用於測量電導率的方法及採用該方法的用於測量電導率的系統的製作方法
2023-11-03 13:26:12 3
用於測量電導率的方法及採用該方法的用於測量電導率的系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於測量電導率的方法和使用該方法的用於測量電導率的系統。用於測量電導率的方法包括：利用電導率標準溶液獲取電導池的電導池常數；將希望測量的溶液注入電導池中，並以在各個預設時間t上分階段地改變預定的直流電壓的方式來對設在電導池中的電極施加預定的直流電壓；根據電壓和峰值電流之間的線性關係獲得作為斜率的溶液的電阻，其中峰值電流是針對各個電壓測量而得到的；以及利用電導池常數和溶液的電阻來計算溶液的電導率。
【專利說明】用於測量電導率的方法及採用該方法的用於測量電導率的系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於測量電導率的方法及採用該方法的用於測量電導率的系統。【背景技術】
[0002]電導率是當對材料施加電場時其所具有的傳導電流的能力。電導率是表明材料導電容易程度的參數。電導率作為溶液的特性之一，其在基於溶液中離子總體濃度和傳輸特性(例如離子遷移率、擴散率和粘度等)提供有關溶液的化學結構的有用信息方面非常重要。
[0003]用於測量溶液電導率的方法通常分為採用直流的方法(DC)和採用交流(AC)的方法。採用DC的方法已普遍應用於測量具有高電導率的溶液。然而，採用DC的方法的缺點是可能會產生因電極表面上的極化而產生的測量誤差。因此，近些年測量電導率時大部分採用AC的方法。
[0004]另一方面，雖然採用AC的方法能夠減小電極表面上的極化現象，但其可能容易受到環境電磁幹擾的影響，並且在存在多個電子器件的情況下，難以進行準確地分析。
【發明內容】
[0005]因此，詳細描述的一方面是提供一種更為準確地測量溶液電導率的電導率測量方法及採用該方法的電導率測量系統。
[0006]為了實現上述性能及本發明的其他優點和目的，本發明提供了一種測量電阻和計算電導率的方法，該方法包括以下步驟:利用電導率標準溶液來獲取電導池的電導池常數；將希望測量的溶液注入電導池中，並以在各個預設時間t上分階段地改變預設DC電壓的方式對設在電導池中的電極施加預定的直流DC電壓；根據電壓和峰值電流之間的線性關係獲得作為斜率的溶液的電阻，其中峰值電流是針對各個電壓測量而得到；以及，利用電導池常數和溶液的電阻來計算溶液的電導率。
[0007]根據本發明的一方面，分階段地改變電壓的施加步驟可以是通過在各個預設時間上分階段地增大或者減小電壓來施加電壓的步驟。
[0008]根據本發明的另一方面，預設時間小於電極表面上開始發生極化的時間。
[0009]根據本發明的又一方面，預設時間可以是趨近於0的時間(t — 0)，以防止電極表面上的極化。
[0010]根據本發明的又一方面，峰值電流可以是在施加預定的DC電壓的時刻測量得到的電流。
[0011]根據本發明的又一方面，電導池常數的獲取可包括:通過在各個預設時間(T)上分階段地改變電壓來施加預定DC電壓；以及，根據電壓和針對各個電壓測得的峰值電流的線性關係來獲取作為斜率的電導率標準溶液的電阻。
[0012]在獲取電導池常數的步驟中，通過分階段地改變電壓的施加步驟可以是通過在各個預設時間分階段地增大或減小電壓來施加電壓的步驟。
[0013]預設時間小於在電極表面上開始發生極化的時間。
[0014]預設時間可以是趨近於O的時間(T — O),以防止在所述電極表面上發生極化。
[0015]如這裡所體現的以及寬泛而言的，為了實現上述性能及本發明的其他優點和目的，本發明提供了一種溶液電導率測量系統，該系統包括:
[0016]具有電極的電導池，該電導池具有唯一的電導池常數；電壓施加單元，其配置成通過在各個預設時間上分階段地改變電壓的方式來對電極施加預定直流電壓；電流測量單元，其配置成測量針對每個電壓的峰值電流；控制器，其配置成根據電壓和峰值電流的線性關係來獲取作為斜率的溶液的電阻，並利用電導池常數和溶液的電阻來計算溶液的電導率。
