CN113484370A - 一种电导率测量方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电导率测量方法及设备，所述方法包括：通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；通过RC选频网络对所述第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；根据与所述正弦波信号对应的所述单一频率确定与待测溶液对应的电导率；应用本方法能够有效地抑制了电极的极化，使得整个模块所需的传感器结构简单化，降低了传感器成本，本方法通过电导率与频率的转换，有效地提高了电导率的测量范围和测量精度。

Description

一种电导率测量方法及设备

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，尤其涉及一种电导率测量方法及设备。

背景技术

目前，盐度测量设备一般都是先测量特定温度下的溶液电导率，然后对电导率进行公式换算以确定盐度，因此电导率测量就是盐度测量关键点。

然而，现有的电导率检测装置容易出现温度漂移，电导电极极化等问题，影响测量获得的电导率的准确性。

发明内容

本发明实施例提供了一种电导率测量方法及设备，能够准确地测量待测溶液的电导率。

本发明实施例一方面提供一种电导率测量方法，所述方法包括：通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；通过RC选频网络对所述第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；根据与所述正弦波信号对应的所述单一频率确定与待测溶液对应的电导率。

在一可实施方式中，所述通过RC选频网络对所述第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号，包括：获得默认因子，根据所述RC选频网络对所述默认因子进行校准，获得固定因子；根据所述固定因子对所述单一频率的正弦波信号进行转化，确定第二电阻值；基于电极常数和所述第二电阻值确定所述电导率。

在一可实施方式中，所述电极式电导率传感器为多电极式电导率传感器；进一步的，所述电极式电导率传感器为两电极式电导率传感器。

在一可实施方式中，所述方法还包括：确定与所述待测溶液对应的预估电导率范围，根据所述预估电导率范围确定幅度信号；根据所述幅度信号确定与RC选频网络连接的幅度控制电路，通过幅度控制电路对所述RC选频网络进行幅度控制，以构成运放的负反馈网络；通过运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。

在一可实施方式中，所述方法还包括：获得与所述待测溶液对应的温度和液体成分，根据所述温度、液体成分和电导率确定与所述待测溶液对应的盐度。

本发明实施例另一方面提供一种电导率测量设备，所述设备包括：检测模块，用于通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；转化模块，用于通过RC选频网络对所述第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；确定模块，用于根据与所述正弦波信号对应的所述单一频率确定与待测溶液对应的电导率。

在一可实施方式中，所述确定模块，包括：获得子模块，用于获得默认因子，根据所述RC选频网络对所述默认因子进行校准，获得固定因子；转化子模块，用于根据所述固定因子对所述单一频率的正弦波信号进行转化，确定第二电阻值；确定子模块，用于基于电极常数和所述第二电阻值确定所述电导率。

在一可实施方式中，所述电极式电导率传感器为多电极式电导率传感器；进一步的，所述电极式电导率传感器为两电极式电导率传感器。

在一可实施方式中，所述确定模块，还用于确定与所述待测溶液对应的预估电导率范围，根据所述预估电导率范围确定幅度信号；所述确定模块，还用于根据所述幅度信号确定与RC选频网络连接的幅度控制电路，通过幅度控制电路对所述RC选频网络进行幅度控制，以构成运放的负反馈网络；所述设备还包括：输出模块，用于通过运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。

在一可实施方式中，所述确定模块，还用于获得与所述待测溶液对应的温度和液体成分，根据所述温度、液体成分和电导率确定与所述待测溶液对应的盐度。

本方法实施例提供的电导率测量方法通过电极式电导率传感器和RC选频网络配合，将与待测溶液对应的电导率数据转为对应频率的交流正弦信号，再通过与检测出的交流正弦信号对应的频率值经过公式转换，即可得到电导率数值，由此得到的电导率数值，其唯一变量是由电极式电导率传感器测得的第一电阻值，不仅有效地补偿了温度变化产生的电导率偏移，而且有效地抑制了电导电极的极化现象，保证了最终测得的电导率数值的准确性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1为本发明实施例一种电导率测量方法的实现流程示意图；

图2为本发明实施例一种电导率测量设备的使用场景示意图；

图3为本发明实施例一种电导率测量方法的实现模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种电导率测量方法的实现流程示意图；图2为本发明实施例一种电导率测量设备的使用场景示意图。

参见图1和图2，本发明实施例一方面提供一种电导率测量方法，方法包括：操作101，通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；操作102，通过RC选频网络对第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；操作103，根据与正弦波信号对应的单一频率确定与待测溶液对应的电导率。

本方法实施例提供的电导率测量方法通过电极式电导率传感器和RC选频网络配合，将与待测溶液对应的电导率数据转为对应频率的交流正弦信号，再通过与检测出的交流正弦信号对应的频率值经过公式转换，即可得到电导率数值，由此得到的电导率数值，其唯一变量是由电极式电导率传感器测得的第一电阻值，不仅有效地补偿了温度变化产生的电导率偏移，而且有效地抑制了电导电极的极化现象，保证了最终测得的电导率数值的准确性，并且，本方法提供的电导率测量方法所应用到的元器件和测量电路简单，能够将传感器与测量电路模块化处理，降低生产和使用成本，方便生产制造和应用。

