專利名稱：水的電導(dǎo)率的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過測試液體阻抗獲知其電導(dǎo)率的方法，具體涉及一種水的電導(dǎo)率的測量方法。
背景技術(shù)：
電導(dǎo)率是發(fā)電廠水質(zhì)控制的重要指標(biāo)之一，長期以來，如何準(zhǔn)確測量水的電導(dǎo)率，特別是高純水的電導(dǎo)率，一直是水質(zhì)監(jiān)控人員及電導(dǎo)儀生產(chǎn)廠家十分關(guān)注和深入研究的課題。電導(dǎo)池中水的電導(dǎo)率可以由下式計(jì)算獲得g＝K/R (1)式中，K是電導(dǎo)池常數(shù)(又稱電極常數(shù))。
由此，對電導(dǎo)率的測定轉(zhuǎn)換成對電阻的測定。
目前，電導(dǎo)率的測量方法，主要有直流電導(dǎo)測定法和交流電導(dǎo)測定法，其中，直流電導(dǎo)測定法由于難以解決電極的“極化效應(yīng)問題”，已很少采用。交流電導(dǎo)測定法則是在電導(dǎo)池的兩極間加上正弦電壓信號，利用交流信號來減少極化效應(yīng)的影響。
當(dāng)電導(dǎo)池兩極間加上正弦電壓后，在兩極上將產(chǎn)生極化層，同時(shí)，在兩極化層及兩極間存在電容效應(yīng)，這樣，電導(dǎo)池不再是一個(gè)純電阻，而是包含容抗在內(nèi)的阻抗了，其等效物理模型如附圖1所示。圖中，RL1，RL2為引線電阻，CDL1和CDL2表示由極化引起的兩個(gè)雙電層上的電容，CP為電導(dǎo)池的極間電容，Z1和Z2代表在兩個(gè)電極片上感應(yīng)的阻抗，即通常所說的極間極化電阻，RSDL代表兩極之間水的電阻。
其中，引線電阻RL1，RL2在通常情況下是忽略不計(jì)的，當(dāng)電導(dǎo)池兩端施加一個(gè)交流電源時(shí)，它將同時(shí)流過CDL1、CDL2、RSDL和CP，由于CDL1和CDL2對于交流信號而言提供了一個(gè)低通通路，Z1和Z2分別被CDL1和CDL2短路，通常情況下，CP很小，CDL1和CDL2很大，電導(dǎo)池的阻抗就近似為RSDL。這就是現(xiàn)有交流電導(dǎo)測定法采用的方法。顯然，在測量RSDL很大的高電阻溶液(如較純的水)時(shí)，CP的影響就不可忽略了，此時(shí)，采用現(xiàn)有的交流測定法準(zhǔn)確度不高。
為此，人們通過各種途徑尋求較準(zhǔn)確的水的電導(dǎo)率的測試方法。劉開培等在《高純水電導(dǎo)率測定用動態(tài)脈沖產(chǎn)生方法》(工業(yè)儀表與自動化裝置，1999年第5期)一文中，給出了一種利用動態(tài)脈沖測定電導(dǎo)率的方法，其通過限制脈沖寬度來減小極化產(chǎn)生的影響，但文中也指出，對于不同的被測溶液，脈沖寬度的影響是不同的，這就造成了該方法實(shí)用中的困難，同時(shí)，該方法需要產(chǎn)生動態(tài)脈沖，這也造成了設(shè)備制造難度和成本的增加。在中國專利申請CN1459629A中公開了一種溶液電導(dǎo)率的測量方法，通過有功功率的測量來間接地計(jì)算電導(dǎo)率，該方法需要用時(shí)間積分進(jìn)行計(jì)算，增加了處理難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可以避免極化效應(yīng)和分布電容的影響，獲得準(zhǔn)確的電導(dǎo)率值的水的電導(dǎo)率的測量方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種水的電導(dǎo)率的測量方法，分別在電導(dǎo)池的兩極加上頻率為ωa和ωb的正弦信號，其中，ωb＝2ωa，分別測出在兩種頻率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式獲得所需測定的電導(dǎo)率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是電導(dǎo)池常數(shù)，r＝|Za|/|Zb|。
上述技術(shù)方案中，所述阻抗的模的測量方法為，采用電導(dǎo)池與運(yùn)算放大器反相端連接的電路，給電導(dǎo)池加上一個(gè)幅值穩(wěn)定的正弦信號，通過測量運(yùn)算放大器的輸出電壓Vo與電導(dǎo)池的輸入電壓Vi，獲得阻抗的模|Z|＝RfVi/Vo，式中，Rf是運(yùn)算放大器反相端與輸出端之間連接的反饋電阻。分別加上頻率為ωa的正弦信號和頻率為ωb＝2ωa的正弦信號，即可測得兩個(gè)頻率下的阻抗的模。
當(dāng)然，也可以采用另一種技術(shù)方案測量阻抗的模，即，先加上頻率ωa的正弦信號，測出電壓Ua和電流Ia，獲得阻抗的模|Za|＝Ua/Ia；再加上頻率ωb＝2ωa的正弦信號，測出電壓Ub和電流Ib，獲得阻抗的模|Zb|＝Ub/Ib。
本發(fā)明的原理是在附圖1中，由于CDL1和CDL2很大，而CP很小，因此，圖1可以簡化為附圖2的等效物理模型，其中R≈RSDL，C≈CP。
