[发明专利]一种低成本高精度的饮用水电导率测量方法及测量电路

说明书

技术领域

本发明涉及电化学测量装置技术领域，特别涉及一种低成本高精度的饮用水电导率测量方法及测量电路。

背景技术

电导率，从量纲上来讲，是单位长度，单位截面积导体电阻的倒数，是单位体导电能力强弱的表现。

电导率是饮用水水质的主要指标之一，饮用水的电导率一般在10～1000us/m之间。电导率太低，表明水中导电离子太少，也就是说水太干净了，长期饮用会造成盐类，矿物质的缺乏。电导率太高，表明水中导电离子很多，不排除水质太硬，盐类过多，甚至受到工业污染的可能性。

传统饮用水电导率测试方法对于测量精度和测量成本没有较佳的组合，导致测量精度高时测量成本也高，而测量成本低了测量精度又无法保证。

发明内容

本发明是为了解决饮用水电导率测试精度与成本性价比低的问题，提供一种具有能高精度测量饮用水电导率，同时降低测量成本，从而达到较佳性价比的低成本高精度的饮用水电导率测量方法及测量电路。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种低成本高精度的饮用水电导率测量方法，所述的测量方法采用2极式电导池并以脉冲信号为信号激励源，所述测量方法使用分压电路测量电导池电阻，所述的脉冲信号通过隔直电容进入分压电路可测得脉冲电压V₀，所述的脉冲电压V₀经分压电阻R₁输入至电导池，可测得电导池上的瞬间电压V₁，所述电导池的电导率值1/R_S可根据R₁、V₀、V₁再按电导池的单位系数K_CELL、电解质温度补偿系数K_TMP和温度值T计算得出：

1/R_S＝(V₀-V₁)/V₁/R₁/K_CELL/(1+K_TMP(T-25))。

作为优选，所述的V0，V1测量时分别通过缓冲器U1A、U1B进行阻抗变换后进入ADC，所述的U1A、U1B为CMOS输入、轨至轨输入输出的运放。

作为优选，所述的V0，V1测量时ADC分辨率为14bit。单片机片上ADC是12bit的，用数字滤波和过采样技术，提高ADC分辨率(ADC：模拟量/数字量转换器，分辨率：模拟量在离散化为数字量时，数字量的阶数，分辨率越高，测量精度越高)至14bit，即：采样20次，按均方根大小，去除4个偏差最大的数据，剩余的16个数据累加后再除以4，得到1个14bit的数据。14bit的测量数据足以保证1‰的测量误差范围。

本方案电导率测量用的电极的等效电路包含电感，电容，电阻，类似于一个带阻尼的LC谐振回路，如图1所示，电感主要是由导线引起的，一般在1uH以下，电容是导线，电极，溶液共同引起的一般在1nF以下，那么其谐振频率f＝1/(2π√LC)>2MHz。周期<500ns左右，也就是说，当外加直流信号后(从宏观上来讲是脉冲信号，但是在极短的时间内，可以看成是直流信号)，在100倍于振荡周期TD(500ns x 100＝50us)后，基本就可以不考虑电极等效的LC回路带来的影响；

激励信号通过隔直电容C1隔离直流分量后，得到瞬间的脉冲电压V₀，V₀经分压电阻R₁，输入至电导池，测得电导池上的瞬间电压V₁，按欧姆定律可得：

(R_X+R₁)/R_X＝V₀/V₁，

整理后可得：1/R_X＝(V₀-V₁)/V₁/R₁；

从上式可以看到，由于R₁的阻值是确定的，所以只需测得V₀、V₁即可计算得到电导池的电导，又：1/R_X＝1/R_S*K_CELL*(1+K_TMP(T-25))