CN103604995B - 一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，包括：建立第一数学式Cp=A×fB；其中，Cp表示电极的极化电容；第一常数A是1Hz时待测溶液的电容值；f是测量频率；第二常数B是与电极相关的常数；建立第二数学式Cm=Cp+Cl；其中，Cm表示测得的待测溶液的电容值，Cl表示待测液本身的电容；根据第一数学式和第二数学式得到第三数学式：Cm-Cl=A×fB；配置NaCl溶液，并使用阻抗分析仪测量该溶液的阻抗谱线，将高频20MHz处测得的NaCl溶液的电容值作为溶液自身电容Cl；测量第一频率f1下的待测溶液的电容值Cm1，并且测量第二频率f2下的待测溶液的电容值Cm2；将f1、Cm1、f2和Cm2代入第三数学式得到联立方程：从而求解出针对NaCl溶液第一常数值A0和针对当前电极的第二常数值B0。
Description
技术领域
本发明涉及液体阻抗测量领域，更具体地说，本发明涉及一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法。
背景技术
液体阻抗测量可用于分析液体的成分、浓度、结构、分布状态等参数，这可用在血液分析、临床诊断、发酵监测、电池检测等领域。但测量参数常常受测量电极的极化作用干扰，使得测量不准确，影响这种方法的推广使用。
实际上，由于电极极化的干扰，现有液体阻抗测量只适用于低电导率下电极极化不严重情况下的液体如油、乙醇、去离子水等。如直接用于测量高电导率液体如KCl溶液的阻抗则会产生很大的误差而不能有效。
现有针对电极极化的处理方法包括：
（1）使用可调整间距电极，假定极化不随电极间距变化而改变，则电极间距变化前后测得阻抗变化只与电极间液体阻抗相关，该方法不仅缺乏理论依据，活动部件也会带来问题；
（2）使用Cole-Cole数学模型修正电极极化影响，获得液体自身的阻抗，但Cole-Cole模型中的参数较多，使用时需要测量较多参数，而某些参数是难以连续测量的；
（3）使用无极化电极如电磁感应电极，利用电磁感应定律，发射线圈发出的电磁波被接受线圈接收，收到的电磁波强度和相位与他们所处的液体的电导率、介电常数有关，但该方法适用频率范围有限，且测量易受外界电磁场的干扰而难以实用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其能够排除导电性液体阻抗测量中电极极化干扰问题，从而提高测量准确性，使得阻抗测量技术从实验室走向医疗诊断、工业检测。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其包括：
第一步骤：建立第一数学式Cp=A×fB；其中，Cp表示电极的极化电容；第一常数A是1Hz时待测溶液的电容值；f是测量频率；第二常数B是与电极相关的常数；
第二步骤：建立第二数学式Cm=Cp+Cl，即Cp=Cm-Cl；其中，Cm表示测得的待测溶液的电容值，Cl表示待测液本身的电容；
第三步骤：根据第一数学式和第二数学式得到第三数学式：Cm-Cl=A×fB；
第四步骤：配置NaCl溶液，并使用阻抗分析仪测量该溶液的阻抗谱线，将高频20MHz处测得的NaCl溶液的电容值作为溶液自身电容Cl；
第五步骤：测量第一频率f1下的待测溶液的电容值Cm1，并且测量第二频率f2下的待测溶液的电容值Cm2；
第六步骤：将f1、Cm1、f2和Cm2代入第三数学式得到联立方程：
Cm1-Cl=A×fB1
Cm2-Cl=A×fB2，从而求解出针对NaCl溶液第一常数值A0和针对当前电极的第二常数值B0。
优选地，所述用于液体阻抗测量的电极极化修正方法还包括第七步骤：将常数A0和B0代入第一数学式，从而得到当前电极的随测量频率f变化的极化电容Cp=A0×fB0。
优选地，所述用于液体阻抗测量的电极极化修正方法还包括第八步骤：利用得到的公式Cp=A0×fB0实时修正电极极化电容干扰。
优选地，第一频率f1为1kHz。
优选地，第二频率f2为10kHz。
