CN1211733A - 电解质溶液浓度测定装置 - Google Patents

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Abstract

一种电解质溶液浓度测定装置,包括:信号源;电极装置,其由同轴布置的四个异径筒状电极组成,其中两个筒状电极分别与信号源的两个输出端连接,从另外两个筒状电极输出一个交流电压V1;平板状屏蔽板,其与电极装置的底侧保持一定的距离,并且其面积不小于电极装置的轴向投影面积;温度传感器,用于输出表示电解质溶液温度的电压信号Vt。则电解质溶液的浓度为C=(V1,Vt)。其能在更大温度和浓度范围内连续地准确测量电解质溶液的浓度。

Description

电解质溶液浓度测定装置
本发明涉及一种电解质溶液浓度测定装置，更具体地说，涉及一种用电导法测量电解质溶液浓度的电解质溶液浓度测定装置。
电导法是测量电解质溶液浓度常用的一种方法。常温下在实验室中进行测量的技术已经广为人知。但由于电解质溶液的电导具有不同于金属导线的电导的特征，因此在高温、高浓度下对电解质溶液的电导进行测量时，其传感器的输出信号与所测电解质溶液的浓度和温度之间失去线性关系。在使用领域，虽然已经有在10至50°范围内实施了温度补偿的食盐浓度测量仪，但其测量范围仅限于0至3％(重量)范围内，在太阳池等温度和浓度大幅度变化的场合根本不能适用。在这种情况下，只能在现场取样，然后在实验室中采用重量法等测量电解质溶液的浓度。所用电极的形状多种多样，常用的是针状电极。虽然有利用针状电极测量太阳池中电解质浓度的先例，但当电极接近太阳池的侧壁、底面等固体面时，其检出信号发生明显的变化，从而使测量结果不准确。
本发明的目的是提供一种电解质溶液浓度测定装置，其能在更大温度和浓度范围内连续地准确测量电解质溶液的浓度。
为此，本发明提供一种电解质溶液浓度测定装置，包括：
信号源，用于产生一个交流或脉冲电压信号；电极装置，由同轴布置的四个异径筒状电极组成，所述筒状电极均由耐腐蚀的金属材料制成，其间用耐热、耐腐蚀性的绝缘树脂充填并固定，从其中两个筒状电极引出所述电极装置的输入端，分别与所述信号源的两个输出端连接，从另外两个筒状电极引出所述电极装置的输出端，输出一个交流或脉冲电压；平板状屏蔽板，其与所述电极装置的底侧保持一定的距离，并且其面积不小于所述电极装置的轴向投影面积；温度传感器，用于输出表示所述电解质溶液温度的电压信号；可以利用下式得到所述电解质溶液的浓度：
C=f(V1,Vt)
式中，C表示所述电解质溶液的浓度，Vt是表示所述电解质溶液温度的电压，V1表示所述电极装置输出的交流或脉冲电压，f表示函数关系。
根据本发明的电解质溶液浓度测定装置，在所述电极装置的外周设置一个金属制成的与所述电极装置同轴的筒状屏蔽电极，其与所述筒状电极绝缘并与所述平板状屏蔽电极一同接地。
根据本发明的电解质溶液浓度测定装置，在所述信号源与所述筒状电极组成的回路中还串联连接有一个电阻，通过测量所述电阻两端的电压可以计算出通过所述电解质溶液的电流，从而判断所述电极装置是否结垢。此外，它还包括：一个A/D转换器，其接受所述温度传感器输出的表示所述电解质溶液温度的电压信号、所述电极装置输出的交流或脉冲电压和所述电阻两端的电压，进行模数转换；一个计算机，用于接受所述A/D转换器的输出，实现对所述电解质溶液的浓度的自动连续地测定和对所述电极装置结垢情况的监视。
由于本发明的电解质溶液浓度测定装置的电极装置与平板状屏蔽板之间形成了一个足够小、但又能与溶液接触的固定空间，使得测量排除了由于电极装置接近电解质溶液的容器而产生测量误差的针状电极所固有的弊病，使电极装置输出的电压只与所测溶液的浓度及温度有关，从而提高了测量的精度和可靠性。使得本发明的电解质溶液浓度测定装置能在10～80℃范围内实施温度补偿，可准确测量0～25％(重量)范围内的电解质溶液的浓度。此外，由于测量线路被设计成全电压测量，使信号能完全由计算机处理，从而可实现自动、连续测试，并且可以监视电极装置是否结垢。
下面结合附图详细介绍本发明的实施例。
图1是本发明的电解质溶液浓度测定装置的一个实施例的总体示意图；
图2是本发明的电解质溶液浓度测定装置的电极装置的结构示意图。
参照图1，本发明的电解质溶液浓度测定装置包括一个信号源1，它发出的交流或脉冲电压信号V经过一个与之串联的电阻8施加到置于所测电解质溶液中的电极装置15的最外侧筒状电极2和最内侧筒状电极5上，这样，在电极装置15的中间筒状电极3和4之间就能测量到一个电压信号V1。当然，交流或脉冲电压信号V可以通过电极装置15的任意两个筒状电极施加到电极装置15上，而另外两个筒状电极用于输出电压信号V1。通过置于所测电解质溶液中的温度传感器7，可以得到一个表示所测电解质溶液温度的电压信号Vt。温度传感器7可以采用热电偶、热电阻或半导体温度计。将电极装置15输出的电压信号V1、温度传感器7输出的电压信号Vt和电阻8两端的电压信号V2通过、A/D转换器10送入计算机11。信号源1输出的交流或脉冲电压信号V可以是50～10000Hz、0.01～10伏任意形状的交流或脉冲信号。信号的强度以不发生明显的溶液电极化学反应为原则。在离开电极装置15的底侧一定距离处设置一个平板状屏蔽板12，二者之间形成一个足够小、但又能充分与溶液接触的固定空间，并且平板状屏蔽板12的面积不小于所述电极装置15的轴向投影面积。在本实施例中，平板状屏蔽板12与电极装置15的底侧之间的距离为8mm。
图2示出了本发明的电解质溶液浓度测定装置的电极装置15的具体结构示意图。电极装置15由同轴布置的四个异径筒状电极2,3,4,5组成，所述筒状电极2,3,4,5最好设计成圆筒状，最外侧筒状电极2的直径例如为12mm，最内侧筒状电极5的直径例如为1mm，处于中间的两个筒状电极3和4等距配置，电极装置15露出所测电解质溶液的液面的高度例如为2mm。各个筒状电极2,3,4,5均由耐腐蚀的金属材料如镀金铁板制成，其间用耐热、耐腐蚀性的绝缘树脂例如环氧树脂充填并固定。
从图2还可以看出，在所述电极装置15的外周设置了一个金属制成的与所述电极装置同轴的筒状屏蔽电极16，其与筒状电极2,3,4,5绝缘并与所述平板状屏蔽板12一同接地。这样，可以防止外来信号对电极装置15的输出信号的影响。
此外，温度传感器7可以设置在电极装置15底端的同一平面上。
测量时，将电极装置15和温度传感器7放入电解质溶液中，由信号源1向电极装置15的输入端施加一个交流或脉冲电压信号V，则在电极装置15的输出端上输出一个交流或脉冲电压V1，其波形与交流或脉冲电压信号V相同，但其大小与交流或脉冲电压信号V的频率、强度，电极2,3,4,5的形状、尺寸以及所测溶液的种类、温度和浓度有关。当交流或脉冲电压信号V的频率、强度，筒状电极的形状、尺寸以及所测电解质溶液的种类一定时，电极装置15输出的交流电压V1只与电解质溶液的温度和浓度有关。只要通过预先检定得出交流或脉冲电压V1、电解质溶液温度和浓度之间的函数关系C=f(V1,Vt)，就能计算出电解质溶液的浓度。该函数关系的具体表达方式有多种，式(1)是其中的一种。
C=αV1 a.Vt b    (1)
式中，α、a和b为系数，其大小与电解质溶液的种类、电极形状、尺寸及电极装置15输入的交流或脉冲电压的频率有关，可以通过检定试验并用数学回归法分别将其求出。式(1)的归纳方法是数学界及工程界常用的方法。归纳方法也有许多种，其中最常用的方法有最小二乘法。
将通过检定得到的系数α、a和b和函数关系例如式(1)输入计算机11，则计算机11可利用电极装置15输出的电压信号V1和温度传感器7输出的电压信号Vt就能自动地、连续地计算出所测电解质溶液的浓度。此外，还可以利用电阻8两端的电压信号V2了解通过电解质溶液的电流的变化，从而监视电极装置15是否结垢，必要时可由计算机自动发出警报。

