[发明专利]两种频率正弦波叠加信号激励的溶液电导率的测量方法

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，尤其涉及两种频率正弦波叠加信号激励的溶液电导率的测量方法。 

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=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、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。目前公布的多数有关溶液电导率测量方法也只是在减小电极极化对测量准确度的影响前提下消除电极分布电容对测量的影响，并未能消除电极极化对测量准确度的影响，尤其是没有把电极的双电层电容的影响考虑进去，自然也就忽略了电极的双电层电容对测量的影响，在精密测量中电极的双电层电容甚至电极的极化阻抗的影响是不能忽略的，哪怕电极的双电层电容的容抗只有待测溶液电阻的1%大小。 

美国专利文件US6369579B1公布了一种溶液电导率测量方法，提出了一种电导池等效物理模型，由待测溶液电阻R_f1串联一个器件参数（n，Q）与激励信号频率无关的元件Z_M/F1后再与电极分布电容C_cell并联。据此模型，发明了一种至少用两个频率来激励电极并求出电极之间的电阻值R_f1和溶液电导率的方法，该方法通过测算其提出的电导池等效物理模型在不同频率激励信号下的复阻抗，并结合其相应的电导池等效物理模型联合求解器件参数（n，Q）和待测溶液电阻R_f1。特别注意该方法所述的Z_M/F1在其权利要求4中定义为1/[(iω/ω₀)Q]，显然Z_M/F1的电抗表达式完全等价于一个电容的容抗表达式1/(iωc)，也就是说该专利文件所提出的电导池等效物理模型，实质上是由待测溶液电阻R_f1串联一个器件参数与频率无关的电容（电容的器件参数即电容值c也的确与激励信号频率无关）后再与电极分布电容C_cell并联。按照该专利文件所述的元件Z_M/F1的器件参数（n，Q）与激励信号频率无关，就等同于说该专利文件提出的电导池等效物理模型内的一个电容的参数值（即电容值c）是与激励信号频率无关的。根据电化学分析方面的研究成果，上述专利方法所述的元件Z_M/F1等价于电化学极 化电阻串联浓差极化阻抗后并联电极的双电层电容（电化学极化电阻、浓差极化阻抗、电极的双电层电容都是涉及溶液/金属电极界面过程的等效电路参数，参见文献：宋小平.JONES型电导池测量的LCR电桥等效电路选择.[J].化学分析计量，2004,13（6）：81-82），在采用交流激励且测量电压不是很高的情况下浓差极化阻抗可以忽略，在交流激励信号频率足够高的情况下电化学极化电阻比电极的双电层电容的容抗大的多，所以在条件满足的情况下，一般就用一个电容即电极的双电层电容代替溶液/金属电极界面过程的等效电路参数，这样电极的双电层电容也就完全等价于上述专利方法所述的元件Z_M/F1，但是根据电化学分析方面的研究成果，并没有依据证明电极的双电层电容与激励信号的频率无关。所以上述专利方法所涉及的电导池等效物理模型在理论上存在不足，不适合于精密测量，该方法只适合于在两种以上的频率激励电极时所引起的表示极化程度的参数很接近的情形。 

发明内容

本发明的目的是提供一种既可以消除电极的极化阻抗、电极的双电层电容以及电极分布电容（电极分布电容包含电极极间电容和电极引线电容）对测量的不利影响，在忽略电极的极化阻抗情况下还能进行闭式求解快速运算的两种频率正弦波叠加信号激励的溶液电导率的测量方法。 

实现上述目的的技术方案是：两种频率正弦波叠加信号激励的溶液电导率的测量方法，包含下列步骤：