[实用新型]工业电导率仪

说明书

本实用新型涉及一种纯水电导率的测量仪器。

随着微电子工业的发展和高技术产业的兴起，对纯水水质提出了越来越高的要求，在纯水的制备和应用过程中，电导率的测量是必不可少的。由于温度变化对电导率有很大影响，必须在恒温条件下进行电导率测量，而这在工业现场是很难实现的，为此必须在电导率仪电路中进行温度补偿以将室温下测得的电导率值转换为基准温度（25℃）的电导率值。由于电导率的温度系数复杂的多，电导率的温度系数不但与温度有关，和溶液中离子种类、离子浓度也有关，即使是纯水，水的纯度和微量杂质对电导率的温度系数也有很大影响。由于电导率的温度系数本身就是一个多元函数，故目前电导率仪的温度补偿电路一般采用以下三种形式：

（1）.以一般水溶液电导率温度系数为2％作为基础，不管被测对象如何，一概以每摄氏温度2％进行补偿，这一方法在以往水质纯度不高的情况下沿可应用，但在今天，超纯水（16～18MΩ.cm）应用日益普遍的情况下，由于超纯水温度系数高达4％～8％，采用2％补偿，每度所带来的误差即达2％～6％，这是用户无法接受的。

（2）.在电导率仪上增加一个温度系数补偿器，其调节范围从1％～4％或9％，按理说这是一个好办法，可是由于电导率温度系数是一个多元函数，变化规律非常复杂，使用者无法正确确定温度系数值，在实用上很难掌握，主要依靠使用者经验调节，由于无确切依据，故误差仍然很大。

（3）.在纯水电导率仪中，取测量范围（如10～18MΩ.cm）的中间值14MΩ.cm的水的电导率温度系数为基准，其它水质按此进行补偿，但此法对14MΩ.cm以下、以上的水质则误差较大，此法引起的误差在温差较大时仍达每度0.5～2％左右。

本实用新型的目的在于提供一种可自动对不同水质、不同温度进行温度补偿的工业电导率仪。

本实用新型的技术方案是：它包括用于产生正弦波信号的正弦波振荡器；用于对纯水中杂质离子电导率温度系数α进行温度补偿的α曲线温度补偿电路；用作探测水质电导率的电导池，该电导池与α曲线温度补偿电路相串联；用于对纯水中氢离子及氢氧根离子电导率温度系数β进行温度补偿的β曲线温度补偿电路；用于将电导池输出的信号与β曲线温度补偿电路输出的信号进行迭加的加法器；用于将加法器输出的信号转换成数字信号并进行显示的数字显示器。纯水电导率的温度影响实质上是由于温度变化对水的密度、离子积、离子活度和极微量杂质离子电导的综合影响结果，不同纯度的水在不同温度下有不同温度系数，它们组成一族电导率温度曲线。根据对纯水电导率温度曲线的分析，我们发现可以把纯水电导率温度系数分解成杂质离子电导率温度系数α和水中氢离子及氢氧根离子电导率温度系数β两部分，由下式表示：

Kx＝［1＋α（t－25）］·（Kt－KH_2O）＋［1＋β（t－25）］·KH_2O

式中：Kx为对应于25℃时的电导率

Kt为t℃下测得的电导率

H₂O为理论纯水电导率（25℃），约18.3MΩ.cm

温度系数α仍然是一个变量，但主要是温度t的函数，而β则主要是水纯度的函数。把一个二元函数关系分解为二个一元函数关系。对纯水电导率曲线进行一系列数据处理，可以求得式中的α值和β值，根据上式，可以实际测得的Kt求出基准温度25℃时的电导率值Kx。根据上面的数字关系，在电导率仪的温度补偿电路中设计了两个电路：一个温度补偿器主要用于补偿不同温度下α的变化，一个纯水补偿主要补偿不同水质纯水β值。这样，上述技术方案便可根据实际测得的Kt进行自动温度补偿，获得对应于25度时的Kx值。

本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

利用α和β温度自动补偿电路对不同水质和不同温度进行自动补偿，解决了高纯水的非线性温度补偿的难题，取得了较好的补偿结果，在温差±10℃的情况下，补偿误差不超过仪器基本误差，而仪器制造成本没有明显增加。

