Способ измерения электрической проводимости чистой и деионизированной жидкости

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано в системах контроля качества чистой и деионизированной жидкости, в частности, воды путем измерения ее электрической проводимости в производстве полупроводниковых приборов и в фармацевтической промышленности.

Известен способ косвенного измерения электрической проводимости воды, при котором путем измерения тока и напряжения в цепи с измеряемым объектом определяют проводимость по закону Ома (Измерения в электронике: Справочник. В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др.; Под ред. В.А. Кузнецова. - М. Энергоатомиздат, 1987., стр. 192).

Основным недостатком известного способа является низкая точность измерений при использовании за счет поляризации измерительных электродов, поэтому определяемая электрическая проводимость воды может значительно отличаться от ее фактического значения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков и достигаемому результату (прототипом) является способ определения электрической проводимости природных вод, при котором накладывают на воздухе напряжение от гальванического источника постоянного тока на измерительные пластинчатые электроды с постоянным межэлектродным расстоянием и постоянной площадью поверхности и измеряют напряжения на электродах. Затем электроды погружают в воду и измеряют напряжение. После этого определяют статическую диэлектрическую проницаемость. Затем отключают источник тока, замыкают между собой измерительные электроды и после снижения напряжения до нулевого значения размыкают их. Измеряют установившееся напряжение после размыкания и соответствующее ему время. Определяют момент времени, для которого установившееся напряжение уменьшилось в е раз, устанавливают зависимость межу электрическим параметром, в качестве которого используют напряжение, и временем разряда для определения общей электрической проводимости объема воды между измерительными пластинчатыми электродами и рассчитывают время релаксации. При этом используют процесс электрической разрядки измерительных электродов, в течении которой определяется скорость изменения значения электрического параметра, такого, как напряжение на измерительных электродах, или тока через них. По статической диэлектрической проницаемости и полученному времени релаксации определяют электрическую проводимость воды (патент RU 2251119, МПК G01R 27/22 (2000.01), G01N 27/06 (2000.01).

Основным недостатком описанного способа является низкая точность измерений электрической проводимости чистых и деионизированных жидкостей, обусловленная применением электродов, имеющих гальваническую связь с жидкостью, в связи с чем происходит уменьшение ее чистоты путем насыщения ионами металла, в результате чего увеличивается погрешность измерения электрической проводимости.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании способа измерения электрической проводимости чистой и деионизированной жидкости с повышенной точностью определения электрической проводимости.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в способе измерения электрической проводимости чистой и деионизированной жидкости, при котором на измерительные пластинчатые электроды с постоянным межэлектродным расстоянием и постоянной площадью поверхности накладывают напряжение от источника тока и устанавливают зависимость межу электрическим параметром и временем разряда для определения общей электрической проводимости объема воды между измерительными пластинчатыми электродами, согласно изобретению предварительно измерительные пластинчатые электроды гальванически разделяют диэлектриком от жидкости, после устанавливают зависимость межу электрическим током и временем разряда, из которой определяют коэффициенты a₁, b₁, полученные ее аппроксимацией выражением:

где t - время разряда;

- U₀ - напряжение на измерительных пластинчатых электродах; вводят дополнительную емкость известного значения последовательно с измерительными пластинчатыми электродами, накладывают на измерительные пластинчатые электроды напряжение от источника тока и устанавливают зависимость межу электрическим током и временем разряда для определения общей электрической проводимости объема жидкости между измерительными пластинчатыми электродами с учетом дополнительной емкости, из которой определяют коэффициенты a₂, b₂, полученные ее аппроксимацией выражением:

далее, используя полученные коэффициенты, определяют электрическую проводимость жидкости в соответствии со следующим выражением:

где С₀ - известное значение конденсатора, включенного последовательно с измерительными пластинчатыми электродами.

