采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置制造方法及圖紙

公開一種采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，由雙波形發生器、電導池、信號調理電路、參數檢測電路、運算及控制器和人機界面6個模塊組成；雙波形發生器能夠產生兩種不同波形的激勵信號，產生的第一種波形激勵信號用于測算電極分布電容，測算獲得的電極分布電容結合雙波形發生器產生的第二種波形激勵信號用于測算溶液的電阻和電導率。本方案可以對電極分布電容進行動態測定，消除電極分布電容和電極的雙電層電容對測量的影響，是精確測量溶液電導率的參考方案。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及溶液電導率或電阻率的測量裝置，尤其涉及采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置。
技術介紹
溶液電導率的基本測量方法是測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，計算電極之間的電阻R=UD/I，用G=K/R計算溶液的電導率，其中K為電極常數。但置入溶液內的電極在通電后會產生極化，使測得的電壓Ud 實質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(以下簡稱電極的雙電層電容)這兩個串聯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測量準確度的影響，基本方法是在電極上施加正負極性對稱的交流電，但是在交流激勵信號作用下，測得的電流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，因此使用交流激勵方法在減小電極極化影響的同時卻引入了電極分布電容對測量的影響。目前采用電化學分析方法測量溶液電導率的研究全部用阻容網絡作為電導池等效物理模型，而這些作為電導池等效物理模型的阻容網絡主要分為兩類，第一類是用一個被測溶液電阻并聯電極分布電容，這是較簡單的模型，也是多數溶液電導率測試方面的研究所涉及的，第二類為用一個被測溶液電阻串聯電極的雙電層電容后再并聯電極分布電容，這是相對復雜和較難處理的模型，參見本說明書附圖1，是適合精密測量的電導池等效物理模型。針對以第一類阻容網絡為電導池等效物理模型的研究主要解決的問題是消除電極分布電容的影響，在這方面取得了大量的研究成果，有采用相敏檢波的，有采用動態脈沖法的，有雙脈沖法的，還有采用雙頻率方波激勵的等等方法，這些研究成果取得了積極的效果，但是由于所用的電導池等效物理模型沒有把電極的雙電層電容考慮進去，自然也就忽略了電極的雙電層電容對測量的影響，在精密測量中電極的雙電層電容的影響是不能忽略的，哪怕電極的雙電層電容的容抗只有被測溶液電阻的1%大小，正因如此，針對第一類阻容網絡模型的研究向更精密測量的發展受到了限制。要實現溶液電導率的精密測量，要求各個環節都要盡可能精確，包括1、模擬電導池工作原理的阻容網絡模型必須更接近真實情況，根據電化學分析方面的研究成果，上述的第二類模型(即用一個被測溶液電阻串聯電極的雙電層電容后再并聯電極分布電容)要比第一類模型(即用一個被測溶液電阻并聯電極分布電容)更加接近真實的電導池、更加精確；2、建立在阻容網絡基礎上的求解數學表達式的推導要盡可能精確，少用最好不存在近似；3、數學表達式盡可能是閉式求解而不是迭代求解，數學表達式盡可能不出現分母接近于零的情況以避免數值計算誤差的放大；4、根據數學表達式進行數值計算時誤差盡可能小；5、電極激勵信號和電極響應信號的檢測如電流值、電壓值、功率值等誤差盡可能小。第4環節是數值計算理論范疇問題，特別涉及到數值的輸入存儲和計算的有效字長問題；第5環節是電路設計方面的問題；第Γ3環境是由總體方案確定的，是溶液電導率測量方案的核心。目前基于上述第二類電導池等效物理模型的研究還較少，尤其還未見基于第二類電導池等效物理模型的求解溶液電導率的無近似推導的計算表達式，除了本專利專利技術人曾在中國專利申請號為200910113046. 3的專利申請書中公開的一種溶液電導率的測量方法之外。該專利方法中的權利要求書未涉及電極分布電容的求解方法，只是把電極分布電容作為求解被測溶液電阻表達式中的輸入參數，而該專利說明書中推薦的電極分布電容的標定方法存在一些缺陷，因為在測試溶液的電導率時，電導池電極之間是充滿被測溶液的，而電導池電極之間充滿的溶液相當于電極極板之間的一種介質，作為介質的被測溶液的介電常數與空氣的會有差異，所以該專利方法所述的將電極置于空氣中標定測出的電極分布電容與電極置于被測溶液中的真實的電極分布電容會有差異。本技術專利的目的之一是對前述專利的一種補充，提出采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，該測量裝置包含兩種波形的激勵信號，第一種波形激勵信號用于測量求解電極分布電容，第二種波形激勵信號用于測量求解溶液的電阻及電導率。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種可以消除電極的雙電層電容以及電極分布電容(包含電極極間電容和電極引線電容)雙因素對測量的不利影響的具有兩種波形激勵信號特點的溶液電導率或電阻率的測量裝置。實現上述目的的技術方案是采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，由雙波形發生器、電導池、信號調理電路、參數檢測電路、運算及控制器和人機界面6個模塊組成；各模塊的功能及相互間的連接方式如下雙波形發生器能夠產生兩種不同波形的激勵信號，并受運算及控制器的控制以決定是產生第一種波形激勵信號還是第二種波形激勵信號以及產生激勵信號的時刻，雙波形發生器產生的激勵信號輸出至電導池的電極并對該電極進行激勵；雙波形發生器產生的第一種波形激勵信號用于測算電極分布電容，測算獲得的電極分布電容結合雙波形發生器產生的第二種波形激勵信號用于測算溶液的電阻和電導率；電導池內含電極和被測溶液，內含的電極接收來自雙波形發生器產生的激勵信號并被其激勵，產生電極響應信號輸出至信號調理電路；信號調理電路接收來自電導池的電極響應信號并對電極響應信號進行濾波和信號放大，濾波方式(如低通、高通或帶通)和信號放大倍數受運算及控制器的控制，信號調理電路的輸出連接至參數檢測電路；參數檢測電路受運算及控制器的控制對來自信號調理電路的信號進行參數檢測(如電壓、電流、功率的瞬時值或有效值等)并將參數檢測的結果輸出至運算及控制器；運算及控制器的連接及功能包含7方面a、對雙波形發生器控制以決定是產生第一種波形激勵信號還是第二種波形激勵信號以及產生激勵信號的時刻；b、對信號調理電路控制以決定信號調理電路的濾波方式和信號放大倍數；C、對參數檢測電路控制以決定檢測明P種參數以及檢測參數的時刻(如瞬時值的檢測時刻)；d、接收來自參數檢測電路的輸出信號；e、對來自參數檢測電路的信號進行數據運算處理；f、對數據運算處理的結果輸出至人機界面進行顯示；g、接收來自人機界面的輸入(進行測量裝置的參數設置例如選擇電導率測量范圍等);人機界面與運算及控制器相連接，包含兩方面的功能a、對來自運算及控制器的數據運算處理的結果進行顯示；b、以按鍵輸入方式將需設置的參數送入運算及控制器。本專利技術的原理本專利技術的核心思想是采用兩種波形的激勵信號，其中使用第一種波形的激勵信號便于測算電極分布電容，但不便于進行溶液電導率的測算；在已知電極分布電容的情況下使用第二種波形的激勵信號便于測算溶液的電導率，但是使用第二種波形的激勵信號不便于測算電極分布電容；基于電極分布電容獨立于激勵信號波形的原理(即電極分布電容與激勵信號波形無關)，將兩種波形激勵信號結合起來，使兩種波形激勵信號分別對置于相同被測溶液中的相同電極進行分時激勵并檢測電極響應信號、用適當的表達式進行計算，將使用第一種波形的激勵信號測算得到的電極分布電容用于使用第二種波形的激勵信號的測算溶液電導率的表達式中。本技術的采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置相比已有的測量方法具有如下有益效果電極分布電容可以動態測定，其影響能夠完全消除；對激勵信號頻率大小沒有特別要求，可以在較寬范圍內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，由雙波形發生器（10）、電導池（20）、信號調理電路（30）、參數檢測電路（40）、運算及控制器（50）和人機界面（60）6個模塊組成；其特征在于包含雙波形發生器（10），雙波形發生器（10）能夠產生兩種不同波形的激勵信號，產生的第一種波形激勵信號用于測算電極分布電容，測算獲得的電極分布電容結合雙波形發生器（10）產生的第二種波形激勵信號用于測算溶液的電阻和電導率。

