[发明专利]电导率测量系统的校准

说明书

技术领域

本发明的示意性实施例大体上涉及流体电导率的测量。更具体地讲，本发明的示意性实施例大体上涉及数字化电导率测量系统的校准。

背景技术

电导率测量通常在实验室内、在工业加工的过程中并且在其它的环境中用作为测量、控制或监测化学过程或离子杂质的措施。这种测量已经进行了超过100年。测量电导率是监控过程的灵敏的手段，其能够通过适于检测离子浓度ng/L至kg/L的器械被测量。

离子是化学形态，其携带净正或负电荷，并且根据定义是导电的。即使电导率测量值与离子浓度是成比例的，但是电导率测量也无法区分具体的化学浓度，这是因为所有离子具有不同的离子迁移率(相对于携带电荷的能力或效率)。然而，为了更好地理解已知化学品的应用，确定电导率是用于测量离子浓度的优异的分析工业工具。在其它应用中，例如在微电子、生命科学和发电应用中创建的高浓度水处理系统中，电导率是一种用于测量离子杂质的优异的分析工具。

传统的模拟电导率测量系统包括与待测流体直接接触的传感器。在这种电导率测量系统中还通常具有单独的微控制的变送器，其大体上包含AC测量电子器件、读出或其它可视化显示器、用于器械控制功能的软件菜单、以及与诸如可编程逻辑控制器(“PLC”)的外部装置或用于工业控制系统的数据获取系统通信的其它装置。大体上快速脱离连接式电缆常被用于将变送器连接至传感器。

因此，传统的模拟电导率测量系统包括传感器、变送器以及连接器具。模拟电导率(或电阻率＝1/电导率)测量技术涉及使用与两个(或多个)导电电极相连的AC电阻测量电路。各电极在一机械刚性的且几何外形固定的结构内组装，由电绝缘材料隔离。各电极的隔离与各电极的固定几何形状的区域传统上被称为传感器的“电池常数(cell constant)(“cc”)”。为了测量流体的电导率，传感器被浸没在流体内，并且位于各电极之间的流体的电阻通过AC电阻测量电路被测量。

各电极之间流体的电阻与电极之间的距离成正比。因此，电阻测量需要针对电极之间的距离被调整或被标准化。同样，电极之间的流体的电阻与电极的表面面积成反比。因而，电阻测量需要针对电极的表面面积被调整或被标准化。因此，测量的电阻针对电池常数被调整或者被标准化，从而电池常数＝电极的间距/电极的表面面积，这是根据：

电阻率＝电阻/电池常数

并且

电导率＝1/电阻率

电阻率与离子浓度成比例。电池常数可以根据其它传统的方法被确定。

对于模拟传感器而言，测量系统的完整的校准需要满足特定的监管标准和/或良好的校准实践。对于模拟传感器而言，标准校准实践是将传感器与测量电子器件脱离连接，将具有已知值的电阻器与测量电子器件相连，并且按照需要调整测量电子器件。模拟传感器的验证也可以以类似的方式进行。对于模拟传感器而言，该传感器从测量电子器件脱离连接，并且具有已知值的电阻器连接至测量电子器件。测量电子器件的输出与具有已知值的电阻器的电阻值比较。如果比较结果位于可接受的极限内，则无需校准。

测量电子器件的这种校准技术是可行的，这是因为AC测量电子器件大体上位于模拟电阻率测量系统的变送器内。如果多点校准功能被用于校准单个电路的话，则该过程必须被重复。如果像通常的情况那样在结构内嵌有多个AC电阻测量子电路，则该过程也必须重复。这些子电路可以被用于提供多个测量范围。在测量电路已经被验证和/或被调整之后，可追踪的电阻器被脱离连接，并且传感器重新连接至测量电极。正如在此所使用的那样，术语“可追踪的电阻器”指的是具有已知值的电阻器。

校准过程的下一个步骤是验证和/或调整传感器的电池常数。为此，传感器被浸没在具有已知的和可追踪的电导率的溶液内，并且然后传感器的电池常数根据以下不同的计算方法被计算出：

新cc＝旧cc(基准电导率)/(测量的电导率)

或者

新cc＝(测量的电阻率)/(基准电阻率)

或者

新cc＝(测量的电阻率)×(基准电导率)

大体上，完整的模拟电导率测量系统(测量电路和电池常数这两者)的校准完成。