[发明专利]一种三角波激励的溶液电导率的测量方法及关键电路

说明书

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的测量方法，是精确规避电极分布电容影响的溶液电导率或电阻率测量方法。

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U_D和流过电极的电流I，计算电极之间的电阻R=U_D/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U_D实质上不是溶液本身两端的电压，而是施加在溶液电阻串联涉及溶液/金属电极界面过程的双电层电容两个虚拟电子器件上的电压，因此公式R=U_D/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（包含电极极间电容与电极引线电容）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。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以准确消除电极分布电容对测量的不利影响，获得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：

方法：将电极置入被测溶液中，采用电压幅值为U、周期为2T的交流对称三角波电压信号对电极进行激励，在激励电压信号的上波段或者下波段时段内除去波峰和波谷外的任意两个不同时刻t1和t2对电极响应的电流信号进行取样，设两个电流信号取样值分别为i_t1和i_t2，利用表达式R_x=|2U(t2-t1)/(T(i_t2-i_t1))|获得所需测定的溶液的电阻值R_x；或者，还对t1和t2时刻的激励电压信号进行取样，设两个电压信号取样值分别为u_t1和u_t2，利用表达式R_x=(u_t2-u_t1)/(i_t2-i_t1)获得所需测定的溶液的电阻值R_x；或者，对激励电压信号的变化率和电极响应的电流信号的变化率进行检测，二者相除即获得所需测定的溶液的电阻值R_x；通过上述三种办法之一获得的R_x基础上再利用公式G=K/R_x获得待测溶液的电导率，K为电极常数。

关键电路：本发明所述的三角波激励电压信号u的变化率和电极响应电流i的变化率的检测电路由电导池、运放1、运放2、运放3、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6组成。电导池的一端接三角波激励电压信号u，另一端接运放1的反向输入端；运放1的反向输入端与输出端Ur之间通过电阻R5相连，运放1的同向输入端通过电阻R6连接到信号地，运放1的输出端Ur通过电容C2连接到运放2的反向输入端；运放2的反向输入端与输出端Ui之间通过电阻R3相连，运放2的同向输入端通过电阻R4连接到信号地，运放2的输出端Ui接后续处理电路；运放3的反向输入端通过电容C1连接到三角波激励电压信号u，同时运放3的同向输入端通过电阻R2连接到信号地，运放3的反向输入端与输出端Uv之间通过电阻R1相连，运放3的输出端Uv接后续处理电路。

电路工作原理分析如下：电阻R5和电阻R6的阻值相同都是1欧姆，电阻R1、R2、R3、R4的阻值相同设为Rd，电容C1和C2的电容值相等设为Cd，那么根据电子学原理Ur=-R5·i，Ui=-Rd·Cd·dUr/dt=R5·Rd·Cd·di/dt=Rd·Cd·di/dt，说明Ui等于电极响应电流i的变化率即di/dt放大Rd·Cd倍；Uv=-Rd·Cd·du/dt，说明Uv等于三角波激励电压信号u的变化率即du/dt放大-Rd·Cd倍；两者之间放大了同样倍数，只是经过检测电路后，激励电压信号u的变化率的极性变成相反了，只要在后续处理中把符号纠正即可；或者在三角波激励电压信号u的上波段检测电极响应电流i的变化率，而在三角波激励电压信号u的下波段检测激励电压信号u的变化率，这样二者即同符号同值放大了，二者同值放大对二者之比保持结果不变，通过后续处理电路将本方案电路检测到的激励电压信号u的变化率和电极响应电流i的变化率取出并将二者相除即可得被测溶液的电阻。电路中电阻R2、R4和R6的作用是使运放的同向和反向输入端的输入阻抗相等，使运放电路更加对称，减小零点偏移。