專利名稱：利用離子電導(dǎo)率的鹽度傳感器、鹽度測(cè)量系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鹽度測(cè)量，更具體地說(shuō)，涉及利用離子電導(dǎo)率的鹽度傳 感器、鹽度測(cè)量系統(tǒng)及其方法，以防止當(dāng)進(jìn)行鹽度測(cè)量時(shí)由于隨著測(cè)量 時(shí)間的推移在探針中離子累積引起鈉離子和氯離子的劣化導(dǎo)致產(chǎn)生的鹽 度測(cè)量誤差，并通過(guò)將鹽度傳感器直接置于食物或者溶液容器中使鹽度 測(cè)量更加容易。
背景技術(shù)：
通常，存在如下三種用于測(cè)量在食物或者溶液中的鹽度的方法-第一，當(dāng)測(cè)量裝置利用折射率方案測(cè)量鹽度時(shí)，該測(cè)量裝置通過(guò)在 光電傳感器中收集從激光器模塊產(chǎn)生并經(jīng)過(guò)樣品折射的激光來(lái)計(jì)算鹽 度。由于折射率隨著樣品中鹽度的改變而改變，所以測(cè)量裝置通過(guò)測(cè)量 折射率來(lái)計(jì)算樣品中的鹽度。然而，用于測(cè)量折射率的方法存在這樣的缺點(diǎn)，即，折射率應(yīng)當(dāng)在 恒溫下測(cè)量或者折射率應(yīng)當(dāng)根據(jù)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。折射率對(duì)溫度變化 是非常敏感的。另一個(gè)缺點(diǎn)是光傳感器是非常昂貴的。另外，在食物是 由幾種物質(zhì)混合而成的情況下，公知的是幾乎不可能通過(guò)折射率來(lái)分析 鹽度。第二，已知一種測(cè)量樣品中的鹽的氯離子(cr)濃度的方法。該方 法通過(guò)利用氯化銀滴定一定量的氯來(lái)測(cè)量氯的量，然后通過(guò)將所測(cè)量的 氯的量轉(zhuǎn)換成與其他元素的比率來(lái)測(cè)量全部的鹽。該方法利用1%的標(biāo)準(zhǔn) 溶液測(cè)量氯的濃度，然后測(cè)量預(yù)期樣品中的鹽。然而，該方法不適宜之處在于因?yàn)楫?dāng)樣品中混合有多種食物的時(shí)候無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，所以需要用于分析的基準(zhǔn)探針。第三，被本發(fā)明采用之前的根據(jù)離子電導(dǎo)率分析鹽度的方法。利用離子電導(dǎo)率分析鹽度基于離子電導(dǎo)率隨鹽量而不同的原理。即，測(cè)量裝 置利用流經(jīng)樣品的電流來(lái)測(cè)量鹽度，該電流與電阻成反比但與離子電導(dǎo) 率成正比。然而，根據(jù)離子的常規(guī)電導(dǎo)率來(lái)測(cè)量鹽度的方法在連續(xù)測(cè)量鹽度時(shí)向鹽度傳感器中的測(cè)量探針提供部分直流分量，結(jié)果使離子(Na+， CI—)隨著時(shí)間的推移而累積在測(cè)量探針上，因此降低了離子電導(dǎo)率。 因此，該方法會(huì)造成這樣的問(wèn)題，即，由于累積在探針中的離子(Na+,Cr)使離子電導(dǎo)率降低，以致即使測(cè)量相同鹽度的樣品，每次進(jìn) 行測(cè)量時(shí)鹽度也是不同的，并且測(cè)出的鹽度低于實(shí)際鹽度，從而降低了 測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。另外，在測(cè)量食物或者溶液的鹽度前，常規(guī)的測(cè)量裝置必需要有諸 如利用可變電阻器設(shè)置電阻值的繁雜步驟，以致對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)很難 通過(guò)利用可變電阻直接測(cè)量鹽度。在測(cè)量裝置中鹽度傳感器不是固有地安裝在食物或者溶液的容器 中，而是安裝在獨(dú)立的工具箱里，以致對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)測(cè)量容器中食物或 者溶液的鹽度是極其麻煩的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種利用離子電導(dǎo)率的鹽度傳感器、鹽度測(cè) 量系統(tǒng)及其方法，其能夠根據(jù)對(duì)測(cè)量鹽度時(shí)累積在探針中的離子進(jìn)行周 期性釋放來(lái)防止連續(xù)測(cè)量鹽度時(shí)產(chǎn)生的鹽度測(cè)量誤差。本發(fā)明的另一 目的是要提供一種利用離子傳導(dǎo)率的鹽度傳感器、鹽 度測(cè)量系統(tǒng)及其方法，其能夠在食物或者溶液的容器中制造內(nèi)置的鹽度 傳感器并且便于處理，由此在鹽度測(cè)量時(shí)無(wú)需獨(dú)立裝置。