[發(fā)明專利]三角波激勵的閉式解耦阻容網(wǎng)絡(luò)的溶液電導(dǎo)率測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210304301.4
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102830141A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖曉東;鄭華;吳慶祥
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號: G01N27/06
• 分類號: G01N27/06
• 代理公司: 福州君誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溶液電導(dǎo)率或電阻率的測量方法，尤其涉及采用三角波為激勵信號并能完全消除電極的雙電層電容以及電極分布電容對溶液電導(dǎo)率或電阻率測量影響的測量方法。

背景技術(shù)

溶液電導(dǎo)率的基本測量方法是測量施加在置入溶液的電極的兩端上的電壓U_D和流過電極的電流I，計算電極之間的電阻R=U_D/I，用G=K/R計算溶液的電導(dǎo)率，其中K為電極常數(shù)。但置入溶液內(nèi)的電極在通電后會產(chǎn)生極化，使測得的電壓U_D實質(zhì)上不是溶液本身兩端的電壓，而是施加在溶液電阻和涉及溶液/金屬電極界面過程的雙電層電容（以下簡稱：電極的雙電層電容）這兩個串聯(lián)的虛擬電子器件上的電壓，因此公式R=U_D/I存在理論誤差；為了減小電極極化對測量準確度的影響，基本方法是在電極上施加正負極性對稱的交流電，但是在交流激勵信號作用下，測得的電流I并不是單純流過溶液的電流，而是流過溶液電阻支路并聯(lián)電極分布電容（包含電極極間電容、電極引線電容）支路的總電流，因此使用交流激勵方法在減小電極極化影響的同時卻引入了電極分布電容對測量的影響。

中國專利號為ZL02111820.5的專利介紹了一種利用有功進行測量的方法，測量電極兩端的電壓和流經(jīng)電極的電流，利用公式

G＝C·∫I²dt/∫U×Idt

求得溶液電導(dǎo)率，該方法所提出的數(shù)學(xué)模型可以消除電極的雙電層電容影響，但不能消除電極分布電容對測量的影響，因為從電路直接測得的電流I是流過溶液支路的電流與流過電極分布電容電容支路的電流之和，不是流過溶液的支路電流，因此，該專利所提出的數(shù)學(xué)計算模型只適合于忽略電極分布電容影響的高電導(dǎo)率測量場合，而不適合于低電導(dǎo)率如接近純水的溶液電導(dǎo)率測量場合。

中國專利申請?zhí)枮镃N200410066147.7的文件公布了一種測量方法，用兩個頻率的正弦信號對電極進行激勵，分別求得二個阻抗模|Za|和|Zb|，以及r=|Za|/|Zb|,然后利用下式

g=K/(|Za|·1+r2-14-r2)]]>

求得溶液的電導(dǎo)率，式中K為電極常數(shù)。該方法提出的數(shù)學(xué)計算式是基于忽略電極的雙電層電容影響的電導(dǎo)池模型導(dǎo)出的，只適用于低電導(dǎo)率的測量場合；對于高電導(dǎo)率溶液，溶液電阻較小，電極的雙電層電容影響相對較強，這種場合下該方法的測量誤差較大。

中國專利申請?zhí)枮镃N200610030555.6的文件公布了一種測量方法，包括兩種實施方案。第一種方案是雙頻法，采用兩種不同頻率的交流方波電流分別對電極進行激勵，對電極的響應(yīng)電壓波形進行同步檢波，求出平均電壓值，除以激勵電流的幅值，求得視在電阻值，以二次測得的視在電阻值、兩個激勵頻率之比作為輸入按一定公式計算溶液電阻。該實施方案的數(shù)學(xué)模型是建立在兩次不同頻率激勵電流作用下電極的雙電層電容是相同的假設(shè)基礎(chǔ)之上，這種假設(shè)在理論上存在不準確性。第二種方案是單頻三電壓法，測量半周期內(nèi)三個不同時刻的電壓或三個時間段的平均電壓，代入已知電極響應(yīng)波形函數(shù)建立聯(lián)立方程，解聯(lián)立方程得溶液電阻值。這個文件所公布的測量方法采用交流方波電流進行激勵，當溶液電導(dǎo)率很低即溶液電阻很大時，同步電壓檢測單元對激勵電流的分流作用相對變大，因此對于低電導(dǎo)率測量，相對誤差將變大。對于寬范圍的電導(dǎo)率測量，用于激勵電極的穩(wěn)定交流方波電流需要寬范圍分級，在實現(xiàn)上不方便。