CN1619318A - 水的电导率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水的电导率的测量方法，其特征在于：分别在电导池的两极加上频率为ω_a和ω_b的正弦信号，其中，ω_b＝2ω_a，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Z_a|和|Z_b|，利用下式获得所需测定的电导率值g，

式中，K是电导池常数，r＝|Z_a|/|Z_b|。本发明不存在理论误差，完全消除了电导交流测定法的电容效应的影响，能够准确测量水的电导率。

Description

水的电导率的测量方法

                         技术领域

本发明涉及一种通过测试液体阻抗获知其电导率的方法，具体涉及一种水的电导率的测量方法。

                         背景技术

电导率是发电厂水质控制的重要指标之一，长期以来，如何准确测量水的电导率，特别是高纯水的电导率，一直是水质监控人员及电导仪生产厂家十分关注和深入研究的课题。电导池中水的电导率可以由下式计算获得：

        g＝K/R                 (1)

式中，K是电导池常数(又称电极常数)。

由此，对电导率的测定转换成对电阻的测定。

目前，电导率的测量方法，主要有直流电导测定法和交流电导测定法，其中，直流电导测定法由于难以解决电极的“极化效应问题”，已很少采用。交流电导测定法则是在电导池的两极间加上正弦电压信号，利用交流信号来减少极化效应的影响。

当电导池两极间加上正弦电压后，在两极上将产生极化层，同时，在两极化层及两极间存在电容效应，这样，电导池不再是一个纯电阻，而是包含容抗在内的阻抗了，其等效物理模型如附图1所示。图中，R_L1，R_L2为引线电阻，C_DL1和C_DL2表示由极化引起的两个双电层上的电容，C_P为电导池的极间电容，Z₁和Z₂代表在两个电极片上感应的阻抗，即通常所说的极间极化电阻，R_SDL代表两极之间水的电阻。

其中，引线电阻R_L1，R_L2在通常情况下是忽略不计的，当电导池两端施加一个交流电源时，它将同时流过C_DL1、C_DL2、R_SDL和C_P，由于C_DL1和C_DL2对于交流信号而言提供了一个低通通路，Z₁和Z₂分别被C_DL1和C_DL2短路，通常情况下，C_P很小，C_DL1和C_DL2很大，电导池的阻抗就近似为R_SDL。这就是现有交流电导测定法采用的方法。显然，在测量R_SDL很大的高电阻溶液(如较纯的水)时，C_P的影响就不可忽略了，此时，采用现有的交流测定法准确度不高。

为此，人们通过各种途径寻求较准确的水的电导率的测试方法。刘开培等在《高纯水电导率测定用动态脉冲产生方法》(工业仪表与自动化装置，1999年第5期)一文中，给出了一种利用动态脉冲测定电导率的方法，其通过限制脉冲宽度来减小极化产生的影响，但文中也指出，对于不同的被测溶液，脉冲宽度的影响是不同的，这就造成了该方法实用中的困难，同时，该方法需要产生动态脉冲，这也造成了设备制造难度和成本的增加。在中国专利申请CN1459629A中公开了一种溶液电导率的测量方法，通过有功功率的测量来间接地计算电导率，该方法需要用时间积分进行计算，增加了处理难度。

                         发明内容

本发明目的是提供一种可以避免极化效应和分布电容的影响，获得准确的电导率值的水的电导率的测量方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水的电导率的测量方法，分别在电导池的两极加上频率为ω_a和ω_b的正弦信号，其中，ω_b＝2ω_a，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Z_a|和|Z_b|，利用下式获得所需测定的电导率值g，

$g=K/\left(\right|Z_a|\·\sqrt{1+\frac{r^2-1}{4-r^2}})$

式中，K是电导池常数，r＝|Z_a|/|Z_b|。

上述技术方案中，所述阻抗的模的测量方法为，采用电导池与运算放大器反相端连接的电路，给电导池加上一个幅值稳定的正弦信号，通过测量运算放大器的输出电压V_o与电导池的输入电压V_i，获得阻抗的模|Z|＝R_fV_i/V_o，式中，R_f是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。分别加上频率为ω_a的正弦信号和频率为ω_b＝2ω_a的正弦信号，即可测得两个频率下的阻抗的模。

当然，也可以采用另一种技术方案测量阻抗的模，即，先加上频率ω_a的正弦信号，测出电压U_a和电流I_a，获得阻抗的模|Z_a|＝U_a/I_a；再加上频率ω_b＝2ω_a的正弦信号，测出电压U_b和电流I_b，获得阻抗的模|Z_b|＝U_b/I_b。

