CN1285904C - 水的电导率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水的电导率的测量方法,其特征在于:分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号,其中,ωb=2ωa,分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|,利用下式获得所需测定的电导率值g,右下式中,K是电导池常数,r=|Za|/|Zb|。本发明不存在理论误差,完全消除了电导交流测定法的电容效应的影响,能够准确测量水的电导率。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过测试液体阻抗获知其电导率的方法,具体涉及一种水的电导率的测量方法。
背景技术
电导率是发电厂水质控制的重要指标之一,长期以来,如何准确测量水的电导率,特别是高纯水的电导率,一直是水质监控人员及电导仪生产厂家十分关注和深入研究的课题。电导池中水的电导率可以由下式计算获得:
g=K/R (1)
式中,K是电导池常数(又称电极常数)。
由此,对电导率的测定转换成对电阻的测定。
目前,电导率的测量方法,主要有直流电导测定法和交流电导测定法,其中,直流电导测定法由于难以解决电极的“极化效应问题”,已很少采用。交流电导测定法则是在电导池的两极间加上正弦电压信号,利用交流信号来减少极化效应的影响。
当电导池两极间加上正弦电压后,在两极上将产生极化层,同时,在两极化层及两极间存在电容效应,这样,电导池不再是一个纯电阻,而是包含容抗在内的阻抗了,其等效物理模型如附图1所示。图中,RL2,RL2为引线电阻,CDL1和CDL2表示由极化引起的两个双电层上的电容,CP为电导池的极间电容,Z1和Z2代表在两个电极片上感应的阻抗,即通常所说的极间极化电阻,RSDL代表两极之间水的电阻。
其中,引线电阻RL1,RL2在通常情况下是忽略不计的,当电导池两端施加一个交流电源时,它将同时流过CDL1、CDL2、RSDL和CP,由于CDL1和CDL2对于交流信号而言提供了一个低通通路,Z1和Z2分别被CDL1和CDL2短路,通常情况下,CP很小,CDL1和CDL2很大,电导池的阻抗就近似为RSDL。这就是现有交流电导测定法采用的方法。显然,在测量RSDL很大的高电阻溶液(如较纯的水)时,CP的影响就不可忽略了,此时,采用现有的交流测定法准确度不高。
为此,人们通过各种途径寻求较准确的水的电导率的测试方法。刘开培等在《高纯水电导率测定用动态脉冲产生方法》(工业仪表与自动化装置,1999年第5期)一文中,给出了一种利用动态脉冲测定电导率的方法,其通过限制脉冲宽度来减小极化产生的影响,但文中也指出,对于不同的被测溶液,脉冲宽度的影响是不同的,这就造成了该方法实用中的困难,同时,该方法需要产生动态脉冲,这也造成了设备制造难度和成本的增加。在中国专利申请CN1459629A中公开了一种溶液电导率的测量方法,通过有功功率的测量来间接地计算电导率,该方法需要用时间积分进行计算,增加了处理难度。
发明内容
本发明目的是提供一种可以避免极化效应和分布电容的影响,获得准确的电导率值的水的电导率的测量方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种水的电导率的测量方法,分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号,其中,ωb=2ωa,分别测出在两种频率下电导池的阻抗的模|Za|和|Zb|,利用下式获得所需测定的电导率值g,
式中,K是电导池常数,r=|Za|/|Zb|。
上述技术方案中,所述阻抗的模的测量方法为,采用电导池的输出端与运算放大器反相端连接的电路,给电导池加上一个幅值稳定的正弦信号,通过测量运算放大器的输出电压Vo与电导池的输入电压Vi,获得阻抗的模|Z|=RfVi/Vo,式中,Rf是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。分别加上频率为ωa的正弦信号和频率为ωb=2ωa的正弦信号,即可测得两个频率下的阻抗的模。
当然,也可以采用另一种技术方案测量阻抗的模,即,先加上频率ωa的正弦信号,测出电压Ua和电流Ia,获得阻抗的模|Za|=Ua/Ia;再加上频率ωb=2ωa的正弦信号,测出电压Ub和电流Ib,获得阻抗的模|Zb|=Ub/Ib。
本发明的原理是:
在附图1中,由于CDL1和CDL2很大,而CP很小,因此,图1可以简化为附图2的等效物理模型,其中R≈RSDL,C≈CP。
在频率为ωa的正弦信号作用下,RC并联阻抗为
阻抗的模
测量电导只要知道正弦波的幅值(即只要知道阻抗的模),没有必要关心相位,当激励正弦波信号的频率ωb=2ωa时,阻抗的模为
令
r=|Za|/|Zb|,有
可解得
因而,
测量阻抗时,参见附图3所示,其中,电导池相当于其阻抗的模|Z|,则有
Vo=ViRf/|Z|
可知,|Z|=RfVi/Vo
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.由于本发明利用两个倍频的正弦信号进行测量,可以获得水的实际电阻,不存在理论误差,从而完全消除了电导交流测定法的电容效应的影响;
2.本发明通过两次测定获得的两个阻抗的模值,经简单运算即可获得电导率,实现方便,可以利用现有的交流电导率测量装置,增加双倍频正弦信号发生器,通过改变控制程序即可实现测量。
附图说明
附图1为电导池的等效物理模型;
附图2为电导池的简化等效物理模型;
附图3为本发明实施例一的方法采用的测量电路原理示意图。
其中:[1]、电导池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:一种水的电导率的测量方法,分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号,其中,ωb=2ωa,分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|,利用下式获得所需测定的电导率值g,
式中,K是电导池常数,r=|Za|/|Zb|。
本实施例中,所述阻抗的模的测量电路参见附图3所示,电导池1的一个电极与运算放大器A的反相端连接,运算放大器A的反相端与输出端之间连接有电阻Rf,给电导池1加上一个幅值稳定的正弦信号Vi,通过测量运算放大器A的输出电压Vo与电导池1的输入电压Vi,获得电导池1的阻抗的模|Z|=RfVi/Vo,式中,Rf是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。测量时,分别加上两种频率的正弦信号,测出对应的电导池的阻抗的模,再得出所需测定的电导率值。
实施例二:一种水的电导率的测量方法,分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号,其中,ωb=2ωa,分别测出在两种频率下的阻抗的模|Za|和|Zb|,利用下式获得所需测定的电导率值g,
式中,K是电导池常数,r=|Za|/|Zb|。
本实施例中,所述阻抗的模的测量方法可以是,先加上频率ωa的正弦信号,测出电压Ua和电流Ia,获得阻抗的模|Za|=Ua/Ia;再加上频率ωb=2ωa的正弦信号,测出电压Ub和电流Ib,获得阻抗的模|Zb|=Ub/Ib。
Claims (2)
1.一种水的电导率的测量方法,其特征在于:分别在电导池的两极加上频率为ωa和ωb的正弦信号,其中,ωb=2ωa,分别测出在两种频率下电导池的阻抗的模|Za|和|Zb|,利用下式获得所需测定的电导率值g,
式中,K是电导池常数,r=|Za|/|Zb|。
2.根据权利要求1所述的水的电导率的测量方法,其特征在于:所述阻抗的模的测量方法为,采用电导池的输出端与运算放大器反相端连接的电路,给电导池加上一个幅值稳定的正弦信号,通过测量运算放大器的输出电压Vo与电导池的输入电压Vi,获得阻抗的模|Z|=RfVi/Vo,式中,Rf是运算放大器反相端与输出端之间连接的反馈电阻。
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