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在生产过程检测中,电导率的测量在电厂、水利、化工、冶金、医药及污水处理和水质监测以及利用电导率测量溶液浓度方面应用十分广泛,由于生产力水平和自动化程度的提高,需要先进的检测仪器和仪表作为基础,电导率作为工业过程自动化测量的一个重要指标量,长期以来一直是技术研究人员和电导率仪生产厂家关注和研究的重要课题。
首先,电导率的测量通常采用电极法,然而在电极电导率测量方法中,测量电极表现为复杂的电化学系统,影响电导率准确测量的因素主要有三方面:极化效应、电容效应和温度。
其次,由于工业过程自动化水平的提高,对测量仪表在实时性、准确性以及在线测试等方面提出了更高的要求。
在测量溶液电导率过程中,应消除极化效应、电容效应和温度的影响,从而准确测量电导率。人们提出了相敏检波、双脉冲、动态脉冲、频率等方法,本文分别从技术原理、特点和适用范围等方面进行对比,均有不同程度的不足,引起不同程度的测量误差,以及实时性较差和不能在线检测,不能满足工业过程自动化提高的要求。
本文在分析电导率测量过程中溶液的导电机理,测量过程中所面临的问题及处理问题的方法基础上,在消除极化效应、电容效应,和温度补偿方面。提出了选频电导率的测量方法,该方法应用迭代法解非线性方程以消除电容效应,应用0~4000Hz且幅值很小的交流方波作为激励源,将极化效应影响降至最低。应用多档位分压电阻R<,1>识别溶液电阻的变化。应用基于数字信号处理器(DSP)硬件的温度补偿方法,研制了电导率测试仪器。
首先,硬件电路设计,基于数字信号处理器(DSP)的硬件外围电路设计,包括电导率和温度信号滤波、放大、采集、方波激励源、人机接口以及串行通信电路等。
其次,系统软件设计,包括电导率信号采集程序、频率可调的方波激励源子程序、A/D转换子程序以及中值滤波子程序等。
最后,应用实验电路进行误差分析,通常溶液的电阻在1K~1M范围时,测量误差分布在1%以内。在解决准确测量一定温度溶液电导率基础上,在实时性、测量精度、集成度方面有极大的提高。