CN112763547B - 一种基于二极电导池的电导率检测系统 - Google Patents

一种基于二极电导池的电导率检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二极电导池的电导率检测系统，包括二极电导池、谐波激励器以及信号处理系统；所述二极电导池包括池体，所述池体的中部设有沿轴线方向分布的第一流通孔，所述池体的两端分别连接有高压液路接头以及化学惰性电极，所述化学惰性电极套设在高压液路接头上，使得所述化学惰性电极与待测电导率的溶液接触，所述化学惰性电极的外部设有导线连接端；所述谐波激振器设于化学惰性电极的检测电路中，在所述化学惰性电极的检测电路中还设有电流表以及电压表、采样电阻，所述采样电阻通过电流表以及电压表获得电压信号以及电流信号；所述信号处理系统与所述采样电阻电连接。本发明能够使得电导率测量的线性范围更大，噪声得到大大降低，且检测灵敏度更高。

Description

一种基于二极电导池的电导率检测系统
技术领域
本发明涉及一种离子色谱检测技术，特别涉及一种基于二极电导池的电导率检测系统。
背景技术
电导率是离子色谱分析和水质监测中一项非常重要的测试指标，电导率仪是一种常用的测量溶液电导率的常规分析仪器。在离子色谱的分析手段(电导率检测，紫外吸光度检测，电化学检测等)中，因电导率为基础的浓度测量方法简单可靠，故障率低，灵敏度高，重复性好，已经成为最主要的离子色谱检测方式。
在现有技术中，二极脉冲电导检测采用脉冲方波进行激励，在一次测量的前半周期和后半周期分别施加幅值相同、方向相反的方波信号，在此激励模式下电导池的极化现象被削弱，然后对后半周期的末尾平坦部分信号进行测量，此时的测得值几乎只和电导池的电导线性相关。因此，二极电导具有能够高频激励，降低双电层电容带来的影响的同时，快速的获取信号的优点。但是同时，二极电导的激励方波携带有大量的高频谐波成分，容易引入噪声并易于和环境波动耦合出现波动，对噪声的进一步抑制有较大难度。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于二极电导池的电导率检测系统，该电导率检测系统能够使得电导率测量的线性范围更大，噪声得到大大降低，且检测灵敏度更高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于二极电导池的电导率检测系统，包括二极电导池、谐波激励器以及信号处理系统；
所述二极电导池包括池体，所述池体的中部设有沿轴线方向分布的第一流通孔，所述池体的两端分别连接有高压液路接头以及化学惰性电极，所述化学惰性电极套设在高压液路接头上，使得所述化学惰性电极与待测电导率的溶液接触，所述化学惰性电极的外部设有导线连接端；
所述谐波激励器设于化学惰性电极的检测电路中，在所述化学惰性电极的检测电路中还设有电流表以及电压表、采样电阻，所述采样电阻通过电流表以及电压表获得电压信号以及电流信号；
所述信号处理系统与所述采样电阻电连接，所述信号处理系统从所述采样电阻获取原始的电压及电流信号，并对原始的电压及电流信号进行锁相解调，信号处理系统在对电压及电流信号进行锁相解调后，根据公式Gx＝I/V得出溶液的电导率；其中，Gx表示电导率，I表示电流幅值，V表示电压幅值。
可选的，所述池体的两端分别设有用于插入化学惰性电极和高压液路接头的插孔，池体的中部具有板体，所述第一流通孔设于设于板体的中部，并沿池体的轴线方向分布。
可选的，所述化学惰性电极具有密封端以及导线连接端，所述化学惰性电极还具有与所述高压液路接头适配的插槽，所述高压液路接头装配在化学惰性电极的插槽内；
所述化学惰性电极的密封端设有第二流通孔，所述第二流通孔的两端分别与第一流通孔和高压液路接头的液体通路对接。
可选的，所述第二流通孔的孔径与所述第一流通孔的孔径一致。
可选的，所述化学惰性电极与池体之间设有密封圈。
可选的，所述化学惰性电极的密封端内还设有凹槽，所述凹槽设于第二流通孔与高压液路接头的端部之间；
