[发明专利]采用两种波形激励信号的溶液电导率的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及溶液电导率或电阻率的测量系统，尤其涉及采用两种波形激励信号的溶液电导率的测量系统。

背景技术

溶液电导率的基本测量方法是测量施加在置入溶液的电极的两端上的电压U_D和流过电极的电流I，计算电极之间的电阻R=U_D/I，用G=K/R计算溶液的电导率，其中K为电极常数。但置入溶液内的电极在通电后会产生极化，使测得的电压U_D实质上不是溶液本身两端的电压，而是施加在溶液电阻和涉及溶液/金属电极界面过程的双电层电容（以下简称：电极的双电层电容）这两个串联的虚拟电子器件上的电压，因此公式R=U_D/I存在理论误差；为了减小电极极化对测量准确度的影响，基本方法是在电极上施加正负极性对称的交流电，但是在交流激励信号作用下，测得的电流I并不是单纯流过溶液的电流，而是流过溶液电阻支路并联电极分布电容（包含电极极间电容、电极引线电容）支路的总电流，因此使用交流激励方法在减小电极极化影响的同时却引入了电极分布电容对测量的影响。

目前采用电化学分析方法测量溶液电导率的研究全部用阻容网络作为电导池等效物理模型，而这些作为电导池等效物理模型的阻容网络主要分为两类，第一类是用一个被测溶液电阻并联电极分布电容，这是较简单的模型，也是多数溶液电导率测试方面的研究所涉及的，第二类为用一个被测溶液电阻串联电极的双电层电容后再并联电极分布电容，这是相对复杂和较难处理的模型，参见本说明书附图1，是适合精密测量的电导池等效物理模型。针对以第一类阻容网络为电导池等效物理模型的研究主要解决的问题是消除电极分布电容的影响，在这方面取得了大量的研究成果，有采用相敏检波的，有采用动态脉冲法的，有双脉冲法的，还有采用双频率方波激励的等等方法，这些研究成果取得了积极的效果，但是由于所用的电导池等效物理模型没有把电极的双电层电容考虑进去，自然也就忽略了电极的双电层电容对测量的影响，在精密测量中电极的双电层电容的影响是不能忽略的，哪怕电极的双电层电容的容抗只有被测溶液电阻的1%大小，正因如此，针对第一类阻容网络模型的研究向更精密测量的发展受到了限制。

要实现溶液电导率的精密测量，要求各个环节都要尽可能精确，包括：1、模拟电导池工作原理的阻容网络模型必须更接近真实情况，根据电化学分析方面的研究成果，上述的第二类模型（即用一个被测溶液电阻串联电极的双电层电容后再并联电极分布电容）要比第一类模型（即用一个被测溶液电阻并联电极分布电容）更加接近真实的电导池、更加精确；2、建立在阻容网络基础上的求解数学表达式的推导要尽可能精确，少用最好不存在近似；3、数学表达式尽可能是闭式求解而不是迭代求解，数学表达式尽可能不出现分母接近于零的情况以避免数值计算误差的放大；4、根据数学表达式进行数值计算时误差尽可能小；5、电极激励信号和电极响应信号的检测如电流值、电压值、功率值等误差尽可能小。第4环节是数值计算理论范畴问题，特别涉及到数值的输入存储和计算的有效字长问题；第5环节是电路设计方面的问题；第1~3环境是由总体方案确定的，是溶液电导率测量方案的核心。目前基于上述第二类电导池等效物理模型的研究还较少，尤其还未见基于第二类电导池等效物理模型的求解溶液电导率的无近似推导的计算表达式，除了本专利发明人曾在中国专利申请号为200910113046.3的专利申请书中公开的一种溶液电导率的测量方法之外。该专利方法中的权利要求书未涉及电极分布电容的求解方法，只是把电极分布电容作为求解被测溶液电阻表达式中的输入参数，而该专利说明书中推荐的电极分布电容的标定方法存在一些缺陷，因为在测试溶液的电导率时，电导池电极之间是充满被测溶液的，而电导池电极之间充满的溶液相当于电极极板之间的一种介质，作为介质的被测溶液的介电常数与空气的会有差异，所以该专利方法所述的将电极置于空气中标定测出的电极分布电容与电极置于被测溶液中的真实的电极分布电容会有差异。本发明专利的目的之一是对前述专利的一种补充，提出采用两种波形激励信号的溶液电导率的测量系统，该测量系统包含两种波形的激励信号，第一种波形激励信号用于测量求解电极分布电容，第二种波形激励信号用于测量求解溶液的电阻及电导率。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以消除电极的双电层电容以及电极分布电容（包含电极极间电容和电极引线电容）双因素对测量的不利影响的具有两种波形激励信号特点的溶液电导率或电阻率的测量系统。