本發(fā)明屬于溶液測量領(lǐng)域，尤其涉及一種電導(dǎo)率測量方法、電路及電導(dǎo)率測量儀。

背景技術(shù)：

電導(dǎo)率是一個衡量水溶液導(dǎo)電能力的電學(xué)物理量，是電阻率的倒數(shù)，一般用希臘字母κ表示(或者γ)，κ＝1/ρ。一般意義上，電導(dǎo)率的測量溫度是標(biāo)準(zhǔn)溫度(25℃)。在液體中，水的電導(dǎo)率是衡量水質(zhì)的一個重要指標(biāo)。電導(dǎo)率的測量在日常生產(chǎn)和生活中有著比較廣泛的應(yīng)用，如測量飲用水的電導(dǎo)率用來檢測水中所含電解質(zhì)的濃度，用來測量沿海地下水的電導(dǎo)率來查看其地下水收海水的入侵程度，還可以用測量電導(dǎo)率的方式來辨別地溝油等。

近年來，隨著微電子工業(yè)清洗處理，飲用純凈水、藥用蒸餾水、生物制品用水、動力鍋爐及大型發(fā)電機組冷卻用水需求量的急劇增加，越來越多的產(chǎn)品、技術(shù)開始對介質(zhì)的導(dǎo)電性能、成份要求給出準(zhǔn)確的分析和評價，而且在實時性、準(zhǔn)確度等方面提出了更高的要求。

目前國內(nèi)多數(shù)電導(dǎo)率儀用的二電極法來檢測，然而，用二電極法來檢測電導(dǎo)率，不能自動切換方波信號頻率及方波信號振幅，并且長時間輸出激勵信號，影響電極工作壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種電導(dǎo)率測量方法，旨在解決現(xiàn)有用二電極法來檢測電導(dǎo)率，無法自動切換方波信號頻率及方波信號振幅，并且長時間輸出激勵信號，影響電極工作壽命的問題。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種電導(dǎo)率測量方法，所述方法包括下述步驟：

生成交流方波信號；

放大所述交流方波信號，以提高帶載能力；

將放大后的方波信號通過導(dǎo)線連接電極的一端，在電解質(zhì)溶液里產(chǎn)生一個交變電場；

通過電極的另一端檢測電解質(zhì)溶液在交變電場中產(chǎn)生于電極兩端的微弱的交流電流信號；

將微弱的交流電流信號轉(zhuǎn)變成交流電壓信號；

對所述交流電壓信號進行整流、濾波，得到穩(wěn)定的直流電壓信號；

將所述直流電壓信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電導(dǎo)率顯示。

本發(fā)明的另一目的是提供一種電導(dǎo)率測量電路，所述電路包括：

激勵產(chǎn)生單元，用于生成交流方波信號作為激勵；

放大單元，用于放大所述交流方波信號，所述放大單元的輸入端與所述激勵產(chǎn)生單元的激勵輸出端連接；

緩沖單元，用于提高帶載能力，所述緩沖單元的輸入端與所述放大單元的輸出端連接，所述緩沖單元的輸出端通過導(dǎo)線連接電極的一端，在電解質(zhì)溶液里產(chǎn)生一個交變電場；

I/V轉(zhuǎn)換單元，用于通過電極的另一端檢測電解質(zhì)溶液在交變電場中產(chǎn)生于電極兩端的交流電流信號，并將微弱的交流電流信號轉(zhuǎn)變成交流電壓信號，所述I/V轉(zhuǎn)換單元的輸入端通過導(dǎo)線與電極的另一端連接；

整流濾波單元，用于對所述交流電壓信號進行整流、濾波，生成穩(wěn)定的直流電壓信號，所述整流濾波單元的輸入端與所述I/V轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接；

電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元，用于將所述直流電壓信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電導(dǎo)率，所述電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元的輸入端與所述整流濾波單元的輸出端連接；

顯示單元，用于顯示電導(dǎo)率，所述顯示單元的輸入端與所述電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接。

本發(fā)明的另一目的是提供一種采用上述電導(dǎo)率測量電路的電導(dǎo)率測量儀。

本發(fā)明實施例通過PLC對檢測到的信號進行判斷，從而控制繼電器切換輸入方波信號的頻率、振幅及檢測量程，達到對儀器的軟件成本、硬件成本的控制，得到的數(shù)據(jù)無論是線性度還是精度，或者是在自動切換及不切換的情況下，都達到了工業(yè)級別的要求，并且延長了電極使用壽命。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的未自動切換量程的散點圖；

圖2為經(jīng)本發(fā)明實施例自動切換量程后的散點圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的電導(dǎo)率測量方法的流程結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的電導(dǎo)率測量電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的電導(dǎo)率測量電路的示例電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明實施例通過PLC對檢測到的信號進行判斷，從而控制繼電器切換輸入方波信號的頻率、振幅及檢測量程，達到對儀器的軟件成本、硬件成本的控制，延長了電極使用壽命。

圖3示出了本發(fā)明實施例提供的電導(dǎo)率測量方法的流程結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實施例，該方法包括下述步驟：