所述凹槽的内径小于高压液路接头的液体通路的内径。
可选的，所述信号处理系统对原始的电压信号进行锁相解调的步骤为：
将原始的电压信号解调为两个标准正交信号；
将两个标准正交信号做乘法运算，得出原始的电压信号在标准正交信号上的投影分量；
根据原始的电压信号在标准正交信号上的投影分量得出原始电压信号的相位以及幅值。
采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，克服了现有技术中存在的电压漂移、温度漂移、噪声大等问题，从而使得在检测电导率时，噪声低、漂移小、信噪比高，而且本发明具有耐压高、死体积小、灵敏度高、不易渗漏等优点，在低浓度溶液的检测中优势明显。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的电导池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明公开了一种基于二极电导池的电导率检测系统，包括二极电导池100、谐波激励器200以及信号处理系统300。
在本发明中，如图2所示，二极电导池包括池体110，池体110的中部设有沿轴线方向分布的第一流通孔120，池体110的两端分别连接有高压液路接头130以及化学惰性电极400，其中，化学惰性电极400套设在高压液路接头130上，使得化学惰性电极400能够与待测电导率的溶液接触，同时，化学惰性电极400的外部设有导线连接端410。
通过上述的技术方案，待测电导率的溶液通过池体110一端的高压液路接头130接入后，首先需要通过化学惰性电极400的第一极，再通过第一流通孔120进入池体110另一端，并与化学惰性电极400的第二极接触，最终通过池体110另一端的高压液路接头130流出。在此过程中，化学惰性电极400的两极也分别接入电路中，使通过化学惰性电极400两极的电流被检测到。
在本发明中，具体的，池体110的两端分别设有用于插入化学惰性电极400和高压液路接头130的插孔140，插孔140呈阶梯状。池体110的中部具有板体150，第一流通孔120设于设于板体150的中部，并沿池体110的轴线方向分布，第一流通孔120用于连通池体110的两端的高压液路接头130，从而使溶液达到流通状态。
在本发明中，化学惰性电极400具有密封端420以及导线连接端410，化学惰性电极400还具有与高压液路接头130适配的插槽430，在使用时，高压液路接头130装配在化学惰性电极400的插槽430内，并使高压液路接头130与化学惰性电极400紧密连接。在装配化学惰性电极400和池体110时，化学惰性电极400插在插孔140内，并且在化学惰性电极400与插孔140之间设有密封圈500。化学惰性电极400的导线连接端410露在池体110的外部，再通过导线，将化学惰性电极400接入检测电路中，在检测电路中，还连接有电流表600以及电压表700、采样电阻800，采样电阻800通过电流表600以及电压表700获得电压信号以及电流信号。
在本发明中，化学惰性电极400的密封端420设有第二流通孔440，第二流通孔440的两端分别与第一流通孔120和高压液路接头130的液体通路对接。其中，第二流通孔440的孔径与第一流通孔120的孔径一致。第二流通孔440的设置，用于使溶液与化学惰性电极400的内表面接触，从而获得电流。
在本发明中，在化学惰性电极400的密封端420内还设有凹槽450，凹槽450设于第二流通孔440与高压液路接头130的端部之间。其中，凹槽450的内径小于高压液路接头130的液体通路的内径。通过凹槽450的设置，使得高压液路接头130的液体通路与第二流通孔440之间具有间隙，同时增加了溶液与化学惰性电极400的接触面积。
在本发明中，谐波激励器200设于化学惰性电极400的检测电路中，用于向检测电路中激发激励谐波。
在本发明中，信号处理系统300与采样电阻800电连接，信号处理系统300从采样电阻800获取原始的电压及电流信号，并对原始的电压及电流信号进行锁相解调，信号处理系统在对电压及电流信号进行锁相解调后，根据公式Gx＝I/V得出溶液的电导率；其中，Gx表示电导率，I表示电流，V表示电压。
