductivity cell circuit
US10571419B2 (en) 2017-05-24 2020-02-25 Rosemount Aerospace Inc. Contacting type flow through conductivity cell

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808930A (en) * 1986-09-03 1989-02-28 Beckman Industrial Corporation Technique of compensating for capacitive effects in conductivity measurements
DE4233110A1 (de) * 1992-10-02 1994-04-07 Knick Elektronische Mesgeraete Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten und Vorrichtung zu dessen Durchführung
US5504430A (en) * 1994-06-29 1996-04-02 Andersson; Lars Method and apparatus of conductivity measurement
US5708363A (en) * 1995-10-16 1998-01-13 Signet Scientific Company Liquid conductivity measurement system using a variable-frequency AC voltage
EP0911639A1 (en) * 1997-10-21 1999-04-28 Whirlpool Corporation Method and device for compensating the signal drift in a conductivity cell used in a domestic appliance
DE19815922A1 (de) * 1998-04-09 1999-10-14 Knick Elektronische Mesgeraete Verfahren zur Messung des Leitwertes einer Flüssigkeit und Vorrichtung zu dessen Durchführung
US20070024287A1 (en) * 2005-08-01 2007-02-01 Mesa Laboratories, Inc. Apparatus and method for measuring liquid conductivity and electrode series capacitance
WO2008030585A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Rosemount Analytical, Inc. Measuring conductivity of a liquid

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19844489A1 (de) 1998-09-29 2000-03-30 Conducta Endress & Hauser Verfahren zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten
US6278281B1 (en) 1998-12-23 2001-08-21 Eaton Corporation Fluid condition monitor
NO326208B1 (no) 1999-07-12 2008-10-20 Epsis As Fremgangsmate og anordning til maling av interfaseniva, samt anvendelse derav
US6377052B1 (en) 1999-11-03 2002-04-23 Eaton Corporation Monitoring fluid condition through an aperture
DE112004001098T5 (de) 2003-06-16 2006-06-22 Siemens Vdo Automotive Corporation, Auburn Hills Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration einer Komponente in einem Fluid
WO2007070777A2 (en) * 2005-12-13 2007-06-21 Halliburton Energy Services, Inc. Multiple frequency based leakage current correction for imaging in oil-based muds
WO2008021546A2 (en) 2006-08-18 2008-02-21 Rosemount Analytical, Inc. Impedance measurement of a ph electrode

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808930A (en) * 1986-09-03 1989-02-28 Beckman Industrial Corporation Technique of compensating for capacitive effects in conductivity measurements
DE4233110A1 (de) * 1992-10-02 1994-04-07 Knick Elektronische Mesgeraete Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten und Vorrichtung zu dessen Durchführung
US5504430A (en) * 1994-06-29 1996-04-02 Andersson; Lars Method and apparatus of conductivity measurement
US5708363A (en) * 1995-10-16 1998-01-13 Signet Scientific Company Liquid conductivity measurement system using a variable-frequency AC voltage
EP0911639A1 (en) * 1997-10-21 1999-04-28 Whirlpool Corporation Method and device for compensating the signal drift in a conductivity cell used in a domestic appliance
DE19815922A1 (de) * 1998-04-09 1999-10-14 Knick Elektronische Mesgeraete Verfahren zur Messung des Leitwertes einer Flüssigkeit und Vorrichtung zu dessen Durchführung
US20070024287A1 (en) * 2005-08-01 2007-02-01 Mesa Laboratories, Inc. Apparatus and method for measuring liquid conductivity and electrode series capacitance
WO2008030585A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Rosemount Analytical, Inc. Measuring conductivity of a liquid

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107430083A (zh) * 2015-02-02 2017-12-01 杰必机电配件西班牙公司 用于测量柴油过滤器中水的存在的方法和用于执行所述方法的水传感器
CN108169286A (zh) * 2018-01-08 2018-06-15 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种用于三氯乙烯溶剂电导率测试探头的制备方法及产品
CN108169286B (zh) * 2018-01-08 2020-09-15 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种用于三氯乙烯溶剂电导率测试探头的制备方法及产品

Also Published As

Publication number Publication date
CA2862183A1 (en) 2013-07-25
EP2805154B1 (en) 2019-05-15
US20130187673A1 (en) 2013-07-25
US9488611B2 (en) 2016-11-08
CA2862183C (en) 2018-02-13
CN104067113B (zh) 2017-03-29
AU2013209704B2 (en) 2015-08-20
AU2013209704A1 (en) 2014-07-24
WO2013109816A1 (en) 2013-07-25
ES2736050T3 (es) 2019-12-23
EP2805154A1 (en) 2014-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101629925B (zh) 用于测量纯或超纯液体的电导率的方法和设备
CN101135662B (zh) 电位分析电极测量的方法及装置
US7772854B2 (en) High-conductivity contacting-type conductivity measurement
WO2008030496B1 (en) Non-destructive systems, devices, and methods for evaluating iontophoresis drug delivery devices
RU2017109736A (ru) Способы и системы обнаружения аналитов
CN104067113A (zh) 低电导率的接触式电导率测试系统
Bohleber et al. Permittivity of ice at radio frequencies: Part I. Coaxial transmission line cell
CN103941099A (zh) 基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法
Su et al. A theoretical study on resistance of electrolytic solution: Measurement of electrolytic conductivity
CN103424629B (zh) 一种测试氧化石墨烯溶液阻抗的简易方法
CN105548721A (zh) 一种四电极电导率仪的测量电路
CN100460883C (zh) 避雷器阻性电流测试的检测方法
US9970969B1 (en) Systems, methods, and software for determining spatially variable distributions of the dielectric properties of a heterogeneous material
CN102768334A (zh) 电路分析仪的分析方法
Ni et al. Design and calibration of soil water content sensor based on dual frequency excitation
US8603307B2 (en) Self-diagnostic sensor system
RU2658498C2 (ru) Устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред
Yu et al. Multi-channel impedance measurement system for polymer humidity sensors
CN204301886U (zh) 测温电路
CN204028228U (zh) 涡流电导率测量传感器
CN108614147A (zh) 电压波动检测方法及其关口表
CN103604995B (zh) 一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法
CN103048364A (zh) 一种基于rc网络频率特性的土壤含水量测量装置和方法
Futagawa et al. Fabrication of a low leakage current type impedance sensor to monitor soil water content for slope failure prognostics
RU2316113C2 (ru) Способ измерения параметров подстилающей среды и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190103

Address after: Minnesota, USA

Patentee after: Rosemount Inc.

Address before: California, USA

Patentee before: Rosemount is analyzed company

TR01 Transfer of patent right