[發(fā)明專利]電導率測量系統(tǒng)的校準

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110214909.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102346242A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設計）人: A·貝維拉夸;R·曼蘇爾;D·W·馬什;馮小星;R·G·庫尼茨基
• 申請（專利權）人: 梅特勒-托利多桑頓公司
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;G01R15/14
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發(fā)明的示意性實施例大體上涉及流體電導率的測量。更具體地講，本發(fā)明的示意性實施例大體上涉及數(shù)字化電導率測量系統(tǒng)的校準。

背景技術

電導率測量通常在實驗室內、在工業(yè)加工的過程中并且在其它的環(huán)境中用作為測量、控制或監(jiān)測化學過程或離子雜質的措施。這種測量已經(jīng)進行了超過100年。測量電導率是監(jiān)控過程的靈敏的手段，其能夠通過適于檢測離子濃度ng/L至kg/L的器械被測量。

離子是化學形態(tài)，其攜帶凈正或負電荷，并且根據(jù)定義是導電的。即使電導率測量值與離子濃度是成比例的，但是電導率測量也無法區(qū)分具體的化學濃度，這是因為所有離子具有不同的離子遷移率(相對于攜帶電荷的能力或效率)。然而，為了更好地理解已知化學品的應用，確定電導率是用于測量離子濃度的優(yōu)異的分析工業(yè)工具。在其它應用中，例如在微電子、生命科學和發(fā)電應用中創(chuàng)建的高濃度水處理系統(tǒng)中，電導率是一種用于測量離子雜質的優(yōu)異的分析工具。

傳統(tǒng)的模擬電導率測量系統(tǒng)包括與待測流體直接接觸的傳感器。在這種電導率測量系統(tǒng)中還通常具有單獨的微控制的變送器，其大體上包含AC測量電子器件、讀出或其它可視化顯示器、用于器械控制功能的軟件菜單、以及與諸如可編程邏輯控制器(“PLC”)的外部裝置或用于工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)通信的其它裝置。大體上快速脫離連接式電纜常被用于將變送器連接至傳感器。

因此，傳統(tǒng)的模擬電導率測量系統(tǒng)包括傳感器、變送器以及連接器具。模擬電導率(或電阻率＝1/電導率)測量技術涉及使用與兩個(或多個)導電電極相連的AC電阻測量電路。各電極在一機械剛性的且?guī)缀瓮庑喂潭ǖ慕Y構內組裝，由電絕緣材料隔離。各電極的隔離與各電極的固定幾何形狀的區(qū)域傳統(tǒng)上被稱為傳感器的“電池常數(shù)(cell?constant)(“cc”)”。為了測量流體的電導率，傳感器被浸沒在流體內，并且位于各電極之間的流體的電阻通過AC電阻測量電路被測量。

各電極之間流體的電阻與電極之間的距離成正比。因此，電阻測量需要針對電極之間的距離被調整或被標準化。同樣，電極之間的流體的電阻與電極的表面面積成反比。因而，電阻測量需要針對電極的表面面積被調整或被標準化。因此，測量的電阻針對電池常數(shù)被調整或者被標準化，從而電池常數(shù)＝電極的間距/電極的表面面積，這是根據(jù)：

電阻率＝電阻/電池常數(shù)

并且

電導率＝1/電阻率

電阻率與離子濃度成比例。電池常數(shù)可以根據(jù)其它傳統(tǒng)的方法被確定。

對于模擬傳感器而言，測量系統(tǒng)的完整的校準需要滿足特定的監(jiān)管標準和/或良好的校準實踐。對于模擬傳感器而言，標準校準實踐是將傳感器與測量電子器件脫離連接，將具有已知值的電阻器與測量電子器件相連，并且按照需要調整測量電子器件。模擬傳感器的驗證也可以以類似的方式進行。對于模擬傳感器而言，該傳感器從測量電子器件脫離連接，并且具有已知值的電阻器連接至測量電子器件。測量電子器件的輸出與具有已知值的電阻器的電阻值比較。如果比較結果位于可接受的極限內，則無需校準。

測量電子器件的這種校準技術是可行的，這是因為AC測量電子器件大體上位于模擬電阻率測量系統(tǒng)的變送器內。如果多點校準功能被用于校準單個電路的話，則該過程必須被重復。如果像通常的情況那樣在結構內嵌有多個AC電阻測量子電路，則該過程也必須重復。這些子電路可以被用于提供多個測量范圍。在測量電路已經(jīng)被驗證和/或被調整之后，可追蹤的電阻器被脫離連接，并且傳感器重新連接至測量電極。正如在此所使用的那樣，術語“可追蹤的電阻器”指的是具有已知值的電阻器。

校準過程的下一個步驟是驗證和/或調整傳感器的電池常數(shù)。為此，傳感器被浸沒在具有已知的和可追蹤的電導率的溶液內，并且然后傳感器的電池常數(shù)根據(jù)以下不同的計算方法被計算出：

新cc＝舊cc(基準電導率)/(測量的電導率)

或者

新cc＝(測量的電阻率)/(基準電阻率)

或者

新cc＝(測量的電阻率)×(基準電導率)

大體上，完整的模擬電導率測量系統(tǒng)(測量電路和電池常數(shù)這兩者)的校準完成。