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1、常用在线电导率仪检定方法的研究周中衣等:常用在线电导率仪捡定方法的研究常用在线电导率仪检定方法的研究TheReseachofVerificationMethodforCommonlyUsedOnlineConductivityMeter周中木梁志华(重庆市计量质量检测研究院,重庆400020)摘要:根据在线电导率仪应用现状,引述其一般常识,并详细介绍常用在线电导率仪的计量检定方法和检定过程中的注意事项.关键词:在线电导率仪;计量;检定方法随着现代科学技术和工业的发展,纯水及超纯水的应用越来越多,水处理系统也相应大范围地增加.在水处理的过程中,在线电导率仪普遍地用来监测实时水系统中水溶液的电导率
2、值,以确保水质达到生活,生产及研究的需要.目前,在医药,食品,化工及半导体制造等领域应用的在线电导率仪的种类和型号很多,其计量性能将直接影响纯水或超纯水的质量,进而间接影响到产品的质量,所以对在线电导率仪进行计量检定也大有必要.本文将依据JJG3762007电导率仪,对目前市场上广泛应用的CM一230型在线电导率仪探索一套完整的计量检定方法.1概述在线电导率仪主要由电导率电极(传感器)和电导率显示控制仪两部分组成.其工作原理和台式电导率仪的工作原理一样,都是基于电导率,电导和电导池常数的关系式.即:.=K=uG=(1)式中:.i一电导率仪,?cm-1;g=u一电导池常数,cm;G一电导,S;R
3、一电阻,Q.由于CM一230型在线电导率仪有自动温度补偿功能,故按照规程要求只需对其进行外观,电子单元引用误差,电子单元重复性,电导池常数示值误差,仪器引用误差和仪器重复性等项目的检定.2检定用设备及标准物质检定用设备及标准物质如表1所示.3检定方法3.1外观检查仪器面板应清洁,标示清晰,显示清楚完整;仪器背部接线准确无误且牢固,导线与导线间无直接及间接接触,绝缘良好;调零钮,常数调节钮及换挡插件能正常工作;仪器铭牌干净,标示齐全;传感器单元完好无损,能正常地把信号传输到电子单元.表1检定用设备及标准物质3.2电子单元引用误差的检定图1接线位置图(1)关闭电源,对照图1连接检定装置.1和3连接
4、电导率仪检定装置,2和4连接温度模拟补偿电阻(精密直流电阻箱).(2)调零.断开1或3,将短路插片置于20/zS?cm档,打开电源,调节ZERO钮,使仪器示值为零,然后把线路还原接好.(3)调节常数.将短路插片置于常数调节档(CHECK),调节CHECK钮,使常数为1.000cm.(4)检定.将短路插片置于20?cmI1量程档,从电导率仪检定装置向被检仪器输入对应量程范围内的电阻值,记下相应的仪器示值,至少检定3个点,且这些点应分散分布,重复测量3次.(5)切换到其他的量程档,重复c和d操作.计量与铡试技拳20o年第37卷第9囊(6)计算.电子单元应用误差按公式(2)计算.:100%(2),c
5、F式中:.j一某点三次示值的平均值,?cnlI1;也一对应点输入的标准电导率,?伽;一检定该点时所选量程的上限值,?cIn-1;J一该点仪器示值的绝对误差,?eln.3.3电子单元重复性的检定在电子单元引用误差检定的同时,选择任一量程档(通常选择200p.S?cm-1档),输入一标准电导率值(如100/zS?cm),读取电导率仪示值,连续测量6次,按公式(3)计算电子单元重复性.=X100%(3)式中:ki一第i次仪器的示值,?cm.3.4电导池常数示值误差的检定在电子单元检定的基础上,利用已经得到的仪器示值(2oo?cm-1量程档,100/S?cmI1点仪器示值),进行电导池常数示值误差的检