下面将详细介绍电压及电流的锁相解调。
第一步，以电压为例，设原始的电压信号为u(n)，那么信号处理系统从采样电阻800接收的电压信号为经过放大器310后放大的信号，其表达式为
Figure GDA0003813952430000041
上式中，N为采样点数，A是电压信号的幅值，φ是初始相位。
第二步，信号处理模块300内的DSP模块采取数字正交相敏解调法对电压信号进行解调，得到两个正交的标准正交信号p(n)和q(n)，其中，
Figure GDA0003813952430000042
Figure GDA0003813952430000043
第三步，信号处理模块300的DSP模块对解调出来的两个标准正交信号做乘法运算，得到电压信号在两个标准正交信号上的投影P和Q，
Figure GDA0003813952430000044
Figure GDA0003813952430000045
通过上式得到电压信号的初始相位φ以及幅值A，
Figure GDA0003813952430000046
Figure GDA0003813952430000047
经过上述步骤得出电压幅值。
同理，信号处理模块300在对电压信号进行解调的同时，也对电流信号做相同的解调，其解调步骤与电压信号的解调步骤一致，最终得到电流幅值。
由于电压幅值和电流幅值直接反应出的是电流大小和电压大小，因此，将电流幅值与电压幅值直接代入公式Gx＝I/V，即可得出溶液的电导率。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (4)

1.一种基于二极电导池的电导率检测系统，其特征在于，包括二极电导池、谐波激励器以及信号处理系统；
所述二极电导池包括池体，所述池体的中部设有沿轴线方向分布的第一流通孔，所述池体的两端分别连接有高压液路接头以及化学惰性电极，所述化学惰性电极套设在高压液路接头上，使得所述化学惰性电极与待测电导率的溶液接触，所述化学惰性电极还具有与所述高压液路接头适配的插槽，所述高压液路接头装配在化学惰性电极的插槽内，所述化学惰性电极的外部设有导线连接端；
所述池体的中部具有板体，所述第一流通孔设于板体的中部，并沿池体的轴线方向分布；
所述谐波激励器设于化学惰性电极的检测电路中，在所述化学惰性电极的检测电路中还设有电流表以及电压表、采样电阻，所述采样电阻通过电流表以及电压表获得电压信号以及电流信号；
所述信号处理系统与所述采样电阻电连接，所述信号处理系统从所述采样电阻获取原始的电压及电流信号，并对原始的电压及电流信号进行锁相解调，信号处理系统在对电压及电流信号进行锁相解调后，根据公式Gx＝I/V得出溶液的电导率；其中，Gx表示电导率，I表示电流幅值，V表示电压幅值；
所述化学惰性电极具有密封端以及导线连接端，化学惰性电极的密封端设有第二流通孔，第二流通孔的孔径与第一流通孔的孔径一致，所述第二流通孔的两端分别与第一流通孔和高压液路接头的液体通路对接，所述化学惰性电极的密封端内还设有凹槽，所述凹槽设于第二流通孔与高压液路接头的端部之间，凹槽的内径小于高压液路接头的液体通路的内径。
2.根据权利要求1所述的基于二极电导池的电导率检测系统，其特征在于，所述池体的两端分别设有用于插入化学惰性电极和高压液路接头的插孔。
3.根据权利要求2所述的基于二极电导池的电导率检测系统，其特征在于，所述化学惰性电极与池体之间设有密封圈。
4.根据权利要求1所述的基于二极电导池的电导率检测系统，其特征在于，所述信号处理系统对原始的电压信号进行锁相解调的步骤为：
将原始的电压信号解调为两个标准正交信号；
将两个标准正交信号做乘法运算，得出原始的电压信号在标准正交信号上的投影分量；
根据原始的电压信号在标准正交信号上的投影分量得出原始电压信号的相位以及幅值。
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