CN109142463A - 暂态直流电导测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可以将通过待测物体的恒压直流电流进行正反方向转换，以其中一个方向的电流作为测量待测物体电导的测量电流，以分时通入的相反方向的电流作为防止流过待测物体的电流使待测物体产生的极化现象和防止流过测量电极的电流对测量电极产生电解腐蚀效应的去极化电流，同时选取所述测量电流在流动时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到作为计算待测物体的电导的样本电流值的电导测量方法及装置：暂态直流电导测量方法及装置。所述暂态直流电导测量方法测量电导的装置包括五个部分：①恒压直流电源；②电流换向装置；③电流采样装置；④测量电极，包括④‑1第一测量电极和④‑2第二测量电极；⑤控制处理装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种电导测量方法及装置，尤其涉及一种暂态直流测量电导的测量方法及其装置。
背景技术
电导（率）是水体和多种溶液的重要指标之一，在供水、医疗卫生、日常生活、工农业生产中很多时候都需要对液体的电导进行测量，有时还需根据电导对其他参数指标进行判断，例如养殖业中需要通过电导确定水体的含盐量，以确保适合鱼类的生长。
目前电导的测量主要有三种：
第一种是直流恒流测量法，这种方法的原理是利用电导是电阻的倒数(G=1/R)的原理将电阻转化为电导的测量方法。由于这种测量方法比较简单，因此目前这种电导测量方法是用的最多的，但是这种测量方法存在几个问题：一是线性度差，二是间接测量，数据的科学性差：因为这种方法并不是直接对电导进行测量，而是先测得待测物体的电阻，然后再根据电导是电阻的倒数的原理换算出电导，因此，这种测量方法测得的数据都是一种间接数据；三是有极化问题，因为由于这种测量方法是在待测物中输入恒定直流电流，而直流电流的特性是单向流动，而单向流动的电流很容易导致待测物体产生极化现象，也就是随着测量时间的延长，待测物体的电阻渐渐变大或变小，显然电阻的这种变大或变小将直接影响待测物的电导，使得到电导数据误差越来越大；四是测量电极极易被电解腐蚀，导致测定的数值不准确：由于通入的是直流电，而直流电具有的电解效应决定通过直流电的电极极易在待测介质中（例如海水、过程液体等）被电解腐蚀；
第二种是直流恒压法：这种方法是利用两端电压一定的导体，流过的电流与电导成正比(I=U×G)的原理测定电导。由于这种方法涉及到将直流电流通过待测物体，因此直流恒流法测量中存在的电极容易被电解腐蚀和待测物体容易产生极化现象等问题同样不可避免；
第三种是正弦波交流恒压法：这个测量方法也是利用两端电压一定的导体，流过的电流与电导成正比的原理测定电导。由于这种方法需要在电路中用到整流、转换电路测定测量电路的电流，而通过整流、转换电路测定电流的方法得到的电流是一个电流等效值，而电流等效值受导线分布电容、电感等带来的杂散电流影响较大，因此，用这种方法得到的电导数据并不准确，同时由于正弦交流电流在实际使用时受环境因素的影响不可避免地具有直流分量（即不可能完全对称），因此，用正弦交流电测量的时候仍然会出现直流恒流法和直流恒压法中存在的被测物体极化和测量电极被电解腐蚀的问题。
基于现有电导测量方法中存在的上述种种问题，以及电导测量对生产生活以及科学研究的重要意义，开发一种可以克服现有电导测量方法不可避免的问题，使电导测量更加科学、准确的电导测量方法具有重大的科学和实践意义。
发明内容
本发明提供了一种可以将通过待测物体的恒压直流电流进行正反方向转换，以其中一个方向的电流作为测量待测物体电导的测量电流，以分时通入的相反方向的电流作为防止流过待测物体的电流使待测物体产生的极化现象和防止流过测量电极的电流对测量电极产生电解腐蚀效应的去极化电流，同时选取所述测量电流在流动时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到作为计算待测物体电导的样本电流值的电导测量方法及装置：暂态直流电导测量方法及装置。
所述暂态直流电导测量方法虽然也是根据两端电压一定的导体，流过的电流与电导成正比(I=U×G)的原理，并同样是用直流电作为测量电导的测量电流，但是通入待测物体的电流不是单方向流动的直流电流，而是正反向交替变化，正反向持续时间相等、正反向电流强度相等的对称矩形波电流，在所述对称矩形波电流沿每一个方向流动的暂态时间内，可以等效为相同的直流电流在暂态时间内流过待测物体。
所述暂态直流电导测量方法用于计算待测物体电导的电流值样本不是直流恒流法或直流恒压法中所用的连续采样取得的全样本，也不是交流正弦恒压法取得的样本的等效值，而是选取所述测量电流在维持时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到用于计算待测物体的电导的样本电流值