在步驟S101中，生成交流方波信號；

在本發(fā)明實施例中，該交流方波信號作為激勵通過PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)產(chǎn)生，其占空比為50％，頻率為800Hz—4000Hz。

在步驟S102中，放大交流方波信號，以提高帶載能力；

在步驟S103中，將放大后的方波信號通過導(dǎo)線連接電極的一端，在電解質(zhì)溶液里產(chǎn)生一個交變電場；

在步驟S104中，通過電極的另一端檢測電解質(zhì)溶液在交變電場中產(chǎn)生于電導(dǎo)率儀電極兩端的微弱的交流電流信號；

在步驟S105中，通過I/V轉(zhuǎn)換電路，將微弱的交流電流信號轉(zhuǎn)變成交流電壓信號；

在步驟S106中，通過整流電路、濾波電路進行整流、濾波，得到穩(wěn)定的直流電壓信號；

在步驟S107中，將直流電壓信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電導(dǎo)率顯示。

作為本發(fā)明一實施例，在步驟S105之后還可以包括：

步驟S108，將直流電壓信號通過PLC進行比對判斷，若超出儀器量程，則自動選擇更高的量程。

在未自動切換量程時數(shù)據(jù)如下，其散點圖參見圖1：

在經(jīng)過本發(fā)明實施例自動切換量程時的數(shù)據(jù)如下，其散點圖參見圖2：

本發(fā)明實施例通過PLC對檢測到的信號進行判斷，從而控制繼電器切換輸入方波信號的頻率、振幅及檢測量程，達到對儀器的軟件成本、硬件成本的控制，得到的數(shù)據(jù)無論是線性度還是精度，或者是在自動切換及不切換的情況下，都達到了工業(yè)級別的要求，并且延長了電極使用壽命。

圖4示出了本發(fā)明實施例提供的電導(dǎo)率測量電路的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實施例，該電導(dǎo)率測量電路包括：

激勵產(chǎn)生單元11，用于生成交流方波信號作為激勵；

放大單元12，用于放大交流方波信號，放大單元12的輸入端與激勵產(chǎn)生單元11的激勵輸出端連接；

緩沖單元13，用于提高帶載能力，緩沖單元13的輸入端與放大單元12的輸出端連接，緩沖單元13的輸出端通過導(dǎo)線連接電極的一端T101A-IN，在電解質(zhì)溶液里產(chǎn)生一個交變電場；

I/V(電流/電壓)轉(zhuǎn)換單元14，用于通過電極的另一端T102A+IN檢測電解質(zhì)溶液在交變電場中產(chǎn)生于電極兩端的交流電流信號，并將微弱的交流電流信號轉(zhuǎn)變成交流電壓信號，I/V轉(zhuǎn)換單元14的輸入端通過導(dǎo)線與電極的另一端T102A+IN連接；

整流濾波單元15，用于通過整流電路、濾波電路，將交流電壓信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓信號，整流濾波單元15的輸入端與I/V轉(zhuǎn)換單元14的輸出端連接；

電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元16，用于將直流電壓信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元16的輸入端與整流濾波單元15的輸出端連接；

顯示單元17，用于顯示電導(dǎo)率，顯示單元17的輸入端與電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元16的輸出端連接。

作為本發(fā)明一實施例，可以采用可編程邏輯控制器(PLC)作為激勵產(chǎn)生單元和電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元，參見圖5，此時，PLC的激勵輸出端為激勵產(chǎn)生單元11的激勵輸出端與放大單元12的輸入端連接，PLC的輸入端為電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元16的輸入端與整流濾波單元15的輸出端連接，PLC的顯示輸出端為電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換單元16的輸出端與顯示單元17連接。

本發(fā)明實施例通過PLC對檢測到的信號進行判斷，從而控制繼電器切換輸入方波信號的頻率、振幅及檢測量程，達到對儀器的軟件成本、硬件成本的控制，得到的數(shù)據(jù)無論是線性度還是精度，或者是在自動切換及不切換的情況下，都達到了工業(yè)級別的要求，并且延長了電極使用壽命。

圖5示出了本發(fā)明實施例提供的電導(dǎo)率測量電路的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實施例，放大單元12包括：

電阻R109、電阻R110、電阻R111和第一運算放大器U103-B；

電阻R111的一端為放大單元12的輸入端，電阻R111的另一端與第一運算放大器U103-B的反向輸入端連接，第一運算放大器U103-B的反向輸入端還同時與電阻R109和電阻R110的一端連接，電阻R109和電阻R110的另一端分別為放大單元12的第一、第二反饋端，第一運算放大器U103-B的正向輸入端接地，第一運算放大器U103-B的輸出端為放大單元12的輸出端。

緩沖單元13可以采用第二運算放大器U103-A實現(xiàn)，其中第二運算放大器U103-A的正向輸入端為緩沖單元13的輸入端，第二運算放大器U103-A的反向輸入端與第二運算放大器U103-A的輸出端連接，第二運算放大器U103-A的輸出端為緩沖單元13的輸出端。