Таким образом, разделение измерительных пластинчатых электродов от жидкости диэлектриком, установление зависимости межу током и временем разряда для определения общей электрической проводимости объема воды между измерительными пластинчатыми электродами на основе измерения в процессе электрической разрядки измерительных пластинчатых электродов не менее трех значений тока, протекающего через измерительные пластинчатые электроды, и соответствующих этим значениям тока моментов времени, из которой определяют коэффициенты a₁, b₁ в соответствии с выражением (1), введение дополнительной емкости известного значения последовательно с измерительными пластинчатыми электродами после прекращения электрического тока, протекающего через эти электроды, заряжание измерительных пластинчатых электродов через дополнительную емкость напряжением U₀, последующее наложение нулевого напряжения, тем самым реализуя процесс электрической разрядки измерительных пластинчатых электродов с учетом дополнительной емкости, установление зависимости межу электрическим током и временем разряда на основе измерения не менее трех значений тока, протекающего через измерительные пластинчатые электроды, и соответствующих моментов времени, для определения общей электрической проводимости объема жидкости между измерительными пластинчатыми электродами с учетом дополнительной емкости, из которой определяют коэффициенты а₂, b₂ в соответствии с выражением (2), последующее определение электрической проводимости жидкости при использовании зависимости (3) позволяют повысить точность измерений за счет возможности определения собственной электрической проводимости жидкости (3) между измерительными пластинчатыми электродами, отделенными диэлектриком от этой жидкости, что полностью исключает ее насыщение ионами металлов, повышающими электрическую проводимость и искажающими результат измерений.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема реализации способа измерения электрической проводимости чистой и деионизированной жидкости.

Измерение электрической проводимости чистой и деионизированной жидкости реализовано посредством системы жестко закрепленных двух измерительных пластинчатых электродов 1, отделяемых диэлектриком 2 от исследуемой жидкости 3. конденсатора 4 с известной электрической емкостью, последовательно связанного с одним электродом из двух электродов 1, электрическим ключом 5, позволяющим в заданный момент времени исключить влияние конденсатора 4 на протекание тока через электроды 1, и генератором 6 импульсов, преобразователя 7 ток-напряжение, подключенного к другому электроду из двух электродов 1 и аналого-цифровому преобразователю 8, блока управления 9, связанного с аналого-цифровым преобразователем 8 и генератором 6 импульсов. При этом электрический ключ 5 подключен параллельно конденсатору 4.

Способ измерения электрической проводимости чистой и деионизированной жидкости осуществляется следующим образом.

Предварительно измерительные пластинчатые электроды 1 с постоянным межэлектродным расстоянием и постоянной площадью поверхности гальванически разделяют диэлектриком 2 от жидкости 3.

В начале измерений электрический ключ 5 замыкают, исключая влияние конденсатора 4 на протекание тока через электроды 1. С помощью генератора 6 импульсов через замкнутый электрический ключ 5 накладывают напряжение U₀ на измерительные пластинчатые электроды 1, заряжая их, после чего на выходе генератора 6 устанавливается нулевое напряжение, в результате чего начинает протекать электрический ток разрядки, в течении которого измеряют не менее трех его значений и соответствующих моментов времени. Измерение осуществляют при помощи аналого-цифрового преобразователя 8, при этом предварительно ток, протекающий через измерительные пластинчатые электроды 1, преобразуется в пропорциональное по значению напряжение посредством преобразователя 7 ток-напряжение. Моменты времени регистрируют блоком управления 9. Устанавливают зависимость межу током и временем разряда для определения общей электрической проводимости объема жидкости 3 между измерительными пластинчатыми электродами 1. Полученные результаты аппроксимируют выражением (1).

Ожидают прекращения электрического тока через измерительные пластинчатые электроды 1. После прекращения электрического тока через измерительные пластинчатые электроды 1 размыкается электрический ключ 5, тем самым вводят дополнительную емкость известного значения - конденсатор 4 - последовательно с одним из измерительных пластинчатых электродов 1.

Далее накладывают на измерительные пластинчатые электроды 1 напряжение U₀ от источника тока, то есть посредством генератора 6 импульсов через конденсатор 4 накладывают напряжение U₀ на измерительные пластинчатые электроды 1, заряжая их, после чего на выходе генератора 6 импульсов устанавливается нулевое напряжение, в результате чего начинает протекать электрический ток разрядки с учетом дополнительной емкости известного значения, в течении которого измеряется не менее трех его значений и соответствующих моментов времени. Устанавливают зависимость межу электрическим током и временем разряда для определения общей электрической проводимости объема жидкости 3 между измерительными пластинчатыми электродами 1 с учетом дополнительной емкости. Полученные результаты аппроксимируют выражением (2).

По результатам аппроксимации, при использовании зависимости (3), определяют электрическую проводимость исследуемой жидкости.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить достоверность определения электрической проводимости чистой и деоинизированной жидкости без искажения результатов измерений.