所述暂态直流电导测量方法及装置通过以正反向交替变化，正反向持续时间相等、正反向电流强度相等的对称矩形波电流作为流过待测物体的电流的方法，避免了电流使待测物体发生极化的问题。
所述暂态直流电导测量方法及装置通过以正反向交替变化，正反向持续时间相等、正反向电流强度相等的对称矩形波电流作为流过待测物体的电流的方法，避免了直流或正弦交流等形式的电流对测量电极造成电解腐蚀的问题。
所述暂态直流电导测量方法测量电导的装置包括五个部分：①恒压直流电源；②电流换向装置；③电流采样装置；④测量电极，包括④-1第一测量电极和④-2第二测量电极；⑤控制处理装置；
所述恒压直流电源①是一个电压恒定的直流电源，作为本装置的测量电源，与所述电流换向装置②电连接；
所述电流换向装置②是一个可以根据所述控制处理装置⑤的指令对所述恒压直流电源①输出的电流方向进行正反向转换的装置，与所述恒压直流电源①电连接，与所述电流采样装置③电连接，与所述控制与处理装置⑤数据连接和电连接；
所述电流采样装置③是一个根据所述控制处理装置⑤的指令对所述测量电流的电流值进行采样的装置，与所述电流换向装置②电连接，与所述第一测量电极④-1电连接，与所述控制与处理装置⑤数据连接和电连接。
所述电极④是一个测量时与待测物体发生电气接触的电气连接器，包含两个电极：第一测量电极④-1和第二测量电极④-2，用于将待测物体连入测量回路，使测量电流流过待测物体；
所述第一测量电极④-1与所述电流采样装置③电连接，所述第二测量电极④-2与所述电流换向装置②电连接；
通过所述电流换向装置②，通过待测物体的电流按④-1->④-2的方向流动，此时所述采样电流装置③对流过的电流进行采样，为电导的计算提供样本，故这个方向的电流定义为测量电流；
通过所述电流换向装置②，通过待测物体的电流按④-2->④-1的方向流动，此时这个方向的电流将起到防止待测物体产生极化现象和防止所述测量电极④发生电解腐蚀现象，故这个方向的电流定义为去极化电流；
所述第一测量电极④-1和所述第二测量电极④-2是随机选择所述电极中的一个进行定义的电极名称，在定义前并不专门特指所述电极中的某个电极，两个测量电极在电气特性上完全一致。
所述控制处理装置⑤是一个可以接收、存储、处理来自所述电流采样装置③的电流样本数据，并向所述电流换向装置②和所述电流采样装置④发出相关指令的数据处理和控制装置，与所述电流换向装置②和所述电流采样装置③数据连接和电连接。
工作的时候，所述控制处理装置⑤指令所述电流换向装置②送出所述测量电流通过测量电极④流过待测物体并保持一定的时间，同时指令所述电流采样装置③对通过待测物体的电流采样并发送给所述控制处理装置⑤，然后所述控制处理装置⑤选取所述测量电流在暂态时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到用于计算待测物体的电导的样本电流值；
采样结束后，所述控制处理装置⑤指令所述电流换向装置②送出所述去极化电流通过测量电极④流过待测物体并保持与所述测量电流相同的时间，达到消除测量电流给待测物体造成的极化现象和防止所述电极④受到电解腐蚀的作用，完成一个“通测量电流-采样-去极化”的工作周期，然后所述控制处理装置⑤又指令所述电流换向装置②送出测量电流并保持一定时间，这样就进入了下一个工作周期，如此循环往复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的暂态直流电导测量装置结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的货备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的任何有关数字如“①”、“②”、“③”…或“第一”、“第二”、“第三”…或其他任何类似数字在文中的出现，除非有明确的说明，都只是为了方便区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选第还包括没有列出的步骤或单元，或可选第还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
以下对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员的理解：
暂态：是指所述电流换向装置②在一个工作周期内送出的流过待测物体的电流沿某一方向流动的状态。
测量电流：是指用于测量待测物体的电导的电流，在本说明书内即指由所述电流换向装置②送出的，从所述第一测量电极④-1流入待测物体，再经过所述第二测量电极④-2流出待测物体的电流。
去极化电流：是指为防止电流流过待测物体时待测物体产生极化现象及防止所述测量电极④被电解腐蚀的电流，在本说明书内即指由所述电流换向装置②送出的，从所述第二测量电极④-2流入待测物体，再经过所述第一测量电极④-1流出待测物体的电流。
去极化；是指防止流过待测物体的电流使待测物体发生极化现象。
