專利名稱：三角波激勵(lì)并對(duì)響應(yīng)電流積分處理的溶液電導(dǎo)率測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溶液電導(dǎo)率或電阻率的測(cè)量方法，尤其涉及采用三角波為激勵(lì)信號(hào)并對(duì)響應(yīng)電流積分預(yù)處理以提高測(cè)量抗干擾性的能消除電極的雙電層電容以及電極分布電容對(duì)溶液電導(dǎo)率或電阻率測(cè)量影響的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
溶液電導(dǎo)率的基本測(cè)量方法是測(cè)量施加在置入溶液的電極的兩端上的電壓Ud和流過電極的電流I，計(jì)算電極之間的電阻R=UD/I，用G=K/R計(jì)算溶液的電導(dǎo)率，其中K為電極常數(shù)。但置入溶液內(nèi)的電極在通電后會(huì)產(chǎn)生極化，使測(cè)得的電壓Ud實(shí)質(zhì)上不是溶液本身兩端的電壓，而是施加在溶液電阻和涉及溶液/金屬電極界面過程的雙電層電容(以下簡(jiǎn)稱電極的雙電層電容)這兩個(gè)串聯(lián)的虛擬電子器件上的電壓，因此公式R=UD/I存在理論誤 差；為了減小電極極化對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，基本方法是在電極上施加正負(fù)極性對(duì)稱的交流電，但是在交流激勵(lì)信號(hào)作用下，測(cè)得的電流I并不是單純流過溶液的電流，而是流過溶液電阻支路并聯(lián)電極分布電容(包含電極極間電容、電極引線電容)支路的總電流，因此使用交流激勵(lì)方法在減小電極極化影響的同時(shí)卻引入了電極分布電容對(duì)測(cè)量的影響。中國專利號(hào)為ZL02111820. 5的專利介紹了一種利用有功進(jìn)行測(cè)量的方法，測(cè)量電極兩端的電壓和流經(jīng)電極的電流，利用公式G = C*/ I2dt/ / UXIdt求得溶液電導(dǎo)率，該方法所提出的數(shù)學(xué)模型可以消除電極的雙電層影響，但不能消除電極分布電容對(duì)測(cè)量的影響，因?yàn)閺碾娐分苯訙y(cè)得的電流I是流過溶液支路的電流與流過電極分布電容支路的電流之和，不是流過溶液的支路電流，因此，該專利所提出的數(shù)學(xué)計(jì)算模型只適合于忽略電極分布電容影響的高電導(dǎo)率測(cè)量場(chǎng)合，而不適合于低電導(dǎo)率如接近純水的溶液電導(dǎo)率測(cè)量場(chǎng)合。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410066147. 7的文件公布了一種測(cè)量方法，用兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)對(duì)電極進(jìn)行激勵(lì)，分別求得二個(gè)阻抗模I Za I和I Zb I，以及r= I Za | / | Zb |，然后利用下式E = K^+求得溶液的電導(dǎo)率，式中K為電極常數(shù)。該方法提出的數(shù)學(xué)計(jì)算式是基于忽略電極的雙電層電容影響的電導(dǎo)池模型導(dǎo)出的，只適用于低電導(dǎo)率的測(cè)量場(chǎng)合；對(duì)于高電導(dǎo)率溶液，溶液電阻較小，電極的雙電層電容影響相對(duì)較強(qiáng)，這種場(chǎng)合下該方法的測(cè)量誤差較大。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200610030555. 6的文件公布了一種測(cè)量方法，包括兩種實(shí)施方案。第一種方案是雙頻法，采用兩種不同頻率的交流方波電流分別對(duì)電極進(jìn)行激勵(lì)，對(duì)電極的響應(yīng)電壓波形進(jìn)行同步檢波，求出平均電壓值，除以激勵(lì)電流的幅值，求得視在電阻值，以二次測(cè)得的視在電阻值、兩個(gè)激勵(lì)頻率之比作為輸入按一定公式計(jì)算溶液電阻。該實(shí)施方案的數(shù)學(xué)模型是建立在兩次不同頻率激勵(lì)電流作用下電極的雙電層電容是相同的假設(shè)基礎(chǔ)之上，這種假設(shè)在理論上存在不準(zhǔn)確性。第二種方案是單頻三電壓法，測(cè)量半周期內(nèi)三個(gè)不同時(shí)刻的電壓或三個(gè)時(shí)間段的平均電壓，代入已知電極響應(yīng)波形函數(shù)建立聯(lián)立方程，解聯(lián)立方程得溶液電阻值。這個(gè)文件所公布的測(cè)量方法采用交流方波電流進(jìn)行激勵(lì)，當(dāng)溶液電導(dǎo)率很低即溶液電阻很大時(shí)，同步電壓檢測(cè)單元對(duì)激勵(lì)電流的分流作用相對(duì)變大，因此對(duì)于低電導(dǎo)率測(cè)量，相對(duì)誤差將變大。