[0017]根據本發明的一個方面，電壓施加單元可配置成用以在各個時間分階段地增大或者減小電壓，該時間小於電極表面上開始發生極化的時間。
[0018]根據本發明的另一個方面，電流測量單元可配置成用以在施加預定DC電壓時測
量電流。
[0019]本發明可應用的其他範圍將在之後的詳細說明中變得顯而易見。然而，應該明白的是這裡僅以闡述的方式給出詳細說明和具體實施例包括本發明的優選實施例，因為在本發明的精神和範圍內根據詳細說明所作出的各種改變和修改對於本領域的技術人員而言是顯而易見的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]所包括的附圖用以提供對本發明更進一步的理解並結合於此作為說明書的一部分，其闡述了示範性實施例並與文中的描述共同用來解釋本發明的原理。附圖中:
[0021]圖1是根據本發明的一個示範性實施例的電導率測量方法的流程圖；
[0022]圖2和圖3是通過分階段地增加DC電壓並採用針對各個電壓測量的峰值電流的方式來獲取溶液的電阻的方法的原理圖；
[0023]圖4是根據本發明的電導率測量系統的一個示範性實施例的原理圖；
[0024]圖5A至圖5F是分別說明0.0OlM的KCl電導率標準溶液中基於電壓施加時間的所施加的電壓和所得的電流的圖表；
[0025]圖6A至圖6G是分別說明3M的KCl電導率標準溶液中基於電壓施加時間的所施加的電壓和所得的電流的圖表；以及
[0026]圖7A至圖7C是分別說明通過在施加於3M的KCl電導率標準溶液的電壓的測量範圍內分階段地改變電壓而獲取的測量結果的圖表。
【具體實施方式】
[0027]以下根據示範性實施例並參照附圖來對本發明提供的電導率測量方法和使用該方法的系統做詳細的描述。
[0028]在參照附圖進行描述時，為了描述的簡便，對於相同或等同的模塊將使用相同或相近的標號，從而使描述不會出現重複。說明書中，除非另外明確說明，文中的單數形式的表述包含複數形式的表述。[0029]圖1是根據本發明的一個示範性實施例的電導率測量方法的流程圖。圖2和圖3是通過分階段地增加DC電壓並採用針對各個電壓測量的峰值電流的方式來獲取溶液的電阻的方法的原理圖。圖2和圖3中所示出的方法可以用於測量電導率標準溶液的電阻和用於測量希望測量的溶液的電阻。
[0030]為測量溶液10的電導率(參見圖4)，將溶液10注入包括一對電極111 (參見圖4)的電導池110中(參見圖4)，溶液10的電阻通過實驗可以獲得。電導率可根據所獲得的電阻值計算(測量)得到。溶液10的電導率X可通過將距離L除以一數值計算得到，該數值通過將電極111的表面積A與溶液的電阻值R—起相乘而獲得，這樣可得[X=L/ (AXR)J0
[0031]因此，為基於電阻計算電導率X，需要用到電導池常數C，其為電導池110具有的唯一常數，由電極111的表面積和電極111之間的距離L所決定(C=L/A)。然而，由於僅通過實驗難以正確測量得到電導池常數，因此，電導池常數可通過測量將具有正確已知的電導率的電導率標準溶液注入導電池110時產生的電阻值來獲得。
[0032]為利用電導率標準溶液來獲得電導池常數，將電導率標準溶液注入到電導池110中，並在各個預設時間T分階段地(逐步地)改變DC電壓(S10)。預設時間可表示施加預定DC電壓的時間。
[0033]圖2示範性地說明了電壓vl、v2、v3、v4和v5在各個預設時間分階段地(逐步的形式)增大。電壓也可以在各個預設時間上逐步減小，或者瞬間施加任意不同的電壓。
[0034]之後，針對各個電壓測量峰值電流。如圖2所示，由於自施加電壓時電極111的表面開始產生的極化，電流可如同繪製的曲線那樣逐漸減小。因此，如果在極化發生之前測量峰值電流pl、P2、p3和p4，將可以避免因極化而產生的測量誤差。這可允許獲取用於計算更準確的電導池常數的基礎數據。
