插值法在电导率温度补偿系统设计中的实践

刘沣萱+万祉妤+张宝辉

摘 要：函数插值法，可以简称为插值法。基于在很多的实践问题当中，函数f（x）虽然可以得出解析式，但是计算的过程比较麻烦，所以在对于电导率温度补偿中，希望可以运用一个既能反映函数特性，又比较简单的方法来进行实践。本文主要通过对插值法，在电导率温度补偿系统设计中的实践，进行探索和研究并得出相应的结论。

关键词：插值法；温度；实践

中图分类号：TH832 文献标识码：A

温度的高低，会对溶液电导率，以及电导率传感器电极电位，产生一定的影响，也可能导致电导率测量值的精确度，使之出现降低或下降的问题。水溶液电导率是水质判断的一项重要指标，通过对其温度变化的测量和判定，可以解决一些实际的测量问题，也可以对矿井突水水源的一些特征进行有效地掌握，从而对煤矿生产所出现的安全隐患和问题，在一定程度上提供有效的帮助或改善，所以对于插值法在电导率温度补偿系统设计中的实践，进行研究和分析，具有现实指导意义。

一、电导率温度补偿

（一）温度补偿的原理

电导率是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。对于各向同性介质，电导率是标量，对于各向异性介质，电导率是张量。单位以西门子每米（S/m）表示。电解质是指可以直接溶于水溶液或能够直接进行导电的化合物，其有着强弱的差别。电解质在水中的离解度以及离子的迁移速度，取决了电导率的大小，并且与之存在非常密切的关系存在，在实践操作中的温度升高，溶液的电导率也随之增加，在实践操作中的温度降低，那么溶液的电导率也就会降低。如果想要更好地解决温度对其影响，使其可以在温度不同的情况下，不同的溶液电导率也可以有可相比性，所以就必须在测定电导率的时候，将公认的25℃作为最标准温度，在实践操作的过程中，如果溶液的温度发生了变化，没能达到公认的25℃，就应该立刻进行温度补偿，补偿到标准的25℃的电导率。在实践当中如果要用到没有设置温度补偿器的电导仪，就必须先进行溶液温度和温度下的电导率的测量，使测出的结果换算到25℃时的电导率才可以。

（二）插值法进行电导率温度补偿

在电导率温度补偿系统设计的实践过程中，可以采用线性插值法来进行电导率温度补偿。如果温度不相同，那么水溶液在实践操作中也会出现差异，因为温度和水溶液介质不同，所以温度系数通常在0.02%～0.09%/℃之间，所以就会产生持续不断的变化。

由此就要制定一个合适的方案并进行实际的实施操作。首先要确定温度条件，并将大量的、具有不同电阻率的水样，在温度条件相同的情况下，根据规则在所测的水样中，将一个水样当作标准水样，从而构造电阻率T温度（p-t）的关系曲线。然后在实际操作中测量水溶液时，第一步需要测定水溶液t的温度，算出温度之后，才能得到相应的电导率。采用插值法求出这些水样在温度t下的电导率，然后通过之前所得数据，就能够测出在25℃下的水溶液电导率。最后使用同样的方法进行测量，就可以得出相应的电导率。在实验过程中，温度会对电导率产生影响，所以就要采用数字信号处理器来进行一系列硬件电路结合插值算法进行运算，从而有效地进行电导率温度补偿。

二、插值法在电导率温度补偿系统设计中的实践分析

（一）总体的结构分析

电导率传感器测量电极输出电压信号，一般是由信号放大器和半波整流电路进行相应处理后，通过对模块进行处理，然后传到DPS中进行脉冲计算频率。在测定当中，一旦发现电导率和正常情况下电导率的数值差距过大，就必须尽快进行报警处理，然后由温度测量模块测出温度，最后再利用线性插值对数据进行拟合，将处理后的数据再次传到DPS中，最终完成对电导率的温度补偿。

（二）硬件的电路设置分析

在信号放大模块中，电导率的信号强度比较弱，所以溶液电导率随着温度的变化也会越来越小，所以不能够精准地测量出它的变化情况，由此就要设计出信号采集和放大电路，通过这样的设计，电压信号的放大处理工作就可以快速有效地进行，信号采集与放大电路如图1所示。当传感器进行电极测量、电压信号也进行放大之后，可以得到的电压小阻值为R2，最后再由电路进行整体处理。

在信号放大的模块中，有供电电源、滤波电容、反馈电容、反馈电阻、和普通电阻。还有输入电压、输出电压。通过各部分的组成，成为在测量中需运用到的放大电路。除了信号放大模块，还有整形电路的设置。它是通过对电压的信号进行放大处理，然后再将其送入整形电路中，经过一系列的操作工作，最终将电压信号的整形处理完毕。在整形电路中，存在供电电源、接口器、脚插针和电压比较器。并且还具有两个电路电压的输入。这些方面的组成，使之成为整形电路。

（三）对数据进行测量分析

采集某矿区的3种水进行采样，由此作为系统水样。水样分别为一煤层的顶板砂岩水、九煤层顶板砂岩水和奥灰水，然后将它们放置同一温度，通过实践操作测量得出测量值。抽取水样的电导率是已知的，只是改变了其中的温度，最终确立温度为15℃、35℃。用两种方法对这几种温度的电导率进行测量。

在无温度补偿水样电导率中，15℃时，一煤层水样电导率为5761.94，九煤层水样电导率为9144.72，奥灰水的电导率为4207.34。35℃时，一煤层水样电导率为6122.56，九煤层水样电导率为9392.18，奥灰水的电导率为4522.47。

在有温度补偿水样电导率中，15℃时，一煤层水样电导率为5923.64，九煤层水样电导率为9267.62，奥灰水的电导率为438.39。35℃时，一煤层水样电导率为5943.70，九煤层水样电导率为9289.17，奥灰水的电导率为4386.79。

通过对以上数据进行分析，通过对有无温度中数据值的对比，我们可以清楚地看到，在将电导率进行温度补偿之后，如果温度不同，那么水样电导率和标准水温25℃中的电导率进行对比，它们的数值是相近的，所以在一定程度上，能够消除传感电压以及水溶液本身所带来的温度影响。

结语

通过对插值法在电导率温度补偿系统设计中的实践，进行研究和分析，可以得知插值法的基本理论和形成是不断完善和进步的，它的应用也在逐渐广泛，利用插值法建立电导率温度补偿的数学模型，不仅可大幅度提升系统测量的速度，还可以大幅度地提升系统测量的精确度，使系统的整体性能上有质的飞跃。例如在实际的矿井突水防治问题中，或是今后的测量问题中，都提供了有效的、实际的帮助和应用价值。所以对于插值法在电导率温度补偿系统设计中的实践，进行研究和分析，具有重大意义。

参考文献

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