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述：

附图1为本实用新型的电路原理图；

附图2为本实用新型的电路方框图；

实施例：本实用新型包括用于产生正弦波信号的正弦波振荡器［1］；用于对纯水中杂质离子电导率温度系数α进行温度补偿的α曲线温度补偿电路［2］；用作探测水质电导率的电导池［3］，该电导池［3］与α曲线温度补偿电路［2］相串联；用于对纯水中氢离子及氢氧根离子电导率温度系数β进行温度补偿的β曲线温度补偿电路［8］；用于将电导池［3］输出的信号与β曲线温度补偿电路［8］输出的信号进行迭加的加法器［6］；用于将加法器［6］输出的信号转换成数字信号并进行显示的数字显示器［7］。电导池［3］的输出端接有用于放大电导率测量信号的放大器［4］。放大器［4］的输出端接有用于消除分布电容产生的干扰信号的相敏检波器［5］，相敏检波器［5］的输出端接加法器［6］的一个加法输入端。所述的β曲线温度补偿电路［8］包括一个同相放大器A7和β值补偿电路，所述的β值补偿电路由电阻R25、电阻R24、热敏电阻RT2和稳压二极管D3组成，该β值补偿电路中，置于被测水中的热敏电阻RT2和电阻R25并联后再与电阻R9串联，然后跨接于正电源＋V端和负电源－V端，热敏电阻RT2与地之间跨接有稳压二极管D3，电阻R24与电阻R25之间的接点接在同相放大器A7的同相端，同相放大器A7的输出端经电阻R16接加法器［6］的加法输入端。参见附图1，正弦波振荡器主要由型号为8038的函数发生器A1完成，它向运算放大器A2的反相端输出正弦波电压。所述的α曲线温度补偿电路［2］为一个负反馈放大器，该放大器的输出端与反相输入端之间跨接有α曲线温度补偿网络，所述的α曲线温度补偿网络由置于被测水中的热敏电阻RT1和电阻R6并联后再与电阻R9串联。由于RT1阻值随温度变化的曲线与α值随温度变化的曲线相似，故利用了RT1的曲线加补偿电路获得α曲线，R6在RT1大时起主要作用，并联的结果将RT1曲线向下拉至与α曲线相同；R9在RT1小时起主要作用，串联的结果将RT1曲线向上抬至与α曲线相同，这样的补偿结果可获得α曲线。CJ为电导池［3］，用于测量纯水在t℃温度下的电导率，电导池［3］与α曲线温度补偿电路［2］相串联，可得到技术方案算式中的［1＋α（t－25）］·（Kt－KH_2O）。A3为交流放大器［4］，用于放大电导率测量信号。正弦波信号进入比较器A4后可其输出端可获得方波信号，即附图2中的方波发生器［9］。该方波信号经二极管D1、场效应三极管G后得到与正弦波电压相位相同的方波电压，使由A5为主组成的相敏检波器［5］在一个半波时为同相放大器，另一个半波时为反相放大器，流经电导传感器CJ的电阻电流（对应于电导率）被检波成为直流信号，而流经CJ的电容电流（对应于分布电容）由于它比电阻电流相位超前90°，所以经相敏检波器后仍为交流信号，其直流成分为零，因此相敏检波能有效消除分布电容对电导率测量的影响。由运放A7、电阻R25、热敏电阻RT2、电阻R24、二极管D3为主组成β曲线温度补偿电路［8］，运放A7的同相端电压因RT2、R25、R24电阻网络的分压比随RT2在不同温度下有不同的分压比，当R24、R25取值经计算确定后，本电路能产生所需的补偿电压，以补偿纯水电导率的温度影响，可得到技术方案算式中的［1＋β（t－25）］·KH_2O，该数值经电阻R16进入由运放A6为主组成的加法器［6］。该加法器将相敏检波器A5输出信号与纯水电导率补偿信号相加得技术方案中的Kx，供数字显示器［7］直接显示标准温度25℃下的电导率值。