在頻率為ωa的正弦信號作用下，RC并聯(lián)阻抗為Za=R(1-jωaRC)1+ωa2R2C2]]>阻抗的模|Za|=R1+ωa2R2C2]]>測量電導(dǎo)只要知道正弦波的幅值(即只要知道阻抗的模)，沒有必要關(guān)心相位，當(dāng)激勵(lì)正弦波信號的頻率ωb＝2ωa時(shí)，阻抗的模為|Zb|=R1+4ωa2R2C2]]>令t=ωa2R2C2,]]>r＝|Za|/|Zb|，有r=1+4t1+t]]>可解得t=r2-14-r2]]>因而，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>測量阻抗時(shí)，參見附圖3所示，其中，電導(dǎo)池相當(dāng)于其阻抗的模|Z|，則有Vo＝ViRf/|Z|可知，|Z|＝RfVi/Vo由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明利用兩個(gè)倍頻的正弦信號進(jìn)行測量，可以獲得水的實(shí)際電阻，不存在理論誤差，從而完全消除了電導(dǎo)交流測定法的電容效應(yīng)的影響；2.本發(fā)明通過兩次測定獲得的兩個(gè)阻抗的模值，經(jīng)簡單運(yùn)算即可獲得電導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)方便，可以利用現(xiàn)有的交流電導(dǎo)率測量裝置，增加雙倍頻正弦信號發(fā)生器，通過改變控制程序即可實(shí)現(xiàn)測量。


附圖1為電導(dǎo)池的等效物理模型；附圖2為電導(dǎo)池的簡化等效物理模型；附圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的方法采用的測量電路原理示意圖。
其中[1]、電導(dǎo)池。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一一種水的電導(dǎo)率的測量方法，分別在電導(dǎo)池的兩極加上頻率為ωa和ωb的正弦信號，其中，ωb＝2ωa，分別測出在兩種頻率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式獲得所需測定的電導(dǎo)率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是電導(dǎo)池常數(shù)，r＝|Za|/|Zb|。
本實(shí)施例中，所述阻抗的模的測量電路參見附圖3所示，電導(dǎo)池1的一個(gè)電極與運(yùn)算放大器A的反相端連接，運(yùn)算放大器A的反相端與輸出端之間連接有電阻Rf，給電導(dǎo)池1加上一個(gè)幅值穩(wěn)定的正弦信號Vi，通過測量運(yùn)算放大器A的輸出電壓Vo與電導(dǎo)池1的輸入電壓Vi，獲得電導(dǎo)池1的阻抗的模|Z|＝RfVi/Vo，式中，Rf是運(yùn)算放大器反相端與輸出端之間連接的反饋電阻。測量時(shí)，分別加上兩種頻率的正弦信號，測出對應(yīng)的電導(dǎo)池的阻抗的模，再得出所需測定的電導(dǎo)率值。
實(shí)施例二一種水的電導(dǎo)率的測量方法，分別在電導(dǎo)池的兩極加上頻率為ωa和ωb的正弦信號，其中，ωb＝2ωa，分別測出在兩種頻率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式獲得所需測定的電導(dǎo)率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是電導(dǎo)池常數(shù)，r＝|Za|/|Zb|。
本實(shí)施例中，所述阻抗的模的測量方法可以是，先加上頻率ωa的正弦信號，測出電壓Ua和電流Ia，獲得阻抗的模|Za|＝Ua/Ia；再加上頻率ωb＝2ωa的正弦信號，測出電壓Ub和電流Ib，獲得阻抗的模|Zb|＝Ub/Ib。
權(quán)利要求
1.一種水的電導(dǎo)率的測量方法，其特征在于分別在電導(dǎo)池的兩極加上頻率為ωa和ωb的正弦信號，其中，ωb＝2ωa，分別測出在兩種頻率下的阻抗的模|Za|和|Zb|，利用下式獲得所需測定的電導(dǎo)率值g，g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>式中，K是電導(dǎo)池常數(shù)，r＝|Za|/|Zb|。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水的電導(dǎo)率的測量方法，其特征在于所述阻抗的模的測量方法為，采用電導(dǎo)池與運(yùn)算放大器反相端連接的電路，給電導(dǎo)池加上一個(gè)幅值穩(wěn)定的正弦信號，通過測量運(yùn)算放大器的輸出電壓Vo與電導(dǎo)池的輸入電壓Vi，獲得阻抗的模|Z|＝RfVi/Vo，式中，Rf是運(yùn)算放大器反相端與輸出端之間連接的反饋電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水的電導(dǎo)率的測量方法，其特征在于分別在電導(dǎo)池的兩極加上頻率為ω
文檔編號G01R27/22GK1619318SQ20041006614
公開日2005年5月25日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者陳小平, 陳紅仙 申請人:蘇州大學(xué)