[其他]纯水电导率传感器

说明书

一种多电极电导率传感器，其产生的输出被加到一个反应了表征水样温度的温度传感器信号的特殊温度补偿系统。该温度信号选择地作用于一个包含有分开的要用于调整所测电导率输出的水校正值和盐份校正值的存储器。水的校正值代表所测温度下绝对纯水的电导率，而且这个值可从所测的总电导率中减去，以产生一个只由盐份杂质引起的电导率值。然后，将来自存储器的盐份校正信号用于标出标准参考温度25℃时的所测盐份的电导率信号，从而得到校正过的盐份电导率测量值，可以将它加到代表该温度下纯水电导率的固定纯水校正信号上。这些数值的和所产生的一个调整过的输出信号，能准确反映标准温度25℃时纯水溶液的电导率（或电阻率）。

为了要避免由电极沉积所引起的偏差，要监控加到四电极电导率传感器的电流电极两端的激励电压，以便在传感器电路接近能克服所积累的沉积的极限时产生一个警告，从而提醒操作人员在出现实质性的偏差之前就需要清洁电极。

近年来，甚高纯水在各种应用场合，例如固体电子学用的半导体生产，核能发电机用的供水和超微量分析中，应用都日益增加。这些系统的操作人员都必须不懈地警惕那些能损害其操作或产品的杂质的出现。完成这种目的的最有效的方法之一就是监控溶液电导率（或其倒数，电阻率）以示出水中离子的出现。尽管电导率在辨认出现的杂质类型方面并不具特效，但在许多应用场合中，由于高纯水需要不出现几乎所有能导电的物质，故它仍然是最有用的，而在保证适合的pH（它在这些设备中难于测量，为大家所知）方面，它实际上也能用作宝贵的代替方案。

在正常的电导率量级中，各种仪器都可以用于测量电导率（或其倒数，电阻率）。然而，要想采用那些先有仪器来测量极纯水中极低的电导率，则还未完全成功。主要的问题在于水中的杂质不是唯一的离子源。有极少量水本身就会分解为高度导电的氢离子和氢氧离子。这种少量的水离子在较高电导率下并不重要，因它们对总的电导率的作用很小。但在高纯水中，出现的电导率在每厘米一微姆欧或更小的范围内，水离子就变为电导率的主要来源。更复杂的事情是，温度变化对水离子电导率的效果恰巧约三倍于温度变化对盐溶液，例如氯化钠产生的效果，而氯化钠是纯水系统中最常发现的杂质。因此，为取得精确的测量，电导率的测量必须一方面要为低量级的盐份浓度，另一方面又要满足为水离子作温度补偿。

一种为获取纯水电导率测量的温度补偿的直截了当的做法涉及在所测温度下产生一个代表纯水电导率的信号值，然后从要由准确的电导率测量表测量的总电导率减去这个纯水值。剩下的是代表只由盐离子所提供的电导率数值，然后可将它转换为代表标准温度25℃下盐份电导率的信号。于是，可以将盐份电导率的温度校正信号加到一个固定的代表标准参考温度下纯水电导率的数值以产生一个准确的总电导率测量。然而，由于纯水电导率一般只代表总电导率的实质部分，在从所测电导率数值减去纯水值时，会使测量电导率中任何误差的效果大大放大。因此，避免由于在浸入纯水样品中的电导率测量表探头电极上的沉积一类原因产生的测量误差就变得极端重要了。

在1978年10月3日公布的并如本发明转让给同一受让人的本申请人的前美国专利第4，118，663号中叙述的四电极电导率传感器，有效地避免了因杂质或氧化产物堆积在电极表面上的电极污垢所引起的测量电导率中的误差。在纯水中所遇到的电导率甚低的情况下，需要避免这种因该电极沉积所引起的误差变得刻不容缓了，因为这种误差可以代表总电导率信号的实质部分。在取得专利的四电极系统中，从一个运算放大器电路加到两个电极的电压自动调整以补偿因电极沉积引起的电压降。但当电压增加超过一预定电平时，系统就到达补偿这些电极的能力极限，于是就必须清洁电极以避免误差。