本方法应用于电导率测量设备，包括文式电桥振荡电路和电极式电导率传感器。其中，文式电桥振荡电路包括RC选频网络和幅度控制电路，由此构成运放的负反馈网络进行控制。电极式电导率传感器直接连接至RC选频网络，直接参与RC选频网络，电极式电导率传感器内部流通的是交流正弦波信号，无直流成分。

在本方法操作101中，可以将待测溶液倒入容器中，然后将电极式电导率传感器的检测端插入待测溶液中，由于电极式电导率传感器直接连接至RC选频网络，电极式电导率传感器在RC选频网络中表征为电阻特性，由此可以通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值。同时，在RC选频网络中其他的电阻和电容均采用具有固定数值的、高精度的、低温飘的器件，以使第一电阻值为文式电桥振荡电路的RC反馈选频网络中的唯一变量电阻。

在本方法操作102中，采用RC振荡电路可将第一电阻值转为频率与电阻量有关的一个正弦波信号。可以理解的是，在测量过程中，待测溶液不发生改变，即第一电阻值不发生改变，由此输出的正弦波信号为单一频率的正弦波信号，即当输出的正弦波信号为单一频率时，可以认为测试数据处于稳定状态，此时的测试数据具有可信度。可以理解的是,待测溶液的浓度越高，由文式电桥振荡电路输出的频率也越大。

在本方法操作103中，在获得单一频率的正弦波信号之后，本方法可以根据公式对单一频率的正弦波信号进行转换得到电导率数值。由此得到的与待测溶液对应的电导率，其影响电导率的变量只有通过电极式电导率传感器检测获得的第一电阻值，不受温度漂移，电导电极极化等问题的影响，提高最终测得的电导率结果的准确性。

在一可实施方式中，操作103，根据与正弦波信号对应的单一频率确定与待测溶液对应的电导率，包括：首先，获得默认因子，根据RC选频网络对默认因子进行校准，获得固定因子；然后，根据固定因子对单一频率的正弦波信号进行转化，确定第二电阻值；再后，基于电极常数和第二电阻值确定电导率。

本方法电阻与频率的对应关系可以为：频率＝固定因子/电阻值。其中，固定因子为测试得到的常数。具体的，本方法默认因子可以与该电导率测量设备对应的常规固定因子的数值，然后通过已知电导率的标准溶液和标准设备进行对比测试，以确定与当前使用的电导率测量设备对应固定因子。利用频率和固定因子，可以求得第二电阻值。

在获得第二电阻值之后，可以根据公式：电阻＝电极常数/电导率确定与正弦波信号对应的单一频率对应的电导率，可求得与待测溶液对应的电导率。可以理解的是，电极常数也为固定数值，该固定数值可以根据所使用的器件在经过测试分析后确定。

在一可实施方式中，电极式电导率传感器为多电极式电导率传感器；进一步的，电极式电导率传感器为两电极式电导率传感器。

可以理解的是，电极式电导率传感器的级数越多，测量精度越高，本方法选用两电极式电导率传感器对待测溶液进行检测。两电极式电导率传感器是直接参与振荡器的选频网络，其内部流通的是交流正弦波信号，无直流成分，且待测溶液的浓度越高，频率也越大，正好抑制了电导电极的浓差极化和化学极化，使得极化因素降到几乎可以忽略。整个振荡器的频率输出由RC选频网络决定，不受其他器件的温度漂移影响。RC选频网络的其他器件具有超高精度、低温度特性，因此整个电路的自身温度漂移很小，频率输出精度高。本方法采用了两级式电导电极，能够有效地抑制了电极的极化，使得整个模块所需的传感器结构简单化，降低了传感器成本。实现了电导率与频率的转换，有效的提高了测量范围和测量精度。并且转换电路结构简单，可模组化实现。

在一可实施方式中，方法还包括：首先，确定与待测溶液对应的预估电导率范围，根据预估电导率范围确定幅度信号；然后，根据幅度信号确定与RC选频网络连接的幅度控制电路，通过幅度控制电路对RC选频网络进行幅度控制，以构成运放的负反馈网络；再后，通过运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。

在实际回路中，RC选频网络的选频网络参数的变化容易导致运放的正负反馈失衡，导致振荡器起振困难，振荡不稳定或正弦信号失真等现象。为了保证振荡器能够运行信号不失真必须加入幅度控制电路。本发明采用结型场效应管作为幅度控制的关键元件，构成运放的负反馈网络进行控制。