[0035]這裡，施加預定DC電壓的預設時間優選設為小於電導池110中設置的電極111表面開始極化的時間。電極在施加電壓後會立刻開始極化。因此，預設時間即T優選設定為趨向於0的時間，以防止電極111表面上的極化。
[0036]也就是說，電壓和對應峰值電流的數據可通過以下方式獲得:即刻施加第一電壓，測量對應於第一電壓的第一電流(即第一峰值電流)，即刻施加比第一電壓更高的第二電壓，以及測量對應於第二電壓的第二電流(即第二峰值電流)。
[0037]隨後，如圖3所示，作為斜率的電導率標準溶液的電阻值可根據峰值電流和電壓的線性關係而獲得(S20)。因此，電導池常數可根據該電阻計算得到。
[0038]當電導池常數確定後，將電導池110中的電導率標準溶液清除，並將希望測量的溶液10注入電導池110中(S30)。這裡，優選使用蒸餾水或類似液體對電導池110進行清洗，以確保完全從電導池110中清除殘留的電導率標準溶液。
[0039]隨後，如上所述，在各個預設時間t上逐步改變DC電壓(S40)，作為斜率的溶液10的電阻值可利用針對各個電壓測量的峰值電流根據峰值電流和對應電壓之間的線性關係而獲得(S50)。預設時間可指示施加預定DC電壓的時間。
[0040]例如，如圖2所示，電壓vl、v2、v3、v4和v5分別在預設時間tl、t2、t3、t4、和t5逐步增加，並可測量對應的峰值電流pl、p2、p3、p4和p5。相反的是，電壓也可以在各個預設時間上逐步減小，並可測量對應的峰值電流。由於在顯示電壓關於電流的圖表中電阻表示為斜率，因此電阻可通過施加兩個不同幅度的電壓並測量對應於這兩個電壓的兩個峰值電流而容易地獲得。當然，明顯的是，如果施加的電壓數量增加，那麼基於更多的數據可獲得更為準確的電阻值。
[0041]如圖2所示，由於自施加電壓時電極111的表面上開始產生的極化，電流可如同繪製的曲線那樣逐漸減小。如果測量在極化發生之前施加電壓產生的峰值電流，將可避免因極化而產生的測量誤差。這可允許獲取作為用於測量溶液10的更準確的電導率的基礎數據的電阻。
[0042]此處，改變電壓的預設時間可優選設為小於電導池110中電極111開始發生極化的時間。電極在施加電壓後會立刻開始極化。因此，預設時間即T優選設定為趨近於O的時間，以防止電極111的表面上的極化。預設時間可以是趨近於O的時間，例如以毫秒、微妙或納秒為單位的短暫時間。
[0043]也就是說，電壓和對應峰值電流的數據可通過以下方式獲得:即刻施加第一電壓，測量對應於第一電壓的第一電流(即第一峰值電流)，即刻施加比第一電壓更高的第二電壓，以及測量對應於第二電壓的第二電流(即第二峰值電流)。
[0044]隨後，作為斜率的溶液10的電阻值可根據電壓和峰值電流之間的線性關係獲得。因此，溶液10的電導率可根據溶液10的電阻值和已採用電導率標準溶液得到的電導池常數計算得到(S60)。
[0045]圖4是根據本發明的電導率測量系統的一個示範性實施例的原理圖。
[0046]如圖4所示，電導率測量系統100可包括電導池110、電壓施加單元120、電流測量單元130和控制器140。
[0047]電導池110包含電極111，其具有唯一的電導池常數。此處，電導池常數是電導池110所具有的唯一常數，其由電極111的表面積A和電極111之間的距離L決定。如前所述，電導池常數可通過利用電導率標準溶液而獲得。
[0048]電壓施加單元120可以在各個預設時間上逐步改變電壓的方式來對電極111施加預設DC電壓。電壓施加單元120可優選設為在各個時間上逐步增加或減小電壓，其中，該時間小於極化開始出現在電極111表面上的時間。
[0049]電流測量模塊130可測量針對各個電壓的峰值電流。由於在施加電壓時記錄最大電流(峰值電流)，因此電流測量模塊130可在電壓施加單元120施加電壓的時刻讀取供相電流值。