為了實(shí)現(xiàn)這些目的，利用離子電導(dǎo)率的鹽度傳感器包括第一開關(guān) 裝置，其可切換到基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子或者鹽度測(cè)量端子，以將從外部輸 入的脈沖施加到所述基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子或者所述鹽度測(cè)量端子；基準(zhǔn)電 阻器，其連接在接地端子與所述第一開關(guān)裝置的所述基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子 之間，以檢測(cè)施加到所述接地端子上的所述脈沖的電壓，然后將該電壓傳送給外部微處理器；第一探針和第二探針，其分立地設(shè)置于所述接地 端子與所述第一開關(guān)裝置的所述鹽度測(cè)量端子之間，以檢測(cè)隨所述探針之間的所述離子電導(dǎo)率而變化的電壓，并將該電壓傳送給所述微處理器; 以及第二開關(guān)裝置，其連接在所述第一探針和所述第二探針之間，并根 據(jù)所述微處理器的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)，以使所述第一探針和所述第二探 針短路，由此釋放累積在所述探針中的離子。更具體地，所述第一開關(guān)裝置、所述基準(zhǔn)電阻器、所述第一探針、 所述第二探針、以及所述第二開關(guān)裝置固有地安裝在所述容器中，所述 第一探針和所述第二探針固定地安裝在所述容器的底部表面上，并且所 述探針的一側(cè)暴露到所述容器中。所述第一探針和所述第二探針二者與所述基準(zhǔn)電阻器并聯(lián)連接。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，利用離子電導(dǎo)率的鹽度測(cè)量系統(tǒng)包括第一探 針和第二探針，其以恒定的間距分立地設(shè)置在容器的底部表面上，以依 據(jù)離子電導(dǎo)率檢測(cè)電壓，所述離子電導(dǎo)率隨所述探針之間的所述鹽度而 變化；第一開關(guān)裝置，其可切換到基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子或者鹽度測(cè)量端子 以將從外部輸入的脈沖施加到選定的端子；基準(zhǔn)電阻器，其連接在接地 端子和所述第一開關(guān)裝置的所述基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子之間，以檢測(cè)施加到 所述接地端子上的所述脈沖的電壓，然后將該電壓傳送給外部微處理器； 第二開關(guān)裝置，其連接在所述第一探針和所述第二探針之間，并根據(jù)控 制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)以使所述第一探針和所述第二探針短路，由此釋放累積 在所述探針中的離子；以及微處理器，其根據(jù)從外部輸入的測(cè)量開始指 令來(lái)控制所述第一開關(guān)裝置和所述第二開關(guān)裝置的操作，利用根據(jù)離子 電導(dǎo)率檢測(cè)到的所述第一探針和所述第二探針之間的電壓來(lái)計(jì)算探針電 阻值，并利用所計(jì)算出探針電阻值確定所述鹽度。更具體地，所述微處理器利用根據(jù)所述離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的所述電 壓測(cè)量所述探針電阻值，并這樣確定鹽度從測(cè)出的探針電阻值中減去 所述基準(zhǔn)電阻器的所述基準(zhǔn)電阻值而獲取最終電阻值，并接著從存儲(chǔ)器 中提取事先與所述最終電阻值匹配的鹽度。所述鹽度測(cè)量系統(tǒng)還包括第三開關(guān)裝置，其根據(jù)所述微處理器的控制信號(hào)中斷施加到所述第一開關(guān)裝置的電源，以釋放累積在所述第一探 針和所述第二探針中的離子。所述鹽度測(cè)量系統(tǒng)還包括檢測(cè)信號(hào)處理單元，其接收并放大所述第 一探針和所述第二探針檢測(cè)到的依據(jù)所述離子電導(dǎo)率的電壓，然后將該 電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并將該信號(hào)輸出到所述微處理器。所述檢測(cè)信號(hào)處 理單元包括放大/整流電路單元，其分別接收所述第一探針和所述第二探 針依據(jù)所述離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的電壓以及通過(guò)所述基準(zhǔn)電阻器獲得的電壓，以對(duì)它們進(jìn)行放大并整流；以及A/D (模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，其接 收從所述放大/整流電路單元輸出的信號(hào)，以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后 將其輸出到所述微處理器。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的利用離子電導(dǎo)率的鹽度測(cè)量方法包括使微處理器根據(jù)鹽度測(cè)量指令來(lái)控制向基準(zhǔn)電阻器施加脈沖，并通過(guò)所述基準(zhǔn)電阻器上的電壓來(lái)測(cè)量基準(zhǔn)電阻值；在測(cè)出所述基準(zhǔn)電阻值之后， 使所述微處理器控制向所述第一探針和所述第二探針施加脈沖，以利用 依據(jù)所述第一探針和所述第二探針之間的包括鹽的溶液中的所述離子電 導(dǎo)率的電壓來(lái)測(cè)量探針電阻值；在測(cè)量所述探針電阻值之后，使所述微 處理器將所述第一探針和所述第二探針短路，以對(duì)累積在所述探針中的 剩余離子的釋放進(jìn)行控制；以及對(duì)測(cè)量所述探針電阻值的步驟和對(duì)所述 剩余離子的釋放進(jìn)行控制的步驟重復(fù)執(zhí)行n次，并且如果第n-1次測(cè)出的 探針電阻值與第n次測(cè)出的探針電阻值具有在設(shè)定范圍內(nèi)的誤差值，則 將第n次測(cè)出的探針電阻值確定為最終探針電阻值。