6、定.(1)将短路插片置于CHECK档,调节CHECK钮,使常数值为0.800cm一,然后置短路插片于200/z5?crflI1量程档,输入100/S?cm标准电导率,读取仪器示值,重复测量3次.(2)按照上述方法,检定常数为1.200cmI1时仪器示值.(3)计算.电导池常数示值误差按照公式(4)计算./=tit.(4)/I,式中:n一电导池常数示值误差,cmI1;kR常数为1.O00cm-1时输入l0o?cm-1标准电导率时的仪器示值,?cm-1;一常数调节器设定值,cm.3.5仪器引用误差的检定(1)电导池常数校准.卸去检定装置,连接传感器单元,启用恒温装置(恒温25).待温度达到要求后,
7、将电导率标准溶液1和2分别盛于两个洁净的小口径杯子,置于恒温装置.标准溶液温度和恒温装置温度达到平衡后,选择200/?cmI1量程档,将传感器单元从水处理系统中取出并用超纯水充分冲洗擦干,放人1号标准溶液,待示值稳定后记下读数k1;取出传感器单元再次用超纯水充分冲洗擦干,选择zooo?cm-1量程档,放人2号标准溶液,同样稳定后读取示值k2,重复操作3次.按公式(5)计算电导池常数.+gceulceU:(5).一),式中:一仪器对1号标准溶液的平均示值,?cm.1;kz一仪器对2号标准溶液的平均示值,?cm;后l一1号标准溶液在该温度下的标准值,?cm;k2s一2号标准溶液在该温度下的标准值,
8、?cm;kce一被测电导池常数,cm.(2)仪器引用误差的检定.调节电导池常数,使之与上述计算值一致.在200/zS?enlI1量程档,对传感器单元充分冲洗并擦干,测量电导率标准溶液1,仪器示值稳定后读数,重复测量3次.(3)同样在2000/zS?cm量程档,对电导标准溶液2测量3次.(4)按公式(6)计算仪器引用误差.:100%(6)cFlcF.式中:一相应标准溶液在该温度下标准电导率,?cm一1o3.6仪器重复性检定重复测量标准溶液l或标准溶液2共6次,按公式(3)计算仪器重复性.4其它说明本文只对目前应用较广的CM一230型在线电导率仪检定做详细说明,其他类型的在线电导率仪,如美国乔治费
9、歇尔管路系统公司生产的+GF+SIGNET型,德国宝得公司生产的COND系列及国内生产的DZG一303A型等,结构和CM一230型类似,可参照本方法进行计量检定,关键是弄清信号输入端的输入参数(温度补偿信号或交流电阻信号),准确连接线路;,电阻率和电导率互为倒数,因此在线电阻率仪也可参照本方法进行计量溯源;纯水处理系统的电子部分,线路复杂且紧密,我们在连接检定装置时,应保证电源关闭,注意安全,同时应仔细稳固地将信号端子对号人座.某些多芯信号端子,不便分清信号源的在线电导率仪,我们可以只检测仪器引用误差和仪器重复性,对电子单元部分不做检定;在做仪器引用误差和仪器重复性检定时,一定要确定电导率探头
10、的测量量程和电导池常数,并保证所使用的电导标准溶液在其测量范围内.目前,由于在线电导率仪的应用扩大,生产企业也随之日益增多.虽然在线电导率仪的型号不尽相同,但其原理异曲同工,我们均可以参照本方法对其进行计量检定.当然,在线电导率仪技术的发展也迫使我们不断探索对应的计量方法,完善计量溯源系统,保证量值准确可靠.(下转第25页)范晓东等:精密时间铡量技术其分辨率达到200ps.芬兰Oulu大学提出了一种基于二级延迟链插值法的测时法,大大提高了一级插值法的精度,分辨率达6ps,测时量程为lms.(2)差分延迟线法为了得到更高的测量精度,在抽头延迟线法的基础上,进一步发展了差分延时线方法.差分延迟线法
11、由两组单元延时有细微差别的延迟链构成,两个延时链的差值作为所能测量的最小时间间隔.其原理类似于游标法,被测时间间隔T的开始和停止脉冲送入延迟分别为r1和r2的延迟链中,r1略大于r2.若两路信号在第n个延迟单元重合,则=n(r1一r2).分辨率为r=r1一r2.结构如图4所示.图4差分延迟线法结构原理图JozefKalisz基于0.65urn的CMOS工艺的FPGA,采用逆熔丝结构.在FPGA内部构建差分延迟线,分辨率为(100200)ps.在0.35umCMOS中的精度时间间隔测量实现,可以达到204us的测量范围,12.2ps的分辨率,通过对非线性的修正使得标准差测量的均方根达到8.1ps
