插值法在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計中的實踐

劉灃萱+萬祉妤+張寶輝

摘 要：函數(shù)插值法，可以簡稱為插值法。基于在很多的實踐問題當(dāng)中，函數(shù)f（x）雖然可以得出解析式，但是計算的過程比較麻煩，所以在對于電導(dǎo)率溫度補償中，希望可以運用一個既能反映函數(shù)特性，又比較簡單的方法來進行實踐。本文主要通過對插值法，在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計中的實踐，進行探索和研究并得出相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：插值法；溫度；實踐

中圖分類號：TH832 文獻標識碼：A

溫度的高低，會對溶液電導(dǎo)率，以及電導(dǎo)率傳感器電極電位，產(chǎn)生一定的影響，也可能導(dǎo)致電導(dǎo)率測量值的精確度，使之出現(xiàn)降低或下降的問題。水溶液電導(dǎo)率是水質(zhì)判斷的一項重要指標，通過對其溫度變化的測量和判定，可以解決一些實際的測量問題，也可以對礦井突水水源的一些特征進行有效地掌握，從而對煤礦生產(chǎn)所出現(xiàn)的安全隱患和問題，在一定程度上提供有效的幫助或改善，所以對于插值法在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計中的實踐，進行研究和分析，具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

一、電導(dǎo)率溫度補償

（一）溫度補償?shù)脑?/p>

電導(dǎo)率是表示物質(zhì)傳輸電流能力強弱的一種測量值。對于各向同性介質(zhì)，電導(dǎo)率是標量，對于各向異性介質(zhì)，電導(dǎo)率是張量。單位以西門子每米（S/m）表示。電解質(zhì)是指可以直接溶于水溶液或能夠直接進行導(dǎo)電的化合物，其有著強弱的差別。電解質(zhì)在水中的離解度以及離子的遷移速度，取決了電導(dǎo)率的大小，并且與之存在非常密切的關(guān)系存在，在實踐操作中的溫度升高，溶液的電導(dǎo)率也隨之增加，在實踐操作中的溫度降低，那么溶液的電導(dǎo)率也就會降低。如果想要更好地解決溫度對其影響，使其可以在溫度不同的情況下，不同的溶液電導(dǎo)率也可以有可相比性，所以就必須在測定電導(dǎo)率的時候，將公認的25℃作為最標準溫度，在實踐操作的過程中，如果溶液的溫度發(fā)生了變化，沒能達到公認的25℃，就應(yīng)該立刻進行溫度補償，補償?shù)綐藴实?5℃的電導(dǎo)率。在實踐當(dāng)中如果要用到?jīng)]有設(shè)置溫度補償器的電導(dǎo)儀，就必須先進行溶液溫度和溫度下的電導(dǎo)率的測量，使測出的結(jié)果換算到25℃時的電導(dǎo)率才可以。

（二）插值法進行電導(dǎo)率溫度補償

在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計的實踐過程中，可以采用線性插值法來進行電導(dǎo)率溫度補償。如果溫度不相同，那么水溶液在實踐操作中也會出現(xiàn)差異，因為溫度和水溶液介質(zhì)不同，所以溫度系數(shù)通常在0.02%～0.09%/℃之間，所以就會產(chǎn)生持續(xù)不斷的變化。

由此就要制定一個合適的方案并進行實際的實施操作。首先要確定溫度條件，并將大量的、具有不同電阻率的水樣，在溫度條件相同的情況下，根據(jù)規(guī)則在所測的水樣中，將一個水樣當(dāng)作標準水樣，從而構(gòu)造電阻率T溫度（p-t）的關(guān)系曲線。然后在實際操作中測量水溶液時，第一步需要測定水溶液t的溫度，算出溫度之后，才能得到相應(yīng)的電導(dǎo)率。采用插值法求出這些水樣在溫度t下的電導(dǎo)率，然后通過之前所得數(shù)據(jù)，就能夠測出在25℃下的水溶液電導(dǎo)率。最后使用同樣的方法進行測量，就可以得出相應(yīng)的電導(dǎo)率。在實驗過程中，溫度會對電導(dǎo)率產(chǎn)生影響，所以就要采用數(shù)字信號處理器來進行一系列硬件電路結(jié)合插值算法進行運算，從而有效地進行電導(dǎo)率溫度補償。