计算样本：是指从所述电流采样装置③在所述暂态直流电导装置的一个工作周期中，测量电流流动时采样的电流值样本中，被所述控制处理装置⑤筛选后用于计算待测物体电导的电流值样本。
以下进行详细说明。
参见图1，图1是本发明所述暂态直流电导测量装置整体结构图，从图1中可以看到，所述暂态直流电导测量方法测量电导的装置包括五个部分：①恒压直流电源；②电流换向装置；③电流采样装置；④测量电极，包括④-1第一测量电极和④-2第二测量电极；⑤控制处理装置。
所述恒压直流电源①是一个电压恒定的直流电源，作为本装置的测量电源，与所述电流换向装置②电连接；
所述电流换向装置②是一个可以根据所述将所述控制处理装置⑤的指令对所述恒压直流电源①输出的电流方向进行正反向转换的装置，与所述恒压直流电源①电连接，与所述电流采样装置③电连接，与所述控制与处理装置⑤数据连接和电连接；
所述电流采样装置③是一个根据所述将所述控制处理装置⑤的指令对流过测量回路的电流值进行采样的装置，与所述电流换向装置②电连接，与所述第一测量电极④-1电连接，与所述控制与处理装置⑤数据连接和电连接。
所述电极④是一个测量时与待测物体发生电气接触的电气连接器，包含两个电极：第一测量电极④-1和第二测量电极④-2，用于将待测物体连入测量回路，使测量电流流过待测物体。
所述第一测量电极④-1与所述电流采样装置③电连接，所述第二测量电极④-2与所述电流换向装置②电连接；
通过所述电流换向装置②，通过待测物体的电流按④-1->④-2的方向流动，此时所述采样电流装置③对流过的电流进行采样，为电导的计算提供全样本（基础样本），故这个方向的电流定义为测量电流；
通过所述电流换向装置②，通过待测物体的电流按④-2->④-1的方向流动，此时这个方向的电流将起到防止待测物体产生极化现象和防止所述测量电极④发生电解腐蚀现象，故这个方向的电流定义为去极化电流；
所述第一测量电极④-1和所述第二测量电极④-2是随机选择所述电极中的一个进行定义的电极名称，在定义前并不专门特指所述电极中的某个电极，两个测量电极在电气特性上完全一致。
所述控制处理装置⑤是一个可以接收、存储、处理来自所述电流采样装置③的电流样本数据，并向所述电流换向装置②和所述电流采样装置④发出相关指令的数据处理和控制装置，与所述电流换向装置②和所述电流采样装置③数据连接和电连接。
工作的时候，所述控制处理装置⑤指令所述电流换向装置②送出所述测量电流，通过测量电极④流过待测物体并保持一定的时间，同时指令所述电流采样装置③对通过待测物体的电流采样并发送给所述控制处理装置⑤，然后所述控制处理装置⑤选取所述测量电流在暂态时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到用于计算待测物体的电导的样本电流值；
采样结束后，所述控制处理装置⑤指令所述电流换向装置②送出所述去极化电流通过测量电极④流过待测物体并保持与所述测量电流相同的时间，达到消除测量电流给待测物体造成的极化现象和防止所述电极④受到电解腐蚀的作用，完成一个“通测量电流-采样-去极化”的工作周期，然后所述控制处理装置⑤又指令所述电流换向装置②送出测量电流并保持一定时间，这样就进入了下一个工作周期，如此循环往复。
Claims (13)
1.暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，它提供了一种可以将通过待测物体的恒压直流电流进行正反方向转换，以其中一个方向的电流作为测量待测物体电导的测量电流，以分时通入的相反方向的电流作为防止流过待测物体的电流使待测物体产生极化现象和防止流过测量电极的电流对测量电极产生电解腐蚀效应的去极化电流，同时选取所述测量电流在流动时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到作为计算待测物体的电导的样本电流值的电导测量方法及装置：暂态直流电导测量方法及装置。
2.根据权利1所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，所述暂态直流电导测量方法虽然也是根据两端电压一定的导体，流过的电流与电导成正比(I=U×G)的原理，并同样是用直流电作为测量电导的测量电流，但是通入待测物体的电流不是单方向流动的直流电流，而是正反向交替变化，正反向持续时间相等、正反向电流强度相等的对称矩形波电流，在所述对称矩形波电流沿每一个方向流动的暂态时间内，可以等效为相同的直流电流在暂态时间内流过待测物体。
3.根据权利1或权利2所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，所述暂态直流电导测量方法用于计算待测物体电导的电流值样本不是直流恒流法或直流恒压法中所用的连续采样取得的全样本，也不是交流正弦恒压法取得的样本的等效值，而是选取所述测量电流在维持时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到用于计算待测物体的电导的样本电流值。