更具體地，在確定所述最終探針電阻值的步驟中，所述微處理器還 包括通過(guò)暫時(shí)中斷向所述第一探針和所述第二探針供應(yīng)電源來(lái)輔助釋 放累積在所述探針上的剩余離子的步驟。在確定所述最終探針電阻值之后，所述微處理器還執(zhí)行以下步驟 計(jì)算所述最終探針電阻值與所測(cè)出的基準(zhǔn)電阻值的差值；從存儲(chǔ)器的查 找表中提取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算出的差值的鹽度；并以百分比顯示所述提取的鹽度o所測(cè)出的探針電阻值是對(duì)所述探針電阻值進(jìn)行兩次平均得到的平均電阻值，第n-l次的探針電阻值是對(duì)第n-2次的探針電阻值與第n-l的探 針電阻值進(jìn)行平均得到的平均電阻值，而第n次的探針電阻值是對(duì)第n-l 次的探針電阻值與第n次探針電阻值進(jìn)行平均得到的平均電阻值。


在下文中，將參照附圖，通過(guò)并不限制本發(fā)明的實(shí)施方式更加詳細(xì) 地描述本發(fā)明。在某些附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明利用離子電導(dǎo)率的鹽度測(cè)量系統(tǒng)的視圖； 圖2是示意性地示出了將根據(jù)本發(fā)明的鹽度傳感器安裝在容器內(nèi)的 狀態(tài)的剖面圖；圖3a和3b是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的鹽度測(cè)量過(guò)程的流程 圖；以及圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器中的査找表結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，詳細(xì)說(shuō)明僅作為示例、并例示了本發(fā)明的多種實(shí)施方式。 另外，為了適當(dāng)且容易地解釋本發(fā)明的原理和概念，提供了詳細(xì)的說(shuō)明。因此，不提供對(duì)本發(fā)明的基本理解不必要的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。通過(guò)附圖例 示了可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式的各種形式。在下文中，將參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明利用離子電導(dǎo)率的鹽度測(cè)量系統(tǒng)的視圖。 該鹽度測(cè)量系統(tǒng)包括鹽度傳感器10、脈沖發(fā)生器20、檢測(cè)信號(hào)處理單元 30、以及操作控制單元50。鹽度傳感器10包括第一探針11-1和第二探針11-2、第一幵關(guān)裝置 SW1、基準(zhǔn)電阻器Rref和第二開關(guān)裝置SW2。第一開關(guān)裝置SW1根據(jù)預(yù)定控制信號(hào)切換到第一輸出端子Tl (基 準(zhǔn)電阻測(cè)量模式)或第二輸出端子T2 (鹽度測(cè)量模式)，以將從外部輸入 的脈沖施加到第一輸出端子Tl或者第二輸出端子T2上?；鶞?zhǔn)電阻器Rref被連接在接地端子與第一開關(guān)裝置SW1的第一輸出端子T1之間，以檢測(cè)施加到接地端子上的輸入脈沖的電壓，并將其傳 送給外部的微處理器50。第一探針11-1和第二探針11-2分立地安裝在接地端子與第一開關(guān)裝 置SW1的第二輸出端子T2之間，以檢測(cè)隨探針11之間的離子電導(dǎo)率(離 子電導(dǎo)率隨鹽度而變化)而變化的電壓并將其提供給微處理器50。作為 用于探針11的材料，可以使用Cu或Ti，也可以使用涂有Pt、 Au、 Pd 和lr02的Cu或Ti矩陣。第二開關(guān)裝置SW2被連接在第一探針11-1和第二探針11-2之間， 并根據(jù)微處理器50的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)，以使第一探針11-1和第二探針 11-2之間短路，由此釋放累積在第一探針11-1或第二探針11-2中的離子。 這里，鹽度傳感器10的第一開關(guān)裝置SW1、基準(zhǔn)電阻器Rref、第一探針 11-1、第二探針11-2和第二開關(guān)裝置SW2以內(nèi)置(build-in)式安裝在如 圖2的截面圖中的容器100的底部表面中，并且可通過(guò)模壓(molding) 在底部表面與該容器集成在一起。此外，優(yōu)選的是，第一探針11-1和第二探針11-2固定安裝在容器的 底部表面處，并且探針的一側(cè)在容器的內(nèi)側(cè)露出以根據(jù)容器中食物或者 溶液的離子電導(dǎo)率檢測(cè)電壓。如上所述，鹽度傳感器被小型化安裝在容器內(nèi)，使得它提供了一種 能夠輕松便利地在用戶的預(yù)期時(shí)間對(duì)存儲(chǔ)的食物或者溶液的鹽度進(jìn)行測(cè) 量的環(huán)境。同時(shí)，脈沖發(fā)生器20根據(jù)預(yù)定控制信號(hào)產(chǎn)生脈沖以向鹽度傳感器 IO供應(yīng)該脈沖。