电导率仪的改进

　　一、前言

　　在科学研究和实际生产的许多场合都要测定液体的电导率,虽然利用电导率仪是很方便的,但是随着现代科学技术的发展和研究的深入,液体电导率在外界因素(如温度、电场、磁场、液体“年龄”等)影响下的微弱变化却是研究者们普遍关注的问题。这种微弱变化的确定和许多有关学科的科学研究有重要的关系。我们在静电场作用下水的物理性质的研究中,利用国产精度为10-2μs/cm的电导率仪测定在静电场作用下水的电导率的变化,发现这种变化不能引起该电导率仪的指针动作。为了解决这一电导率微弱变化的测量问题,我们设计了一个电导率微弱变化测量系统,这一系统利用了补偿原理和比较的方法,提高了测量精度,稳定性好,操作简便,与现行国产电导率仪相比,其精度提高了3个数量级,即由10-2μs/cm提高到10-5μs/cm,从而解决了液体电导率微弱变化的测量问题。

　　二、测量系统原理

　　本系统方框图如图1所示,主要由信号源、测量放大器、电导池、采样及补偿比较等部分组成。

　　电导率是表示物质导电性能的物理量,液体的电导率是利用带有交变电场的测量电极,插入被测溶液来测量。其原理电路如图2所示,当振荡器输出一定频率的交变信号时,则在插入电导池中的电导电极之间便形成交变电场,在电场作用下,液体导电而产生电流Ix,因为测量放大器是一个高输入阻抗的运算放大器,所以根据运算放大器的基本特性有:

　　式中δx为被测溶液的电导率,K为电导电极的电极常数,RF为运算放大器的反馈电阻,Sx为溶液的电导率,Rx为被测溶液呈现在测量电极之间的电阻。式(1)表明,电导池中被测溶液的电导率δx与运算放大器的输出电压V0成正比,即与运算放大器的输入电流Ix成正比(K、Vs、RF均为常数)。所以在信号源电压Vs和运算放大器的反馈电阻RF被精确地确定以后,就可通过测量运算放大器的输出电压V0测量出被测溶液的电导率δx值。

　　一般电导率仪在输出回路中接指示电表来指示电导率值,因电表内阻的影响,测量精度受到限制,这样,采用取用电流的方法将测不出真正的输出值,而且一般电导率仪用的指示表头灵敏度都较低(约为1mA),而表头内阻一般有几欧姆,即当运算放大器输出的有几毫伏的变化量时,表头才会有一小格的变化,这远远不能满足电导率微弱变化的测量。本系统是从精密电阻R1上的微小电压,则问题便迎刃而解,因为运算放大器输出V0的微弱变化在这个10Ω的精密电阻R1上便可反映出来,若测出此电阻上的微小电压,则可换算出电导率值。由式(1)知:δx=KVsRFV0,考虑到检波器的影响,则有V1=γ·V0,式中γ为检波器的检波因子,所以: