CN1821763A - 一种溶液电导率的测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种溶液电导率的测量方法是，对电导池的两极施加一个半周脉宽为t的交流信号源，通过测量电导池的信号在任一半周0－49％t范围内某一Tx1时的值X1，和任一半周51－100％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电导率或电阻率值。本发明的测量方法中，当X1/X2的值大于某一预先设定的上限值或X2/X1的值小于某一预先设定的下限值时，提出测量报警，要求更换更大的电导池常数的电导电极进行可靠的测量，以避免进行有较大测量误差的测量操作。本发明减少了电导池的电容效应和极化效应对测量的影响，扩大电导池的测量范围。可确定电导电极的极化程度。

Description

一种溶液电导率的测量方法
技术领域
本发明涉及电化学测量技术领域，特别是一种溶液电导率(电阻率)的测量方法。
背景技术
长期以来，如何测量溶液的电导率，一直是测量人员及电导率仪生产厂家十分关注和深入研究的课题。电导池中溶液的电导率可以有下式计算获得：
                     g＝K/R
式中K是电导池常数(又称电极常数)。
    g是电导率，单位：S/cm。
    R是电阻率，单位：Ω/cm
由此，对电导率的测量可转换成对电阻率的测量。
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交流电压后，在两极上将产生极化层，同时，在两极及两极间存在电容效应，这样，电导池不再是一个纯电阻，而是包含容抗的阻抗了，其等效物理模型如附图1所示。图中，RL1，RL2为引线电阻，CDL1、CDL2表示两个电极片上感应的阻抗，即通常所说的极间极化电阻，RSDL代表两极之间溶液的电阻。
其中，引线电阻RL1，RL2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CDL1、CDL2、RSDL和CP，由于CDL1和CDL2对于交流信号而言提供了一个低通通路，Z1和Z2分别被CDL1和CDL2短路，通常情况下，CP很小，CDL1和CDL2很大，电导池的阻抗就近似为RSDL。这就是现有交流电导测定采用的方法。显然，在测量RSDL很大的高电阻溶液(如较纯的水)时，CP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少极化产生的影响，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。在中国专利申请号CN200410066147.7公开了一种水的电导率的测量方法，其是分别在电导率的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号，其中，ωb＝2ωa分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|获得所需测定的电导率g。
但是上述方法均由于电导池的电容效应和极化效应的存在，约束了电导池的测量量程，影响溶液电导率的测量精度，并造成在低电导测量时的校正困难，且无法判断极化效应的程度，从而不能给使用者适当的提示，以避免进行有较大测量误差的测量操作，和进行准确测量的有益提示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少电导率的电容效应和极化效应对测量的影响，扩大电导池的测量范围，使小电导池常数的电导池能在国家标准电导溶液中正常标定的溶液电导率的测量方法。
作为实现本发明目的的溶液电导率的测量方法是，对电导池的两极施加一个半周脉宽为t的交流信号源，通过测量电导池的信号在任一半周0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和任一半周51-100％范围内某一Tx2时的值X2，计算出电导率或电阻率值。
本发明采用的交流信号源为方波交流源。
本发明测量电导池的信号为电导池的电压信号或电流信号。
本发明的测量方法中，当X1/X2的值大于某一预先设定的上限值或X2/X1的值小于某一预先设定的下限值时，提出测量报警，要求更换更大的电导池常数的电导电极进行可靠的测量，以避免进行有较大测量误差的测量操作。
由于本发明的测量方法及计算方法减少了电导池的电容效应和极化效应对测量的影响，扩大电导池的测量范围，如同一电导电极的测量范围可扩大一个数量级，使小电导池常数的电导池能在国家标准电导溶液中进行标定，如电导池常数为0.01的光亮铂电导电极可用146.6uS/cm国家标准电导溶液中进行校正，使得低电导率的溶液取得具有可信及可比性的测量值。这样，同样电导池常数光亮铂电导电极与采用常规测量方法的镀铂黑的电导电极具有相同的测量范围，且光亮铂电导电极的电导池常数稳定性及电极的使用寿命均远大于镀铂黑的电导电极。
当然，使用本发明的测量方法同样使镀铂黑的电导电极的测量范围扩大了一个数量级。
由于本发明的测量方法及计算方法减少了电导池的电容效应和极化效应对测量的影响，扩大了电导池的测量范围，这样一支常规电导电极，以前如不能用直接标定法来确定电导池常数，现在用本发明的方法就可直接标定电导池常数；以前只能用一种溶液来直接标定电导池常数，用本发明的测量方法不仅可直接标定电导池常数，还可用另一种国家标准电导溶液来验证测量的准确性。
由于本发明的测量方法及计算方法可确定电导电极的极化程度，当极化效应很大且已对测量产生影响时，可对使用者提出警示，表明应当更换更大的电导池常数的电导电极进行可靠的测量，以避免进行错误的测量。
本发明的测量方法进行单一成份的电导酸碱浓度测量，可取得比电磁法电导酸碱浓度测量方法更高的测量精度。
进行工业电导率测量时，可减少电导电极电缆分布电容对测量的影响。
附图说明
图1为现有测量方法的等效物理模型示意图。
图2本发明电导率测量基本电路图。
图3本发明电导率测量的时序图。其中