4.根据权利1或权利2或权利3所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，所述暂态直流电导测量方法及装置通过以正反向交替变化，正反向持续时间相等、正反向电流强度相等的对称矩形波电流作为流过待测物体的电流的方法，避免了电流使待测物体发生极化的问题。
5.根据权利1或权利2或权利3所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，所述暂态直流电导测量方法及装置通过以正反向交替变化，正反向持续时间相等、正反向电流强度相等的对称矩形波电流作为流过待测物体的电流的方法，避免了直流或正弦交流等形式的电流对测量电极造成电解腐蚀的问题。
6.根据权利1或权利2或权利3所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，所述暂态直流电导测量方法测量电导的装置包括五个部分：①恒压直流电源；②电流换向装置；③电流采样装置；④测量电极，包括④-1第一测量电极和④-2第二测量电极；⑤控制处理装置。
7.根据权利1或权利2或权利3或权利6所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，它包含一个恒压直流电源，所述恒压直流电源①是一个电压恒定的直流电源，作为本装置的测量电源，，与所述电流转换装置②电连接。
8.根据权利1或权利2或权利3或权利6所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，它包含一个电流换向装置，所述电流换向装置②是一个可以根据所述将所述控制处理装置⑤的指令对所述恒压直流电源①输出的电流方向进行正反向转换的装置，与所述恒压直流电源①电连接，与所述电流采样装置③电连接，与所述控制与处理装置⑤数据连接和电连接。
9.根据权利1或权利2或权利3或权利6所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，它包含一个电流采样装置，所述电流采样装置③是一个根据所述将所述控制处理装置⑤的指令对所述测量电流的电流值进行采样的装置，与所述电流换向装置②电连接，与所述第一测量电极④-1电连接，与所述控制与处理装置⑤数据连接和电连接。
10.根据权利1或权利2或权利3所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，它包含两个测量电极，所述测量电极④是一个测量时与待测物体发生电气接触的电气连接器，包含两个电极：第一测量电极④-1和第二测量电极④-2，用于将待测物体连入测量回路，使测量电流流过待测物体。
11.所述第一测量电极④-1与所述电流采样装置③电连接，所述第二测量电极④-2与所述电流换向装置②电连接；
通过所述电流换向装置②，通过待测物体的电流按④-1->④-2的方向流动，此时所述采样电流装置③对流过的电流进行采样，为电导的计算提供样本，故这个方向的电流定义为测量电流；
通过所述电流换向装置②，通过待测物体的电流按④-2->④-1的方向流动，此时这个方向的电流将起到防止待测物体产生极化现象和防止所述测量电极④发生电解腐蚀现象，故这个方向的电流定义为去极化电流；
所述第一测量电极④-1和所述第二测量电极④-2是随机选择所述电极中的一个进行定义的电极名称，在定义前并不专门特指所述电极中的某个电极，两个测量电极在电气特性上完全一致。
12.根据权利1或权利2或权利3或权利6所述暂态直流电导测量方法及装置，其特征在于，它包含一个控制处理装置，所述控制处理装置⑤是一个可以接收、存储、处理来自所述电流采样装置③的电流样本数据，并向所述电流换向装置②和所述电流采样装置④发出相关指令的数据处理和控制装置，与所述电流换向装置②和所述电流采样装置③数据连接和电连接。
13.工作的时候，所述控制处理装置⑤指令所述电流换向装置②送出所述测量电流通过测量电极④流过待测物体并保持一定的时间，同时指令所述电流采样装置③对通过待测物体的电流采样并发送给所述控制处理装置⑤，然后所述控制处理装置⑤选取所述测量电流在暂态时间内变化最小的时刻（实际中为极短的一段时间）对所述测量电流进行采样，得到用于计算待测物体的电导的样本电流值；
采样结束后，所述控制处理装置⑤指令所述电流换向装置②送出所述去极化电流通过测量电极④流过待测物体并保持与所述测量电流相同的时间，达到消除测量电流给待测物体造成的极化现象和防止所述电极④受到电解腐蚀的作用，完成一个“通测量电流-采样-去极化”的工作周期，然后所述控制处理装置⑤又指令所述电流换向装置②送出测量电流并保持一定时间，这样就进入了下一个工作周期，如此循环往复。
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