本方法本发明采用多组不同比例的幅度控制电路，根据使用需要和电路工作情况，可由外部控制信号进行切换，以此实现振荡器在全量程范围内输出稳定的正弦波信号。

在一种实施场景下，本方法采用两组不同比例的幅度控制电路，根据待测溶液对应的预估电导率范围选择幅度控制电路一或幅度控制电路二与RC选频网络构成运放的负反馈网络。具体的，本方法根据待测溶液可能对应的预估电导率范围确定幅度控制电路一或幅度控制电路二为指定幅度控制电路。根据指定幅度控制电路生成幅度信号，以指示指定幅度控制电路与RC选频网络构成运放的负反馈网络。然后通过幅度控制电路对RC选频网络进行幅度控制，以使运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。该场景下，两组不同比例的幅度控制电路适用的电导率测量范围为0-70ms/cm，电导电极在此电导率范围内所呈现的阻值范围约为100-3000欧姆。

在一可实施方式中，方法还包括：获得与待测溶液对应的温度和液体成分，根据温度、液体成分和电导率确定与待测溶液对应的盐度。

根据需要，本方法获得的电导率可以与其他参数一起进行各种与电导率相关的、待测溶液的参数确定。例如，本方法可以根据温度、液体成分和电导率确定与待测溶液对应的盐度。

图3为本发明实施例一种电导率测量方法的实现模块示意图。

参见图3，本发明实施例另一方面提供一种电导率测量设备，设备包括：检测模块301，用于通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；转化模块302，用于通过RC选频网络对第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；确定模块303，用于根据与正弦波信号对应的单一频率确定与待测溶液对应的电导率。

在一可实施方式中，确定模块303，包括：获得子模块3031，用于获得默认因子，根据RC选频网络对默认因子进行校准，获得固定因子；转化子模块3032，用于根据固定因子对单一频率的正弦波信号进行转化，确定第二电阻值；确定子模块3033，用于基于电极常数和第二电阻值确定电导率。

在一可实施方式中，电极式电导率传感器为多电极式电导率传感器；进一步的，电极式电导率传感器为两电极式电导率传感器。

在一可实施方式中，确定模块303，还用于确定与待测溶液对应的预估电导率范围，根据预估电导率范围确定幅度信号；确定模块303，还用于根据幅度信号确定与RC选频网络连接的幅度控制电路，通过幅度控制电路对RC选频网络进行幅度控制，以构成运放的负反馈网络；设备还包括：输出模块304，用于通过运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。

在一可实施方式中，确定模块303，还用于获得与待测溶液对应的温度和液体成分，根据温度、液体成分和电导率确定与待测溶液对应的盐度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电导率测量方法，其特征在于，所述方法包括：

通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；

通过RC选频网络对所述第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；

根据与所述正弦波信号对应的所述单一频率确定与待测溶液对应的电导率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据与所述正弦波信号对应的所述单一频率确定与待测溶液对应的电导率，包括：

获得默认因子，根据所述RC选频网络对所述默认因子进行校准，获得固定因子；

根据所述固定因子对所述单一频率的正弦波信号进行转化，确定第二电阻值；

基于电极常数和所述第二电阻值确定所述电导率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极式电导率传感器为多电极式电导率传感器；进一步的，所述电极式电导率传感器为两电极式电导率传感器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定与所述待测溶液对应的预估电导率范围，根据所述预估电导率范围确定幅度信号；

根据所述幅度信号确定与RC选频网络连接的幅度控制电路，通过幅度控制电路对所述RC选频网络进行幅度控制，以构成运放的负反馈网络；

通过运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获得与所述待测溶液对应的温度和液体成分，根据所述温度、液体成分和电导率确定与所述待测溶液对应的盐度。

6.一种电导率测量设备，其特征在于，所述设备包括：

检测模块，用于通过电极式电导率传感器对待测溶液进行检测，确定与待测溶液对应的第一电阻值；

转化模块，用于通过RC选频网络对所述第一电阻值进行频率转化，确定单一频率的正弦波信号；

确定模块，用于根据与所述正弦波信号对应的所述单一频率确定与待测溶液对应的电导率。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述确定模块，包括：

获得子模块，用于获得默认因子，根据所述RC选频网络对所述默认因子进行校准，获得固定因子；

转化子模块，用于根据所述固定因子对所述单一频率的正弦波信号进行转化，确定第二电阻值；

确定子模块，用于基于电极常数和所述第二电阻值确定所述电导率。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述电极式电导率传感器为多电极式电导率传感器；进一步的，所述电极式电导率传感器为两电极式电导率传感器。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述确定模块，还用于确定与所述待测溶液对应的预估电导率范围，根据所述预估电导率范围确定幅度信号；

所述确定模块，还用于根据所述幅度信号确定与RC选频网络连接的幅度控制电路，通过幅度控制电路对所述RC选频网络进行幅度控制，以构成运放的负反馈网络；

所述设备还包括：

输出模块，用于通过运放的负反馈网络输出单一频率的正弦波信号。

10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述确定模块，还用于获得与所述待测溶液对应的温度和液体成分，根据所述温度、液体成分和电导率确定与所述待测溶液对应的盐度。

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