I/V轉(zhuǎn)換單元14包括：

電阻R101、電阻R102、電阻R104和第三運算放大器U101；

第三運算放大器U101的反向輸入端為I/V轉(zhuǎn)換單元14的輸入端同時與電阻R101和電阻R102的一端連接，電阻R101和電阻R102的另一端分別為I/V轉(zhuǎn)換單元14的第一、第二反饋端，第三運算放大器U101的正向輸入端通過電阻R104接地，第三運算放大器U101的輸出端為I/V轉(zhuǎn)換單元14的輸出端。

作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例，該電導(dǎo)率測量電路還可以包括：

量程切換單元18，用于對直流電壓信號進行比對判斷，若超出儀器量程，則自動選擇更高的量程，量程切換單元18的輸入端與整流濾波單元15的輸出端連接，量程切換單元18的第一組切換端與放大單元12的輸出端和反饋端連接，量程切換單元18的第二組切換端與I/V轉(zhuǎn)換單元14的輸出端和反饋端連接。

優(yōu)選地，量程切換單元18可以進一步包括：

切換控制模塊181和PLC；

值得說明的是，此處的PLC可以復(fù)用上述實施例中的PLC；

PLC的輸入端為量程切換單元的輸入端，PLC的切換輸出端與切換控制模塊181的輸入端連接，切換控制模塊181的多個輸出端分別為量程切換單元的兩組切換端。

優(yōu)選地，切換控制模塊181包括：

電阻R126、電阻R127、二極管D106、開關(guān)管Q101、繼電器K101和單片機U1；

單片機U1的輸入端為切換控制模塊181的輸入端與PLC的切換輸出端連接，單片機U1的輸出端與電阻R126的一端連接，電阻R126的另一端與開關(guān)管Q101的控制端連接，開關(guān)管Q101的控制端還通過電阻R127接地，開關(guān)管Q101的輸出端接地，開關(guān)管Q101的輸入端與二極管D106的陽極連接，二極管D106的陰極連接+5V電源電壓，繼電器K101的1腳和8腳分別連接二極管D106的陰極和陽極，繼電器K101的2腳、3腳、4腳為量程切換單元18的第一組切換端，繼電器K101的5腳、6腳、7腳為量程切換單元18的第二組切換端，且(繼電器K101的2-7腳)均為切換控制模塊181的多個輸出端，其中，繼電器K101的2腳和4腳分別與放大單元12的第一反饋端和第二反饋端連接，繼電器K101的3腳與放大單元12的輸出端連接，繼電器K101的5腳和7腳分別與I/V轉(zhuǎn)換單元14的第一反饋端和第二反饋端連接，繼電器K101的6腳與I/V轉(zhuǎn)換單元14的輸出端連接。

在本發(fā)明實施例中，繼電器K101的1腳和8腳為控制端，控制端為低電平時2腳與3腳閉合、7腳與6腳閉合，控制端為高電平時4腳與3腳閉合、5腳與6腳閉合。

在本發(fā)明實施例中，PLC產(chǎn)生的交流方波信號(其占空比為50％，頻率為800Hz—4000Hz)經(jīng)電阻R111、第一運算放大器U103-B，以及反饋電阻R110或者R109組成的放大電路，放大方波信號，再經(jīng)過第二運算放大器U103-A以提高帶載能力，此時，方波信號通過導(dǎo)線連接電極的一端，在電解質(zhì)溶液里產(chǎn)生一個交變電場，電極的另一端檢測電解質(zhì)溶液在交變電場中產(chǎn)生于電導(dǎo)率儀電極兩端的微弱的交流電流信號，通過由第三運算放大器U101、電阻R104以及反饋電阻R101或者R102組成的I/V轉(zhuǎn)換電路，將微弱的交流電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號經(jīng)過濾波整流后輸入到PLC，PLC將直流電壓信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電導(dǎo)率后輸出給顯示單元顯示。

值得一提的是，PLC還可以對濾波整流單元輸出的直流電壓信號進行判斷，在直流電壓信號大于閾值時通過單片機U1控制開關(guān)管Q101導(dǎo)通，進而控制繼電器K101導(dǎo)通吸合，改變放大單元12和I/V轉(zhuǎn)換單元14中反饋電阻的選取，從而實現(xiàn)檢測量程的切換。

這里電阻R109的阻值可以設(shè)置為電阻R110的10倍，電阻R101的阻值可以設(shè)置為電阻R1102的10倍，從而實現(xiàn)量程的調(diào)節(jié)、切換，當(dāng)然，反饋電阻的阻值比例并不限定為10倍，可以根據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置。

本發(fā)明實施例通過PLC對檢測到的信號進行判斷，從而控制繼電器切換輸入方波信號的頻率、振幅及檢測量程，達到對儀器的軟件成本、硬件成本的控制，得到的數(shù)據(jù)無論是線性度還是精度，或者是在自動切換及不切換的情況下，都達到了工業(yè)級別的要求，并且延長了電極使用壽命。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。