[0050]控制器140可根據電壓和峰值電流之間的線性關係計算作為斜率的溶液10的電阻，隨後利用電導池常數和溶液10的電阻來測量溶液10的電導率。
[0051]同時，圖4僅僅示範性地說明了電導率測量系統100的一個實施例，但本發明不限於此結構。電導率測量系統100可在本領域的技術人員所能理解的範圍內進行各種改變。
[0052]下文將對本發明的第一到第四示範性實施例進行詳細說明。
[0053]作為參考，各個實施例中用到的電導池不同於不同的示範性實施例中用到的電導池。因此，在各個實施例中，電導池常數可能不同。此處，由於第一實施例和第二實施例採用相同的電導池，因此它們具有相同的電導池常數。
[0054]【第一示範性實施例】0.0OlM的KCl電導率標準溶液中電導池的電導池常數的測
量
[0055]本實施例示範性地說明電導池的電導池常數的測量。首先，在向電導池中注入0.0OlM的、在18°C時電導率為127.3 (i! S/cm)的KCl電導率標準溶液並將電極放入其中之後，向電極施加範圍為-5V到+5V之間的電壓，每個電壓針對0.001秒的時間其間隔為IV，由此獲得各個電壓上測量的電流。之後，那些值繪製出來以獲得線性斜率。
[0056]
【權利要求】
1.一種用於測量電導率的方法，包括: 利用電導率標準溶液來獲取電導池的電導池常數； 將希望測量的溶液注入電導池中，並以在各個預設時間t上分階段地改變預定的直流電壓的方式來對設在電導池中的電極施加預定的直流電壓； 根據電壓和峰值電流之間的線性關係獲得作為斜率的溶液的電阻，其中峰值電流是針對各個電壓測量而得到的；以及 利用電導池常數和溶液的電阻來計算溶液的電導率。
2.如權利要求1所述的方法，其中，分階段地改變電壓的施加步驟是通過在各個預設時間上分階段地增大或者減小電壓來施加電壓的步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其中，預設時間小於在電極表面上開始發生極化的時間。
4.如權利要求3所述的方法，其中，預設時間是趨近於O的時間(t— O),以防止電極表面上的極化。
5.如權利要求1所述的方法，其中，峰值電流是在施加預定的直流電壓的時刻測量得到的電流。
6.如權利要求1所述的方法，其中，電導池常數的獲取包括: 通過在各個預設時間T上分階段地改變電壓來對電極施加預定的直流電壓；以及 根據電壓和針對各個電壓測得的峰值電流之間的線性關係來獲取作為斜率的電導率標準溶液的電阻。
7.如權利要求6所述的方法，其中，在獲取電導池常數的步驟中，通過分階段地改變電壓的施加步驟是通過在各個預設時間分階段地增大或減小電壓來施加電壓的步驟。
8.如權利要求6所述的方法，其中，預設時間小於電極表面上開始發生極化的時間。
9.如權利要求8所述的方法，其中，預設時間是趨近於O的時間(T— O),以防止在電極表面上發生極化。
10.一種用於測量電導率的系統，包括: 具有電極的電導池，所述電導池具有唯一的電導池常數； 電壓施加單元，其配置成通過在各個預設時間上分階段地改變電壓的方式來對電極施加預定的直流電壓； 電流測量單元，其配置成測量針對各個電壓的峰值電流； 控制器，其配置成根據電壓和峰值電流的線性關係來獲取作為斜率的溶液的電阻，並利用電導池常數和溶液的電阻來計算溶液的電導率。
11.如權利要求10所述的系統，其中，電壓施加單元配置成用以在各個時間上分階段地增大或者減小電壓，該時間小於在電極表面上開始發生極化的時間。
12.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，電流測量單元配置成用以在施加預定的直流電壓時測量電流。
【文檔編號】G01R27/22GK103809030SQ201310560258
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】金鐘潤, 磪容碩, 裵相垠, 延濟元, 宋奎錫 申請人:韓國原子力研究院, 韓國水力原子力株式會社