檢測(cè)信號(hào)處理單元30接收通過(guò)基準(zhǔn)電阻器Rref或第一探針11-1和 第二探針11-2根據(jù)所檢測(cè)到的離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的電壓，對(duì)其進(jìn)行放大 并整流，然后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。更具體地說(shuō)，檢測(cè)信號(hào)處理單元30 包括放大/整流電路單元31和A/D (模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器35。放大/整流電流單元31接收通過(guò)基準(zhǔn)電阻器Rref獲得的電壓或者通 過(guò)第一探針11-1和第二探針11-2根據(jù)離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的電壓，以對(duì)其 進(jìn)行放大并整流，然后輸出該放大并整流后的電壓。A/D轉(zhuǎn)換器35接收從放大/整流電路單元31輸出的信號(hào)以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸出到微處理器50。另外，微處理器50根據(jù)預(yù)定測(cè)量啟動(dòng)指令來(lái)控制第一開關(guān)裝置SW1 和第二開關(guān)裝置SW2的操作，其中，單元50利用檢測(cè)信號(hào)處理單元30 獲得的基準(zhǔn)電阻器Rref的電壓和第一探針11-1和第二探針11-2的電壓可 控地計(jì)算電阻值，以通過(guò)從第一探針11-1和第二探針11-2之間的電阻值 中減去基準(zhǔn)電阻器Rref的基準(zhǔn)電阻值獲得最終電阻值，然后通過(guò)從存儲(chǔ) 器60中提取預(yù)先與最終電阻值匹配的鹽度來(lái)確定鹽度，并將確定的鹽度 顯示在顯示單元70上。并且，脈沖發(fā)生器20的電源輸入端子裝配有第三開關(guān)裝置SW3， 開關(guān)裝置SW3根據(jù)微處理器50的控制信號(hào)進(jìn)行操作以中斷脈沖發(fā)生器 20的電源。這可以完全釋放探針11中盡管通過(guò)第二開關(guān)裝置SW2使第 一探針11-1和第二探針11-2之間短路但仍剩余的離子，從而提高了鹽度 測(cè)量的可靠性。在附圖中，盡管第三開關(guān)裝置SW3被安裝在輸入到脈沖發(fā)生器的電 源側(cè)，但是它也可以被安裝在能夠?qū)┙o第一探針11-1和第二探針11-2 的電源進(jìn)行中斷的任何位置。標(biāo)號(hào)40 (以后描述)是按鍵輸入單元(例如，從用戶接收鹽度測(cè)量 指令以將其輸出到微處理器50的測(cè)量按鈕)，標(biāo)號(hào)70是顯示單元(例如， 根據(jù)微處理器50的控制按百分比顯示測(cè)量的鹽度的7段LCD等)。此外，對(duì)于離子電導(dǎo)率，該電導(dǎo)率通常以每rc2y。的量級(jí)變化。因此溫度傳感器(未示出)安裝在鹽度傳感器10處，以補(bǔ)償溫度并在檢測(cè) 溶液中的鹽度時(shí)換算鹽度。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的鹽度傳感器10安裝在可在其中放入朝鮮泡菜 (朝鮮人腌制的蔬菜)容器100中，如圖2所示。脈沖發(fā)生器20、檢測(cè) 信號(hào)處理單元30和微處理器50可以安裝在朝鮮泡菜冷藏裝置的主體處。此時(shí)，鹽度傳感器10的第一開關(guān)裝置SW1通過(guò)預(yù)定的電端子電連 接到脈沖發(fā)生器20，并且基準(zhǔn)電阻器Rref和多個(gè)探針11可通過(guò)該預(yù)定 的電端子電連接到檢測(cè)信號(hào)處理單元30。當(dāng)然，盡管沒有在圖中示出，但是鹽度傳感器10可利用作為短距離無(wú)線通信的紅外數(shù)據(jù)通信(IrDA)、 藍(lán)牙和ZigBee技術(shù)以及諸如超寬帶(UWB)的無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (WPAN)，而不利用有線通信來(lái)與微處理器50進(jìn)行通信。下面將參照?qǐng)D3a和3b所示的流程圖描述上述配置的鹽度測(cè)量系統(tǒng) 的全部操作過(guò)程。首先，微處理器50判斷是否通過(guò)按鍵輸入單元40輸入了用戶的鹽 度測(cè)量請(qǐng)求指令(Sl)。當(dāng)接收到從按鍵輸入單元40輸入的鹽度測(cè)量請(qǐng)求指令時(shí)，微處理器 50向第三開關(guān)裝置SW3輸出控制信號(hào)以將其導(dǎo)通，對(duì)脈沖發(fā)生器20進(jìn) 行操作并將第一開關(guān)裝置SW1切換到第一輸出端子TK基準(zhǔn)電阻測(cè)量模 式)(S2、 S3)。結(jié)果，由脈沖發(fā)生器20產(chǎn)生的大約4kHz的脈沖被輸出 到第一開關(guān)裝置SW1。施加到第一開關(guān)裝置SW1的脈沖通過(guò)第一開關(guān)裝置SW1的第一輸 出端子Tl提供給基準(zhǔn)電阻器Rref，并且經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)電阻器Rref的脈沖通 過(guò)電容器Cl流向接地端子，從而形成環(huán)路。