【技術特征摘要】
1.采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，由雙波形發生器(10)、電導池 (20)、信號調理電路(30)、參數檢測電路(40)、運算及控制器(50)和人機界面(60)6個模塊組成；其特征在于包含雙波形發生器(10)，雙波形發生器(10)能夠產生兩種不同波形的激勵信號，產生的第一種波形激勵信號用于測算電極分布電容，測算獲得的電極分布電容結合雙波形發生器(10)產生的第二種波形激勵信號用于測算溶液的電阻和電導率。2.如權利要求1所述的采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，其特征在于所述的雙波形發生器(10)受運算及控制器(50)的控制以決定是產生第一種波形激勵信號還是第二種波形激勵信號以及產生激勵信號的時刻，雙波形發生器(10)產生的激勵信號輸出至電導池(20)的電極并對該電極進行激勵。3.如權利要求1所述的采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，其特征在于所述的電導池(20)內含電極和被測溶液，內含的電極接收來自雙波形發生器(10)產生的激勵信號并被其激勵，產生電極響應信號輸出至信號調理電路(30 )。4.如權利要求1所述的采用兩種波形激勵信號的溶液電導率的測量裝置，其特征在于所述的信號調理電路(30)接收來自電導池(20)的電極響應信號并對電極響應信號進行濾波和信號放大，濾波方式和信號放大倍數受運算及...

【專利技術屬性】
技術研發人員：廖曉東，陳順凡，高杰星，
申請(專利權)人：福建師范大學，
類型：實用新型
國別省市：