优选地，在第四步骤中，利用双蒸水和分析纯NaCl粉末配置NaCl溶液。
优选地，所述用于液体阻抗测量的电极极化修正方法还包括：对不同电导率值对应的第一常数的值进行标定。
本发明提供了一种用于计算电极极化作业的理论分析方法。该方法计算简便，所需参数少，可用于实时在线测量液体阻抗时计算修正电极极化干扰。本发明可降低电极极化的干扰，使液体阻抗测量应用更实用化。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法的流程图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的实验曲线示例。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
首先，本发明的发明人有利地发现：
I、根据大量的实验，液体中的电极极化电容符合数学式Cp=A×fB。其中Cp是极化电容；A是1Hz时溶液的电容值，其取决于待测液体的电导率；f是测量频率；B是与电极相关的常数，通常在1～7范围内。
II、液体阻抗包括电导和电容2个参数。电导几乎不受电极极化影响，因此测得电导即是液体电导；测得电容Cm则由电极极化电容Cp和液体本身的电容Cl组成，即Cm=Cp+Cl。根据I中计算得到Cp，在Cm中扣除，即可得到待测的液体电容Cl值。
III、为计算Cp，需得到常数A和B。获取该常数的步骤如下：
a、将双蒸水和分析纯NaCl粉末配置NaCl溶液，使用阻抗分析仪（例如，可使用信号为4294A的阻抗分析仪）测量该溶液的阻抗谱线，注意选择并联阻抗模型。例如，在具体测试中，阻抗谱线的电容频率谱线如图2中菱形曲线所示，该曲线在200kHz以下随频率降低有明显的快速的增加，电导谱线如图2中方形曲线所示，该曲线基本恒定。
b、理论上，NaCl溶液本身在100MHz内没有介电松弛，因而其电容值应维持不变，用高频20MHz处电容值作为溶液自身电容Cl；低频处的电容增加则是由电极极化带来。此时Cp=Cm-Cl。
c、常数A是1Hz时的电极极化电容，但1Hz时电极极化电容极大，测量误差也很大，采用两个不同频率下（通常采用1kHz和10kHz时）的电容来计算A和B。设1kHz时的极化电容Cp 1kHz，10kHz时的极化电容Cp 10kHz，带入极化电容数学式Cp=A×fB，联立方程组，即可得到常数A和B。
d、根据求得的A和B，得到修正方程。利用该方程修正测量电容曲线，就得到修正后的溶液曲线如图2中三角形曲线所示，基本为一直线。
IV、使用同一电极时常数B基本不变，常数A随待测液体的电导率的变化而改变，因而需要在使用前对不同电导率值对应的常数A值进行标定。在测量溶液时，只需要根据测得的电导率选择常数A值，在不同频率点根据修正计算式对电极极化进行修正。油水乳液等溶液在中低频存在介电松弛，溶液自身的电容值发生改变，利用该方法可以测得其变化。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法的流程图。
具体地说，如图1所示，根据本发明优选实施例的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法包括：
第一步骤S1：建立第一数学式Cp=A×fB；其中，Cp表示电极的极化电容；第一常数A是1Hz时待测溶液的电容值；f是测量频率；第二常数B是与电极相关的常数；
第二步骤S2：建立第二数学式Cm=Cp+Cl，即Cp=Cm-Cl；其中，Cm表示测得的待测溶液的电容值，Cl表示待测液本身的电容；
第三步骤S3：根据第一数学式和第二数学式得到第三数学式：Cm-Cl=A×fB；
第四步骤S4：配置NaCl溶液，并使用阻抗分析仪测量该溶液的阻抗谱线，将高频20MHz处测得的NaCl溶液的电容值作为溶液自身电容Cl；
第五步骤S5：测量第一频率f1（例如1kHz）下的待测溶液的电容值Cm1，并且测量第二频率f2（例如10kHz）下的待测溶液的电容值Cm2；