這里，放大/整流電路單元 31檢測(cè)基準(zhǔn)電阻器Rref上的電壓，對(duì)其進(jìn)行放大并整流。經(jīng)整流的信號(hào) 通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器35被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并接著被提供給微處理器50。此后，微處理器50利用從A/D轉(zhuǎn)換器35提供的電壓和施加到基準(zhǔn) 電阻器Rxef的脈沖電流來(lái)計(jì)算基準(zhǔn)電阻器Rref的電阻值，并將計(jì)算出的 基準(zhǔn)電阻器的電阻值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器60中(S4)。這里，基準(zhǔn)電阻器Rref 的固有電阻值可以預(yù)先存儲(chǔ)在微處理器50中，然而，由于基準(zhǔn)電阻器 Rref的固有電阻值是隨周圍環(huán)境變化的，所以測(cè)量基準(zhǔn)電阻器Rref的電 阻值以精確核對(duì)在當(dāng)前給定的環(huán)境中基準(zhǔn)電阻器Rref的電阻值。當(dāng)已測(cè)量了基準(zhǔn)電阻器Rref的電阻值時(shí)，微處理器50向第一開關(guān) 裝置SW1輸出控制信號(hào)以將該開關(guān)裝置切換到第二輸出端子T2(鹽度測(cè) 量模式)(S5)。因此，施加給第一開關(guān)裝置SW1的脈沖通過(guò)第一開關(guān)裝置SW1的 第二輸出端子T2施加到第一探針11-1上，并且根據(jù)第一探針11-1和第 二探針11-2之間氯離子的電導(dǎo)率而輸出到第二探針11-2的脈沖通過(guò)電阻器R1和電容器C1流到接地端子。這里，放大/整流電路單元31根據(jù)第一探針11-1和第二探針11-2之間產(chǎn)生的離子電導(dǎo)率來(lái)檢測(cè)電壓，以對(duì)其進(jìn)行放大并整流。經(jīng)整流的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器35轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并提供給微處理器50。微處理器50利用從A/D轉(zhuǎn)換器35提供的電壓和施加到第一探針 11-1和第二探針11-2的脈沖電流來(lái)計(jì)算施加到第一探針11-1和第二探針 11-2的電阻值，然后將該計(jì)算電阻值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器60中(S6)。然而，盡管從脈沖發(fā)生器20產(chǎn)生的脈沖優(yōu)選為占空比為50: 50的 方波，但方波的占空比可能不是正好為50%。因此， 一些直流分量在測(cè) 量鹽度時(shí)被施加到探針11，從而使得由于施加到探針11上的直流分量而 導(dǎo)致沒有從第一探針11-1和/或第二探針11-2釋放全部的極化氯離子 (Na+， Cl')，并在那里累積起來(lái)。如果離子在探針11處累積，則離子 電導(dǎo)率就會(huì)下降，使得第一探針11-1和第二探針11-2之間的電阻值變大， 并在連續(xù)測(cè)量鹽度時(shí)，產(chǎn)生測(cè)量出的鹽度比實(shí)際鹽度低這種錯(cuò)誤。因此，在測(cè)量到第一探針11-1和第二探針11-2之間的電阻值后，微 處理器50將控制信號(hào)輸出到第二開關(guān)裝置SW2以將該開關(guān)裝置導(dǎo)通， 從而將第一探針11-1和第二探針11-2短路。因此，累積在第一探針11-1 或第二探針11-2中的離子被釋放。通過(guò)步驟S5到S7測(cè)量第一探針11-1和第二探針11-2之間的鹽度， 同時(shí)釋放累積在第一探針11-1和第二探針11-2中的離子。然而，當(dāng)將測(cè) 量鹽度時(shí)的上述處理看作一個(gè)循環(huán)時(shí)，為了防止測(cè)量中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤差， 要執(zhí)行該測(cè)量幾個(gè)到幾十個(gè)循環(huán)。當(dāng)主測(cè)量值與輔測(cè)量值不變時(shí)，該測(cè) 量值確定為有效測(cè)量值。換句話說(shuō)，在開始測(cè)量鹽度時(shí)，由于脈沖沒有激活第一探針11-1和 第二探針ll-2之間的離子電導(dǎo)率，以致探針ll之間的電阻極高。由于該 高阻值不是按鹽度的阻值，而是由外部因素引起的阻值，所以通過(guò)連續(xù) 施加脈沖到第一探針11-1和第二探針11-2來(lái)執(zhí)行重復(fù)測(cè)量，直到激活離 子電導(dǎo)率。當(dāng)通過(guò)重復(fù)測(cè)量獲得的主、輔探針測(cè)量值不變時(shí)，該測(cè)量值 看作是按鹽度的測(cè)量值，從而將其確定為有效鹽度測(cè)量值。同時(shí)，當(dāng)1個(gè)循環(huán)的鹽度測(cè)量完成時(shí)，微處理器50向第二開關(guān)裝置SW2輸出控制信號(hào)以將其截止，然后通過(guò)第一開關(guān)裝置SW1的第二輸出 端子T2向第一探針11-1和第二探針11-2施加脈沖。