本发明的原理是：

在附图1中，由于C_DL1和C_DL2很大，而C_P很小，因此，图1可以简化为附图2的等效物理模型，其中R≈R_SDL，C≈C_P。

在频率为ω_a的正弦信号作用下，RC并联阻抗为

$Z_a=\frac{R(1-j{\mathrm{\ω}}_a\mathrm{RC})}{1+{{\mathrm{\ω}}_a}^2{R}^2{C}^2}$

阻抗的模

$\left|Z_a\right|=\frac{R}{\sqrt{1+{\mathrm{\ω}}_a^2{R}^2{C}^2}}$

测量电导只要知道正弦波的幅值(即只要知道阻抗的模)，没有必要关心相位，当激励正弦波信号的频率ω_b＝2ω_a时，阻抗的模为

$\left|Z_b\right|=\frac{R}{\sqrt{1+4{\mathrm{\ω}}_a^2{R}^2{C}^2}}$

令 $t={\mathrm{\ω}}_a^2{R}^2{C}^2,$ r＝|Z_a|/|Z_b|，有

$r=\sqrt{\frac{1+4t}{1+t}}$

可解得

$t=\frac{r^2-1}{4-r^2}$

因而，

$g=K/\left(\right|Z_a|\·\sqrt{1+\frac{r^2-1}{4-r^2}})$

测量阻抗时，参见附图3所示，其中，电导池相当于其阻抗的模|Z|，则有

V_o＝V_iR_f/|Z|

可知，|Z|＝R_fV_i/V_o

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.由于本发明利用两个倍频的正弦信号进行测量，可以获得水的实际电阻，不存在理论误差，从而完全消除了电导交流测定法的电容效应的影响；

2.本发明通过两次测定获得的两个阻抗的模值，经简单运算即可获得电导率，实现方便，可以利用现有的交流电导率测量装置，增加双倍频正弦信号发生器，通过改变控制程序即可实现测量。

                         附图说明

附图1为电导池的等效物理模型；

附图2为电导池的简化等效物理模型；

附图3为本发明实施例一的方法采用的测量电路原理示意图。

其中：[1]、电导池。

                       具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种水的电导率的测量方法，分别在电导池的两极加上频率为ω_a和ω_b的正弦信号，其中，ω_b＝2ω_a，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Z_a|和|Z_b|，利用下式获得所需测定的电导率值g，

$g=K/\left(\right|Z_a|\·\sqrt{1+\frac{r^2-1}{4-r^2}})$

式中，K是电导池常数，r＝|Z_a|/|Z_b|。

本实施例中，所述阻抗的模的测量电路参见附图3所示，电导池1的一个电极与运算放大器A的反相端连接，运算放大器A的反相端与输出端之间连接有电阻R_f，给电导池1加上一个幅值稳定的正弦信号V_i，通过测量运算放大器A的输出电压V_o与电导池1的输入电压V_i，获得电导池1的阻抗的模|Z|＝R_fV_i/V_o，式中，R_f是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。测量时，分别加上两种频率的正弦信号，测出对应的电导池的阻抗的模，再得出所需测定的电导率值。

实施例二：一种水的电导率的测量方法，分别在电导池的两极加上频率为ω_a和ω_b的正弦信号，其中，ω_b＝2ω_a，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Z_a|和|Z_b|，利用下式获得所需测定的电导率值g，

$g=K/\left(\right|Z_a|\·\sqrt{1+\frac{r^2-1}{4-r^2}})$

式中，K是电导池常数，r＝|Za_|/|Z_b|。

本实施例中，所述阻抗的模的测量方法可以是，先加上频率ω_a的正弦信号，测出电压U_a和电流I_a，获得阻抗的模|Z_a|＝U_a/I_a；再加上频率ω_b＝2ω_a的正弦信号，测出电压U_b和电流I_b，获得阻抗的模|Z_b|＝U_b/I_b。

Claims (2)

1.一种水的电导率的测量方法，其特征在于：分别在电导池的两极加上频率为ω_a和ω_b的正弦信号，其中，ω_b＝2ω_a，分别测出在两种频率下的阻抗的模|Z_a|和|Z_b|，利用下式获得所需测定的电导率值g，

$g=K/\left(\right|Z_a|\·\sqrt{1+\frac{r^2-1}{4-r^2}})$

式中，K是电导池常数，r＝|Z_a|/|Z_b|。

2.根据权利要求1所述的水的电导率的测量方法，其特征在于：所述阻抗的模的测量方法为，采用电导池与运算放大器反相端连接的电路，给电导池加上一个幅值稳定的正弦信号，通过测量运算放大器的输出电压V_o与电导池的输入电压V_i，获得阻抗的模|Z|＝R_fV_i/V_o，式中，R_f是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。

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