Claims (9)

1．一种电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，包括：
信号源(1)，用于产生一个交流或脉冲电压信号(V)；
电极装置(15)，由同轴布置的四个异径筒状电极(2,3,4,5)组成，所述筒状电极(2,3,4,5)均由耐腐蚀的金属材料制成，其间用耐热、耐腐蚀性绝缘树脂充填并固定，从其中两个筒状电极(2,5)引出所述电极装置(15)的输入端，分别与所述信号源(1)的两个输出端连接，从另外两个筒状电极(3,4)引出所述电极装置(15)的输出端，输出一个交流或脉冲电压(V1)；
平板状屏蔽板(12)，其与所述电极装置(15)的底侧保持一定的距离，并且其面积不小于所述电极装置(15)的轴向投影面积；
温度传感器(7)，用于输出表示所述电解质溶液温度的电压信号(Vt)；
可以利用下述函数关系得到所述电解质溶液的浓度：
C=f(V1,Vt)
式中，C表示所述电解质溶液的浓度，Vt是表示所述电解质溶液温度的电压，V1表示所述电极装置(15)输出的交流或脉冲电压，f代表函数关系。
2．如权利要求1所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，在所述电极装置的外周设置一个金属制成的与所述电极装置(15)同轴的筒状屏蔽电极(16)，其与筒状电极(2,3,4,5)绝缘并与所述平板状屏蔽板(12)一同接地。
3．如权利要求2所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，在所述信号源(1)与所述筒状电极(2,5)组成的回路中还串联连接有一个电阻(8)，通过测量所述电阻(8)两端的电压(V2)可以计算出通过所述电解质溶液的电流，从而判断所述电极装置是否结垢。
4．如权利要求3所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，它还包括：
一个A/D转换器(10)，其接受所述温度传感器(7)输出的表示所述电解质溶液温度的电压信号(Vt)、所述电极装置(15)输出的交流或脉冲电压(V1)和所述电阻(8)两端的电压(V2)，进行模数转换；
一个计算机(11)，用于接受所述A/D转换器(10)的输出，实现对所述电解质溶液的浓度的自动连续地测定和对所述电极装置结垢情况的监视。
5．如权利要求1-4中任一项所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，所述筒状电极(2,3,4,5)的形状为圆筒状。
6．如权利要求1-4中任一项所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，所述筒状电极(2,3,4,5)等距配置。
7．如权利要求1-4中任一项所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，所述筒状电极(2,3,4,5)由镀金铁板制成。
8．如权利要求1-4中任一项所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，所述平板状屏蔽板(12)平行于所述电极装置(15)的底端配置。
9．如权利要求1-4中任一项所述的电解质溶液浓度测定装置，其特征在于，所述平板状屏蔽板(12)与所述电极装置(15)底端之间形成一个足够小但又能充分与所述电解质溶液接触的固定空间。
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