對(duì)于寬范圍的電導(dǎo)率測(cè)量，用于激勵(lì)電極的穩(wěn)定交流方波電流需要寬范圍分級(jí)，在實(shí)現(xiàn)上不方便。目前現(xiàn)有的關(guān)于溶液電導(dǎo)率測(cè)量方面的專利文獻(xiàn)及論文基本集中于激勵(lì)信號(hào)是正弦交流信號(hào)或者交流方波信號(hào)的情況進(jìn)行論述。常用的方法有相敏檢波法、雙脈沖法和動(dòng)態(tài)脈沖法等，所有方法最終轉(zhuǎn)換為對(duì)電導(dǎo)池模型的阻容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解耦，有些計(jì)算方法需要采用迭代處理的增加了計(jì)算量，影響實(shí)時(shí)處理或者影響計(jì)算精度。如果阻容網(wǎng)絡(luò)解耦有閉式解，又能定量計(jì)入電極的雙電層電容和電極分布電容影響，必將為精密電導(dǎo)率測(cè)量奠定基礎(chǔ)
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種既可以消除電極的雙電層電容以及電極分布電容(包含電極極間電容、電極引線電容)兩方面對(duì)測(cè)量的不利影響，又能進(jìn)行快速運(yùn)算的具有閉式解耦阻容網(wǎng)絡(luò)功能的并且對(duì)電極響應(yīng)電流進(jìn)行積分預(yù)處理以提高抗干擾性的溶液電導(dǎo)率或電阻率的測(cè)量方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是將電極置入被測(cè)溶液中，采用電壓幅值為U、周期為2T的交流對(duì)稱三角波信號(hào)對(duì)電極進(jìn)行激勵(lì)，以三角波的波谷或者波峰為起點(diǎn)時(shí)刻、以三角波的上波段或者在下波段的3個(gè)時(shí)間四等分分割點(diǎn)時(shí)刻分別為終點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電極響應(yīng)電流進(jìn)行積分，設(shè)這三個(gè)電流積分值分別為I、Q2和q3，利用下式獲得所需測(cè)定的溶液的電阻值
權(quán)利要求
1.三角波激勵(lì)并對(duì)響應(yīng)電流積分處理的溶液電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于采用電壓幅值為U、周期為2T的交流對(duì)稱三角波信號(hào)對(duì)電極進(jìn)行激勵(lì)，以三角波的波谷或者波峰為起點(diǎn)時(shí)刻、以三角波的上波段或者在下波段的3個(gè)時(shí)間四等分分割點(diǎn)時(shí)刻分別為終點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電極響應(yīng)電流進(jìn)行積分，設(shè)這三個(gè)電流積分值分別為^q2和q3，利用下式獲得所需測(cè)定的溶液的電阻值Rx，
2.如權(quán)利要求I所述的三角波激勵(lì)并對(duì)響應(yīng)電流積分處理的溶液電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于所述的交流對(duì)稱三角波是指三角波的波峰與波谷的極性相反、幅度相等，上波段與下波段的斜率絕對(duì)值相等。
全文摘要
公開一種三角波激勵(lì)并對(duì)響應(yīng)電流積分處理的溶液電導(dǎo)率測(cè)量方法采用幅值為U、周期為2T的交流對(duì)稱三角波電壓信號(hào)對(duì)電極激勵(lì)，以三角波的波谷(或者波峰)為起點(diǎn)時(shí)刻、以三角波的上波段(或者在下波段)的3個(gè)時(shí)間四等分分割點(diǎn)時(shí)刻分別為終點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電極響應(yīng)電流進(jìn)行積分，設(shè)三個(gè)電流積分值分別為q1、q2和q3，利用下式計(jì)算溶液的電阻值Rx，再用G=K/Rx獲得電導(dǎo)率，K為電極常數(shù)。本方案完全消除分布電容和電極極化電容對(duì)測(cè)量的影響，對(duì)激勵(lì)信號(hào)頻率大小沒有特別要求，可以在較寬范圍內(nèi)任意選擇，可滿足低電導(dǎo)率和高電導(dǎo)率的測(cè)量需求，對(duì)電極響應(yīng)電流積分的目的是免除對(duì)獨(dú)立點(diǎn)時(shí)刻的電流檢測(cè)易受干擾的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R27/22GK102809697SQ20121030562
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者廖曉東, 林瀟, 洪親 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)