专利名称：三角波激励并对响应电流积分处理的溶液电导率测量方法
技术领域：
本发明涉及溶液电导率或电阻率的测量方法，尤其涉及采用三角波为激励信号并对响应电流积分预处理以提高测量抗干扰性的能消除电极的双电层电容以及电极分布电容对溶液电导率或电阻率测量影响的测量方法。
背景技术：
溶液电导率的基本测量方法是测量施加在置入溶液的电极的两端上的电压Ud和流过电极的电流I，计算电极之间的电阻R=UD/I，用G=K/R计算溶液的电导率，其中K为电极常数。但置入溶液内的电极在通电后会产生极化，使测得的电压Ud实质上不是溶液本身两端的电压，而是施加在溶液电阻和涉及溶液/金属电极界面过程的双电层电容(以下简称电极的双电层电容)这两个串联的虚拟电子器件上的电压，因此公式R=UD/I存在理论误 差；为了减小电极极化对测量准确度的影响，基本方法是在电极上施加正负极性对称的交流电，但是在交流激励信号作用下，测得的电流I并不是单纯流过溶液的电流，而是流过溶液电阻支路并联电极分布电容(包含电极极间电容、电极引线电容)支路的总电流，因此使用交流激励方法在减小电极极化影响的同时却引入了电极分布电容对测量的影响。中国专利号为ZL02111820. 5的专利介绍了一种利用有功进行测量的方法，测量电极两端的电压和流经电极的电流，利用公式G = C*/ I2dt/ / UXIdt求得溶液电导率，该方法所提出的数学模型可以消除电极的双电层影响，但不能消除电极分布电容对测量的影响，因为从电路直接测得的电流I是流过溶液支路的电流与流过电极分布电容支路的电流之和，不是流过溶液的支路电流，因此，该专利所提出的数学计算模型只适合于忽略电极分布电容影响的高电导率测量场合，而不适合于低电导率如接近纯水的溶液电导率测量场合。中国专利申请号为CN200410066147. 7的文件公布了一种测量方法，用两个频率的正弦信号对电极进行激励，分别求得二个阻抗模I Za I和I Zb I，以及r= I Za | / | Zb |，然后利用下式E = K^+求得溶液的电导率，式中K为电极常数。该方法提出的数学计算式是基于忽略电极的双电层电容影响的电导池模型导出的，只适用于低电导率的测量场合；对于高电导率溶液，溶液电阻较小，电极的双电层电容影响相对较强，这种场合下该方法的测量误差较大。中国专利申请号为CN200610030555. 6的文件公布了一种测量方法，包括两种实施方案。第一种方案是双频法，采用两种不同频率的交流方波电流分别对电极进行激励，对电极的响应电压波形进行同步检波，求出平均电压值，除以激励电流的幅值，求得视在电阻值，以二次测得的视在电阻值、两个激励频率之比作为输入按一定公式计算溶液电阻。该实施方案的数学模型是建立在两次不同频率激励电流作用下电极的双电层电容是相同的假设基础之上，这种假设在理论上存在不准确性。第二种方案是单频三电压法，测量半周期内三个不同时刻的电压或三个时间段的平均电压，代入已知电极响应波形函数建立联立方程，解联立方程得溶液电阻值。这个文件所公布的测量方法采用交流方波电流进行激励，当溶液电导率很低即溶液电阻很大时，同步电压检测单元对激励电流的分流作用相对变大，因此对于低电导率测量，相对误差将变大。对于宽范围的电导率测量，用于激励电极的稳定交流方波电流需要宽范围分级，在实现上不方便。目前现有的关于溶液电导率测量方面的专利文献及论文基本集中于激励信号是正弦交流信号或者交流方波信号的情况进行论述。常用的方法有相敏检波法、双脉冲法和动态脉冲法等，所有方法最终转换为对电导池模型的阻容网络进行解耦，有些计算方法需要采用迭代处理的增加了计算量，影响实时处理或者影响计算精度。如果阻容网络解耦有闭式解，又能定量计入电极的双电层电容和电极分布电容影响，必将为精密电导率测量奠定基础
发明内容

本发明的目的是提供一种既可以消除电极的双电层电容以及电极分布电容(包含电极极间电容、电极引线电容)两方面对测量的不利影响，又能进行快速运算的具有闭式解耦阻容网络功能的并且对电极响应电流进行积分预处理以提高抗干扰性的溶液电导率或电阻率的测量方法。实现上述目的的技术方案是将电极置入被测溶液中，采用电压幅值为U、周期为2T的交流对称三角波信号对电极进行激励，以三角波的波谷或者波峰为起点时刻、以三角波的上波段或者在下波段的3个时间四等分分割点时刻分别为终点时刻对电极响应电流进行积分，设这三个电流积分值分别为I、Q2和q3，利用下式获得所需测定的溶液的电阻值
权利要求
1.三角波激励并对响应电流积分处理的溶液电导率测量方法，其特征在于采用电压幅值为U、周期为2T的交流对称三角波信号对电极进行激励，以三角波的波谷或者波峰为起点时刻、以三角波的上波段或者在下波段的3个时间四等分分割点时刻分别为终点时刻对电极响应电流进行积分，设这三个电流积分值分别为^q2和q3，利用下式获得所需测定的溶液的电阻值Rx，
2.如权利要求I所述的三角波激励并对响应电流积分处理的溶液电导率测量方法，其特征在于所述的交流对称三角波是指三角波的波峰与波谷的极性相反、幅度相等，上波段与下波段的斜率绝对值相等。
全文摘要
公开一种三角波激励并对响应电流积分处理的溶液电导率测量方法采用幅值为U、周期为2T的交流对称三角波电压信号对电极激励，以三角波的波谷(或者波峰)为起点时刻、以三角波的上波段(或者在下波段)的3个时间四等分分割点时刻分别为终点时刻对电极响应电流进行积分，设三个电流积分值分别为q1、q2和q3，利用下式计算溶液的电阻值Rx，再用G=K/Rx获得电导率，K为电极常数。本方案完全消除分布电容和电极极化电容对测量的影响，对激励信号频率大小没有特别要求，可以在较宽范围内任意选择，可满足低电导率和高电导率的测量需求，对电极响应电流积分的目的是免除对独立点时刻的电流检测易受干扰的缺点。
文档编号G01R27/22GK102809697SQ20121030562
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者廖晓东, 林潇, 洪亲 申请人:福建师范大学