12、,这是目前已知的使用延迟线法所获得的最高精度.通过以上对抽头延迟线法和差分延迟线法的介绍,可以看出延迟线法的突出优点是结构简单,可实现单片集成,做成小体积,便携式测距仪.且可将时间直接转换为数字,转换时间短.缺点是测量精度受限于延迟单元的最小延迟时间,且延迟单元的延迟特性易受温度,电压等条件的干扰.误差来源:(1)延迟线法分辨率取决于延迟单元的延迟时间r,因此会产生小于r的误差,可通过提高延迟单元性能,缩小延迟时间来减小误差;(2)各延迟单元的延迟时间不均匀性.矫正的方法有平均法r(取最大和最小值的平均)和矢量法等,其中矢量矫正法效果更佳;(3)随机误差,温度或电压的变化将引起延迟特性的变化,
13、产生误差.(4)时间抖动引起的误差,包括时钟的抖动和延迟单元信号触发开关的时间抖动.4小结通过上述分析,时间间隔测量方法的发展趋势为:(1)大量程.随着电子技术的发展,人们使用高性能的电子计数器进行时间问隔的测量.可将计数器计数的范围设计得比较大,从而使时间测量量程扩大.(2)高分辨率.由于计数器对时间测量精度的限制,人们提出了时间插值法,通过使用插值器对不同步部分时间的测量大大提高了分辨率.(3)数字化.随着半导体技术的进步和数字电路技术的成熟,数字法越来越受到重视,且在实现上通常与内插扩展原理相结合,以实现微小时间间隔的精确测量.(4)无间隔测量.在一些情况下,比如利用时间间隔测量仪实现对
14、信号频率的测量时,需要对时间间隔实时连续的测量.本文对传统的时间问隔测量技术方法作了简要介绍,介绍了脉冲计数法以及用于测量其原理误差的常用精密时间间隔测量方法,如:时间延展法,时间一幅度转换法,游标法和延时线方法,讨论了各测量方法的优缺点,并分析了误差的来源及克服的方法,总结了时间测量方法的发展趋势,为以后提出新的时间间隔测量技术提供基础并做了必要的准备.参考文献1宋建辉等.基于ADF43606和ECL分频的高精度时间间隔测量模块设计J.仪表技术与传感器,20O9,5:6365.23刘少强.一种新的快速高精度频率测量方法J.电子测量技术,1998,(02).3潘继飞,姜秋喜.一种高精度时间间隔
15、测量方法及仿真验证J.光电技术应用,20O7,(22):7172.4GorbicsM,SRobertsK,RobertsKM.AhighresolutionmuhihittimetoditalConverterintegratedcireuitJJ.IEEETransactionsOI1NuclearScionee.1997,44(3):379384.53张延,黄佩诚.高精度时间间隔测量技术与方法J.天文学进展.2OO6,24(1):115.6SmutR,KaliszJandR.IntepIIgtimeeotmtwithlO3psresolutionmasingleFPGAdevice.哑Tr
16、am.hlI|I.Meas.20OO.49:8798褐.7JussiPekkaJans,AnttiMantyniemi,JutmKostamovaam,ACMOSTimetoDita1ConverterwithBetter1ban10p8SingleShotPrecision,IEEEJournalofSolidState.2OO6.41(6):12861296.作者简介:范晓东,男,在读研究生.工作单位:第二炮兵工程学院.通讯地址:710025陕西省西安市灞桥区第二炮兵工程学院303教研室.刘光斌,刘冬,第二炮兵工程学院(西安710025).收稿时间:2o1Oo33o(上接第22页)参考文献1JJG3762o07(电导率仪>.2Ci一230电导率仪使用说明书.作者简介:周中木,男,工程师.工作单位:重庆市计量质量检测研究院.通讯地址:400020重庆市江北区建北三村17号.梁志华,重庆市计量质量检测研究院(重庆4OOO2O).收稿时间.20091010