因此，放大/整流電路單元31根據(jù)第一探針11-1和第二探針11-2之 間產(chǎn)生的離子電導(dǎo)率檢測(cè)電壓，將其放大，然后將其整流為直流并通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)整流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并提供給微處理器50。微處理器50利用從A/D轉(zhuǎn)換器提供的電壓數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算施加到第一探 針11-1和第二探針11-2的電阻值，并將該計(jì)算出的阻值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器60 中。同時(shí)，在測(cè)量到第一探針11-1和第二探針11-2之間的電阻值后，微 處理器50向第二開關(guān)裝置SW2輸出控制信號(hào)，以導(dǎo)通該開關(guān)裝置，從 而將第一探針11-1和第二探針11-2之間短路。因此，第一探針11-1或 第二探針11-2中累積的離子被釋放。盡管在流程圖中未示出，但是當(dāng)很多離子都累積在第一探針11-1或 第二探針11-2中時(shí)，由于第一探針11-1和第二探針11-2的電短路，未 完全釋放這些離子。在這種情況下，根據(jù)微處理器50的控制截止第三開 關(guān)裝置SW3的開關(guān)以中斷提供給脈沖發(fā)生器20的電源。因此，施加到 第一探針11-1和第二探針11-2的電源暫時(shí)并完全地中斷，從而完全釋放 了剩余在探針中的離子。在測(cè)量鹽度時(shí)可以依照每一個(gè)循環(huán)都執(zhí)行中斷電源的步驟的方式來(lái) 執(zhí)行所述中斷電源的步驟，即，緊隨執(zhí)行第一探針11-1和第二探針11-2 之間的電短路之后進(jìn)行斷電。或者每幾個(gè)鹽度測(cè)量循環(huán)執(zhí)行一次中斷電 源的步驟?？梢愿鶕?jù)需要改變對(duì)累積在探針11中的離子進(jìn)行釋放的電源 中斷功能和短路功能的執(zhí)行周期。微處理器50重復(fù)進(jìn)行對(duì)第一探針11-1和第二探針11-2之間的鹽度 進(jìn)行測(cè)量的步驟，以獲得多個(gè)(n個(gè))測(cè)量值，然后對(duì)第n個(gè)測(cè)量值和第 n-l個(gè)測(cè)量值進(jìn)行比較，以判斷測(cè)量值是否相同(S8)。當(dāng)?shù)趎個(gè)測(cè)量值 和第n-l個(gè)測(cè)量值的誤差值在設(shè)定范圍內(nèi)或者大致相同時(shí)，將第n次測(cè)量 值確定為探針測(cè)量值(S9)。這里，為了提高測(cè)量值的準(zhǔn)確性，可以通過(guò)比較前/后測(cè)量值的平均值來(lái)確定測(cè)量值。例如，如果第n-2個(gè)測(cè)量值和 第n-l個(gè)測(cè)量值的平均值大約與第n-l個(gè)測(cè)量值和第n個(gè)測(cè)量值的平均值 相同，則將第n個(gè)測(cè)量值確定為探針測(cè)量值。如果確定出測(cè)量值，則微處理器50對(duì)以上測(cè)得的測(cè)量值的探針電阻 值和基準(zhǔn)電阻器Rref的基準(zhǔn)電阻值進(jìn)行比較以計(jì)算二者之間的差值(S10 )，利用存儲(chǔ)器60中所列出的如圖4所示的查找表提取與計(jì)算出的 差值相對(duì)應(yīng)的鹽度。并進(jìn)行控制以在顯示單元70上顯示提取的鹽度(S12)。最終使用第一探針11-1和第二探針11-2之間的探針電阻值與基 準(zhǔn)電阻值的差值的原因是盡管每個(gè)元件的固有電阻值會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境變 化，但是多個(gè)電阻值(基準(zhǔn)電阻值和探針電阻值)之間的改變量是恒定 的，以致該差值也始終相同，使得可以與周圍環(huán)境因素?zé)o關(guān)地獲得可靠、查找表預(yù)先為每一個(gè)從第一探針11-1和第二探針11-2的探針電阻值 減去基準(zhǔn)電阻值的差值存儲(chǔ)鹽度。例如，如果探針電阻值是100Q并且基 準(zhǔn)電阻值是10a則差值為卯Q。因此，與査找表中90Q匹配的0.9。/。就 是測(cè)出的鹽度。查找表的數(shù)據(jù)是根據(jù)利用鹽度已預(yù)知的溶液(例如，鹽溶液(鹽度 0.9%))的試驗(yàn)結(jié)果獲得的值。通過(guò)這種試驗(yàn)結(jié)果獲得的數(shù)據(jù)制作成査找 表。如果鹽度傳感器10安裝在用于朝鮮泡菜冷藏裝置的容器底部表面 中，就能輕松準(zhǔn)確地測(cè)量容器中朝鮮泡菜的鹽度，并能夠根據(jù)測(cè)量的鹽 度自動(dòng)控制朝鮮泡菜的存儲(chǔ)溫度。如圖4的査找表中指出的，例如，當(dāng) 鹽度是0.9%時(shí)，微處理器50控制冷藏裝置溫度，以使得朝鮮泡菜的溫度 為0.8'C，并且當(dāng)鹽度是1.0%時(shí)，控制冰箱溫度使得朝鮮泡菜的溫度為 0.5'C。在這種情況下，可以根據(jù)朝鮮泡菜的鹽度來(lái)最優(yōu)地控制溫度，甚 至能夠比當(dāng)前進(jìn)一步提高朝鮮泡菜的發(fā)酵和保存周期。