二、插值法在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計中的實踐分析

（一）總體的結(jié)構(gòu)分析

電導(dǎo)率傳感器測量電極輸出電壓信號，一般是由信號放大器和半波整流電路進行相應(yīng)處理后，通過對模塊進行處理，然后傳到DPS中進行脈沖計算頻率。在測定當(dāng)中，一旦發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率和正常情況下電導(dǎo)率的數(shù)值差距過大，就必須盡快進行報警處理，然后由溫度測量模塊測出溫度，最后再利用線性插值對數(shù)據(jù)進行擬合，將處理后的數(shù)據(jù)再次傳到DPS中，最終完成對電導(dǎo)率的溫度補償。

（二）硬件的電路設(shè)置分析

在信號放大模塊中，電導(dǎo)率的信號強度比較弱，所以溶液電導(dǎo)率隨著溫度的變化也會越來越小，所以不能夠精準地測量出它的變化情況，由此就要設(shè)計出信號采集和放大電路，通過這樣的設(shè)計，電壓信號的放大處理工作就可以快速有效地進行，信號采集與放大電路如圖1所示。當(dāng)傳感器進行電極測量、電壓信號也進行放大之后，可以得到的電壓小阻值為R2，最后再由電路進行整體處理。

在信號放大的模塊中，有供電電源、濾波電容、反饋電容、反饋電阻、和普通電阻。還有輸入電壓、輸出電壓。通過各部分的組成，成為在測量中需運用到的放大電路。除了信號放大模塊，還有整形電路的設(shè)置。它是通過對電壓的信號進行放大處理，然后再將其送入整形電路中，經(jīng)過一系列的操作工作，最終將電壓信號的整形處理完畢。在整形電路中，存在供電電源、接口器、腳插針和電壓比較器。并且還具有兩個電路電壓的輸入。這些方面的組成，使之成為整形電路。

（三）對數(shù)據(jù)進行測量分析

采集某礦區(qū)的3種水進行采樣，由此作為系統(tǒng)水樣。水樣分別為一煤層的頂板砂巖水、九煤層頂板砂巖水和奧灰水，然后將它們放置同一溫度，通過實踐操作測量得出測量值。抽取水樣的電導(dǎo)率是已知的，只是改變了其中的溫度，最終確立溫度為15℃、35℃。用兩種方法對這幾種溫度的電導(dǎo)率進行測量。

在無溫度補償水樣電導(dǎo)率中，15℃時，一煤層水樣電導(dǎo)率為5761.94，九煤層水樣電導(dǎo)率為9144.72，奧灰水的電導(dǎo)率為4207.34。35℃時，一煤層水樣電導(dǎo)率為6122.56，九煤層水樣電導(dǎo)率為9392.18，奧灰水的電導(dǎo)率為4522.47。

在有溫度補償水樣電導(dǎo)率中，15℃時，一煤層水樣電導(dǎo)率為5923.64，九煤層水樣電導(dǎo)率為9267.62，奧灰水的電導(dǎo)率為438.39。35℃時，一煤層水樣電導(dǎo)率為5943.70，九煤層水樣電導(dǎo)率為9289.17，奧灰水的電導(dǎo)率為4386.79。

通過對以上數(shù)據(jù)進行分析，通過對有無溫度中數(shù)據(jù)值的對比，我們可以清楚地看到，在將電導(dǎo)率進行溫度補償之后，如果溫度不同，那么水樣電導(dǎo)率和標準水溫25℃中的電導(dǎo)率進行對比，它們的數(shù)值是相近的，所以在一定程度上，能夠消除傳感電壓以及水溶液本身所帶來的溫度影響。

結(jié)語

通過對插值法在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計中的實踐，進行研究和分析，可以得知插值法的基本理論和形成是不斷完善和進步的，它的應(yīng)用也在逐漸廣泛，利用插值法建立電導(dǎo)率溫度補償?shù)臄?shù)學(xué)模型，不僅可大幅度提升系統(tǒng)測量的速度，還可以大幅度地提升系統(tǒng)測量的精確度，使系統(tǒng)的整體性能上有質(zhì)的飛躍。例如在實際的礦井突水防治問題中，或是今后的測量問題中，都提供了有效的、實際的幫助和應(yīng)用價值。所以對于插值法在電導(dǎo)率溫度補償系統(tǒng)設(shè)計中的實踐，進行研究和分析，具有重大意義。

參考文獻

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