[发明专利]水中的宽动态范围电导率测量

说明书

技术领域

本发明针对电子电路以及将所述电路用于感测流体的电导率的方法。

背景技术

一些工业系统要求使用具有特定电导率的液体、例如纯水。因此，重要的是监测这类系统中的液体的电导率。在过去，一些电导率计通过将范围分割为若干十倍程，并且为各十倍程提供独立电导率单元，对扩展范围进行测量电导率。但是，包含多个电导率单元的电导率计对于工业应用是笨重并且是不切实际的。此外，仅对一个固定频率、通常是位于十倍程的中间的频率来校准独立电导率单元。但是，由于非线性效应，与位于各十倍程的边缘的值关联的测量不是准确的。

相应地，需要一种电导率计，其对若干十倍程的范围准确测量电导率，消除对多个电导率单元的需要，并且使非线性效应对精度的损害为最小。本发明满足这个需要。

此外，需要一种计量表，其能够在计量表的电导率范围的外缘校准到标准(NIST)，并且在计量表的整个电导率范围保持精度。本发明满足这个需要。

发明内容

在本发明的一个方面，用于测量流体的电导率的电导率计包括：单元电路（cellcircuit）和控制单元电路；单元电路包括方波驱动放大器、单元和跨阻抗放大器（trans-impedanceamplifier）；其中流体流经单元；其中控制单元电路和方波驱动放大器配置成将具有电压的方波脉冲串施加到单元的流体，由此引起电流流经单元中的流体；其中单元电路跨阻抗放大器和控制单元电路配置成得到流经单元中的流体的电流的多个测量，并且使用电流测量来估计单元中的流体的原始电导率。

在本发明的另一方面，方波脉冲串包括本底阶段（backgroundstage）、测量脉冲、恢复脉冲（recoverypulse）和基底阶段（basestage）。

在本发明的另一方面，方波脉冲串还包括静止阶段（reststage）。

在本发明的另一方面，测量脉冲具有通过先前原始电导率值来确定的持续期间。

在本发明的另一方面，测量脉冲具有1/(2×驱动频率)的持续期间，其中驱动频率通过先前原始电导率值来确定。

在本发明的另一方面，电流测量是流经所述单元中的流体的净电流的值。

在本发明的另一方面，控制单元电路通过将电流测量拟合到双指数衰变函数（doubleexponentdecayfunction），来估计单元中的流体的原始电导率值。

在本发明的另一方面，电导率计还包括热敏电阻电路，其中热敏电阻电路和控制单元电路配置成计算单元中的流体的温度，并且将温度校正应用于流体的原始电导率值，由此产生温度校正电导率值。

在本发明的另一方面，热敏电阻电路包括热敏电阻开关、热敏电阻驱动器、热敏电阻器和跨阻抗放大器。

在本发明的另一方面，单元电路跨阻抗放大器具有反馈电阻器值，其通过增益控制电路的位置来确定；其中增益控制电路的位置通过先前原始电导率值来确定。

在本发明的另一方面，单元电路还包括极性切换电路，其中极性切换电路配置成将电压传递到方波驱动放大器，并且支配由方波驱动放大器施加到单元的电压的极性。

在本发明的另一方面，极性切换电路还包括单元开关和极性开关。

在本发明的另一方面，单元电路还包括配置成对跨阻抗放大器的输出进行整流的整流器。

在本发明的又一方面，用于测量流体的电导率的方法包括：提供单元电路，其具有包含具有电导率的流体的单元；将方波脉冲串施加到单元，由此使电流流经单元中的流体；得到流经单元中的流体的电流的多个测量；以及通过经由电流测量拟合方程来估计流体的原始电导率值，其中，方程包含项1/R，其中R等于单元中的流体的电阻。

在本发明的另一方面，电流测量是流经单元中的流体的净电流的值。

在本发明的另一方面，方程是双指数衰变函数。

在本发明的另一方面，方波脉冲串包括测量脉冲(在此期间进行电流测量)。

在本发明的另一方面，方波脉冲串还包括本底阶段、恢复脉冲和基底阶段。

在本发明的另一方面，方波脉冲串还包括静止阶段。

在本发明的另一方面，该方法还包括测量单元中的流体的温度，并且将温度校正应用于流体的原始电导率值，由此产生温度校正电导率值。

通过以下对作为说明已经示出和描述的本发明的实施例的描述，本发明的优点将是本领域的技术人员更为清楚知道的。如将会认识到，本发明能够具有其他和不同实施例，并且其细节能够在各个方面进行修改。

附图说明