如上所述的本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，它能夠通過(guò)以可選的方式釋放 在測(cè)量鹽度時(shí)累積在探針中的離子來(lái)防止鹽度測(cè)量誤差的產(chǎn)生，使得可 以提高產(chǎn)品的可靠性。另外，本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，它能夠使普通用戶輕松地測(cè)量鹽度， 無(wú)需用戶在測(cè)量鹽度時(shí)執(zhí)行設(shè)置設(shè)備的步驟。另外，本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，它能夠通過(guò)將鹽度傳感器制造為直 接安裝在存儲(chǔ)食物或溶液的容器中而輕松地測(cè)量存儲(chǔ)在容器中的食物的 鹽度，并且當(dāng)將鹽度傳感器應(yīng)用到諸如朝鮮泡菜的食物容器中時(shí)，可以 通過(guò)根據(jù)食物的鹽度最優(yōu)地且自動(dòng)地控制存儲(chǔ)溫度來(lái)向普通用戶提供令 人滿意的食物發(fā)酵和存儲(chǔ)功能。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性的實(shí)施方式具體示出了本發(fā)明并對(duì)其 進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在不脫離如權(quán)利 要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行的各種 改變。因此，本發(fā)明旨在權(quán)利要求覆蓋這些改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種利用離子電導(dǎo)率的鹽度傳感器，該鹽度傳感器包括第一開關(guān)裝置，其可切換到基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子或者鹽度測(cè)量端子，以將從外部輸入的脈沖施加到選定的端子；基準(zhǔn)電阻器，其連接在接地端子與所述第一開關(guān)裝置的所述基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子之間，以檢測(cè)施加到所述接地端子上的所述脈沖的電壓，然后將該電壓傳送給外部微處理器；第一探針和第二探針，其分立地設(shè)置于所述接地端子與所述第一開關(guān)裝置的所述鹽度測(cè)量端子之間，以檢測(cè)依照所述探針之間的所述離子電導(dǎo)率而變化的電壓，并將該電壓傳送給所述微處理器；以及第二開關(guān)裝置，其連接在所述第一探針和所述第二探針之間，并根據(jù)所述微處理器的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)，以使所述第一探針和所述第二探針短路，由此釋放累積在這些探針中的離子。
2. 如權(quán)利要求1所述的鹽度傳感器，其中，所述第一開關(guān)裝置、所 述基準(zhǔn)電阻器、所述第一探針、所述第二探針、以及所述第二開關(guān)裝置 以內(nèi)置方式安裝在容器中。
3. 如權(quán)利要求2所述的鹽度傳感器，其中，所述第一探針和所述第 二探針固定安裝在所述容器的底部表面上，并且所述探針的一側(cè)露出于 所述容器中。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的鹽度傳感器，其中，所述第一探針和所 述第二探針二者與所述基準(zhǔn)電阻器并聯(lián)連接。
5. —種利用離子電導(dǎo)率的鹽度測(cè)量系統(tǒng)，該鹽度測(cè)量系統(tǒng)包括 第一探針和第二探針，其以恒定地間距分立地設(shè)置在容器的底部表面上，以檢測(cè)依照所述探針之間離子電導(dǎo)率而變化的電壓，所述離子電 導(dǎo)率隨所述鹽度而變化；第一開關(guān)裝置，其可根據(jù)控制切換到基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子或者鹽度測(cè) 量端子以將從外部輸入的脈沖施加到選定的端子；基準(zhǔn)電阻器，其連接在接地端子和所述第一開關(guān)裝置的所述基準(zhǔn)電阻測(cè)量端子之間，以檢測(cè)施加到所述接地端子上的所述脈沖的電壓，然 后將該電壓傳送給外部微處理器；第二開關(guān)裝置，其連接在所述第一探針和所述第二探針之間，并根 據(jù)控制信號(hào)開關(guān)以使所述第一探針和所述第二探針短路，由此釋放累積在這些探針中的離子；以及微處理器，其根據(jù)從外部輸入的測(cè)量開始指令來(lái)控制所述第一開關(guān) 裝置和所述第二開關(guān)裝置的操作，利用根據(jù)所述第一探針和所述第二探 針之間的離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的電壓來(lái)計(jì)算探針電阻值，并利用所計(jì)算出 的探針電阻值來(lái)確定所述鹽度。