第六步骤S6：将f1、Cm1、f2和Cm2代入第三数学式得到联立方程：
Cm1-Cl=A×fB1
Cm2-Cl=A×fB2，从而求解出针对NaCl溶液第一常数值A0和针对当前电极的第二常数值B0；
第七步骤S7：将常数A0和B0代入第一数学式，从而得到当前电极的随测量频率f变化的极化电容Cp=A0×fB0。
第八步骤S8：利用得到的公式Cp=A0×fB0实时修正电极极化电容干扰；具体地说，利用得到的Cp计算式，当使用当前的测量电极测量液体阻抗时，液体的实际电容Cl=Cm-Cp，可以实时修正电极极化电容干扰，获得当前液体的真实电容。
由于计算出来了电极极化的电容值公式中作为与电极相关的常数的第二常数，从而得到了液体电容测量中存在的电极极化的规律；后续实际地测量其它液体的阻抗时，只需要根据测量求出针对待测液的液第一常数（例如，对不同电导率值对应的第一常数A的值进行标定）的值即可得到其他应用的极化电容Cp的规律。
由此，本发明可修正液体电容测量中存在的电极极化，得到溶液自身的电容随频率变化的谱线。该谱线对于分析细胞悬浮液、油水乳液等溶液的参数至关重要。但电极极化会导致测得电容谱线在中低频大大偏离真实值，因而测得谱线不能直接使用。该修正方法可消除电极极化的干扰作用，得到真实谱线，便于后续分析使用。
由此，本发明在液体阻抗测量时，消除了电极极化对测量准确性的影响，提高测量的准确度。液体阻抗测量用于血液分析、发酵监测、临床诊断等场合。而且，由于本发明提高了液体阻抗测量的准确性，从而扩大液体阻抗测量分析的测量精度和使用范围。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于包括：
第一步骤：建立第一数学式Cp＝A×fB；其中，Cp表示电极的极化电容；第一常数A是1Hz时待测溶液的电容值；f是测量频率；第二常数B是与电极相关的常数；
第二步骤：建立第二数学式Cm＝Cp+Cl，即Cp＝Cm-Cl；其中，Cm表示测得的待测溶液的电容值，Cl表示待测溶液自身电容；
第三步骤：根据第一数学式和第二数学式得到第三数学式：Cm-Cl＝A×fB；
第四步骤：配置NaCl溶液作为待测溶液，并使用阻抗分析仪测量该溶液的阻抗谱线，将高频20MHz处测得的NaCl溶液的电容值作为溶液自身电容Cl；
第五步骤：测量第一频率f1下的待测溶液的电容值Cm1，并且测量第二频率f2下的待测溶液的电容值Cm2；
第六步骤：将f1、Cm1、f2和Cm2代入第三数学式得到联立方程：
Cm1-Cl＝A×f1B
Cm2-Cl＝A×f2B，从而求解出针对NaCl溶液第一常数值A0和针对当前电极的第二常数值B0。
2.根据权利要求1所述的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于还包括：
第七步骤：将常数A0和B0代入第一数学式，从而得到当前电极的随测量频率f变化的极化电容Cp＝A0×fB0。
3.根据权利要求2所述的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于还包括第八步骤：利用得到的公式Cp＝A0×fB0实时修正电极极化电容干扰。
4.根据权利要求1或2所述的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于，第一频率f1为1kHz。
5.根据权利要求1或2所述的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于，第二频率f2为10kHz。
6.根据权利要求1或2所述的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于，在第四步骤中，利用双蒸水和分析纯NaCl粉末配置NaCl溶液。
7.根据权利要求1或2所述的用于液体阻抗测量的电极极化修正方法，其特征在于还包括：对不同电导率值对应的第一常数的值进行标定。
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