图3a为输入方波交流源的波形图。
图3b为无极化状态下电导池的信号的波形图。
图3c为有极化影响时电导池的信号的波形图。
图3d为严重极化状态下电导池的信号的波形图。
图4本发明电阻率测量基本电路图。
图5本发明电阻率测量的时序图。其中
图5a为输入方波交流源的波形图。
图5b为无极化状态下电导池的信号的波形图。
图5c为有极化影响时电导池的信号的波形图。
图5d为严重极化状态下电导池的信号的波形图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例1介绍的是本发明用于测量电导率的方法。
参见图2，电导率测量电路与现有的常规测量电路基本相同，1为电导池。电导池1的一个电极与运算放大器A的反向端连接，运算放大器A的反向端与输出端之间连有电阻Rf，正向端接地，给电导池1加上一个幅值稳定、半周脉宽为t的交流方波信号Vi，测量运算放大器A的输出电压V0。
参看图3，对电导池1的两极施加一个半周脉宽为t的交流方波信号Vi，其波形如图3a，通过测量电导池1的电流信号在任一半周0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和任一半周51-100％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电导率。
本实施例是测量电导池1的电流信号在一个半周的上升沿开始0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和此半周下降沿前0-49％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电导率。
当然，值X1和值X2也可以不在同一半周内测量，这不影响本发明的测量的准确性。
从图3中可以看出，当无极化现象产生时，运算放大器A的输出电压V0的波形基本上与输入的交流方波信号Vi波形基本相同，另外图3c和图3d给出了有极化和严重极化两种状态下的波形图，从上述波形图可以看出，无论出现什么样的极化状态，本发明的方法测量的值X1和值X2是准确的，不象现有测量方法中，一旦出现极化现象，就会造成测量不准。
这样，本发明就可以衍生出一种对极化状态进行监控的方法，如当X1/X2的值大于某一预先设定值上限或X2/X1的值小于某一预先设定的下限值时，极化现象非常严重，提出测量报警，要求更换更大的电导池常数的电导电极进行可靠的测量，以避免进行有较大测量误差的测量操作。
实施例2
本实施例2介绍的是本发明用于测量电阻率的方法。
参见图4，电阻率测量电路与现有的常规测量电路基本相同，1为电导池。电导池1的两个电极跨接在运算放大器A反向端与输出端之间，运算放大器A的反向端还接一电阻Rf。运算放大器A的正向端接地，给电阻Rf加上一个幅值稳定、半周脉宽为t的交流方波信号Vi，测量运算放大器A的输出电压V0。
参看图5，对电导池1的两极施加一个半周脉宽为t的交流方波信号Vi，其波形如图3a，通过测量电导池1的电压信号在任一半周0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和任一半周51-100％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电阻率值。
本实施例是测量电导池1的电压信号在一个半周的上升沿开始0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和此半周下降沿前0-49％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电阻率值。
当然，值X1和值X2也可以不在同一半周内测量，这不影响本发明的测量的准确性。
从图5中可以看出，当无极化现象产生时，运算放大器A的输出电压V0的波形基本上与电导池1的两极施加的交流方波信号Vi波形基本相同，另外图5c和图5d给出了有极化和严重极化两种状态下的波形图，从上述波形图可以看出，无论出现什么样的极化状态，本发明的方法测量的值X1和值X2是准确的，不象现有测量方法中，一旦出现极化现象，就会造成测量不准。
这样，本发明就可以衍生出一种对极化状态进行监控的方法，如当X1/X2的值大于某一预先设定值上限或X2/X1的值小于某一预先设定的下限值时，极化现象非常严重，提出测量报警，要求更换更大的电导池常数的电导电极进行可靠的测量，以避免进行有较大测量误差的测量操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1、一种溶液电导率的测量方法是，对电导池的两极施加一个半周脉宽为t的交流信号源，通过测量电导池的信号在任一半周0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和任一半周51-100％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电导率或电阻率值。
2、根据权利要求1所述的一种溶液电导率的测量方法，其特征在于，采用的交流信号源为方波交流源。
3、根据权利要求1所述的一种溶液电导率的测量方法，其特征在于，测量电导池的信号为电导池的电压信号或电流信号。
4、根据权利要求1所述的一种溶液电导率的测量方法，其特征在于，对电导池的两极施加一个半周脉宽为t的交流信号源，通过测量电导池的信号在上半周的上升沿或下半周的下降沿开始0-49％t范围内某一Tx1时的值X1，和此上半周下降沿或此下半周的上升沿前0-49％t范围内某一Tx2时的值X2，计算出电导率或电阻率值。
5、根据权利要求1所述的一种溶液电导率的测量方法，其特征在于，当X1/X2的值大于某一预先设定的上限值或X2/X1的值小于某一预先设定的下限值时，提出测量报警，要求更换更大的电导池常数的电导电极进行可靠的测量，以避免进行有较大测量误差的测量操作。
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