6. 如權(quán)利要求5所述的鹽度測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述微處理器這樣確 定鹽度利用根據(jù)所述離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的所述電壓來(lái)測(cè)量所述探針電阻值，并通過(guò)從所測(cè)量出的探針電阻值中減去所述基準(zhǔn)電阻器的所述基 準(zhǔn)電阻值而獲取最終電阻值，并接著從存儲(chǔ)器中提取預(yù)先與所述最終電 阻值匹配的鹽度。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的鹽度測(cè)量系統(tǒng)，該鹽度測(cè)量系統(tǒng)還包括 第三幵關(guān)裝置，其根據(jù)所述微處理器的控制信號(hào)中斷施加到所述第一開 關(guān)裝置的電源，以釋放累積在所述第一探針和所述第二探針中的離子。
8. 如權(quán)利要求5或6所述的鹽度測(cè)量系統(tǒng)，該鹽度測(cè)量系統(tǒng)還包括 檢測(cè)信號(hào)處理單元，其接收并放大所述第一探針和所述第二探針根據(jù)所 述離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的電壓，然后將該電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出到所 述微處理器。
9. 如權(quán)利要求8所述的鹽度測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)信號(hào)處理單 元包括放大/整流電路單元，其分別接收通過(guò)所述第一探針和所述第二探針 根據(jù)所述離子電導(dǎo)率檢測(cè)到的電壓以及通過(guò)所述基準(zhǔn)電阻器獲得的電 壓，對(duì)它們進(jìn)行放大并整流；以及A/D轉(zhuǎn)換器，其接收從所述放大/整流電路單元輸出的信號(hào)，將其轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)，然后將其輸出到所述微處理器。
10. —種利用離子電導(dǎo)率的鹽度測(cè)量方法，該鹽度測(cè)量方法包括以下步驟使微處理器根據(jù)鹽度測(cè)量指令來(lái)控制向基準(zhǔn)電阻器施加的脈沖，并 通過(guò)所述基準(zhǔn)電阻器上的電壓來(lái)測(cè)量基準(zhǔn)電阻值；在測(cè)量所述基準(zhǔn)電阻值之后，使所述微處理器控制向所述第一探針 和所述第二探針施加的脈沖，并利用所述第一探針和所述第二探針之間 的、根據(jù)包括鹽的溶液中的所述離子電導(dǎo)率的電壓來(lái)測(cè)量所述探針電阻 值；在測(cè)量了所述探針電阻值之后，使所述微處理器將所述第一探針和 所述第二探針短路，以對(duì)累積在所述探針中的剩余離子的釋放進(jìn)行控制; 以及對(duì)測(cè)量所述探針電阻值的步驟和對(duì)所述剩余離子的釋放進(jìn)行控制的步驟重復(fù)執(zhí)行n次，并且如果第n-l次測(cè)出的探針電阻值與第n次測(cè)出的 探針電阻值具有在設(shè)定范圍內(nèi)的誤差值，則將第n次測(cè)出的探針電阻值 確定為最終探針電阻值。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在確定所述最終探針電阻值 的步驟中，所述微處理器還包括通過(guò)暫時(shí)中斷向所述第一探針和所述第 二探針供應(yīng)電源來(lái)輔助釋放累積所述探針上的剩余離子的步驟。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，在確定了所述最終探 針電阻值之后，所述微處理器還執(zhí)行以下步驟計(jì)算所述最終探針電阻 值與所測(cè)出的基準(zhǔn)電阻值的差值；從存儲(chǔ)器的查找表中提取對(duì)應(yīng)于所計(jì) 算出的差值的鹽度；并以百分比顯示所提取出的鹽度。
13. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所測(cè)出的探針電阻值 是對(duì)所述探針電阻值進(jìn)行兩次平均得到的平均電阻值。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第n-l次的探針電阻值 是對(duì)第n-2次的探針電阻值與第n-l的探針電阻值進(jìn)行平均得到的平均電 阻值，而第n次的探針電阻值是對(duì)第n-l次的探針電阻值與第n次的探針 電阻值進(jìn)行平均得到的平均電阻值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用離子電導(dǎo)率的鹽度傳感器、鹽度測(cè)量系統(tǒng)及其方法，其中，鹽度傳感器安裝在存儲(chǔ)食物或溶液的容器中，為了在執(zhí)行鹽度測(cè)量時(shí)防止由于測(cè)量時(shí)間的推移由在累積在探針中的離子引起的氯離子的例子電導(dǎo)率的下降，在測(cè)量鹽度時(shí)通過(guò)對(duì)累積在探針中的離子進(jìn)行任意釋放來(lái)防止鹽度測(cè)量誤差的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)G01N27/04GK101226160SQ20081000117
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者尹周煥, 鄭一炯, 金真阿, 金鐘大 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社