在线水溶液电导率仪的研制

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电导率是一个衡量水纯净度的重要参数,电导率仪在环境监测、工业流程控制、医药卫生、电力电子、水质监测和科学研究等领域有很广泛的应用。通过测量水的电导率,可以监测水质情况。长期以来,关于如何准确的测量水溶液的电导率一直是水质监控人员及科研人员十分关注的问题。近年来集成电路以及微处理器技术发展迅速,人们更倾向于选用电极式电导率测量的方法和技术。本文研究了水溶液的导电机理和溶液在电极作用下的模型,分析了国内外常用的电导率测量方法以及目前的发展状况。在对影响电导率测量精度的主要因素进行分析的基础上,针对传统的电导测量方法中存在的极化效应、电容效应、温度等因素对测量结果的影响及传统测量范围比较窄等一系列问题,提出了一种测量方法‐‐主要利用双频率正弦信号测量电导率,论文介绍了这一测量方法的原理,并完成了基于ARM微控制器的在线水溶液电导率测量仪的设计和研制。系统以ARM LPC1114为控制核心,完成了电导率测量系统的电路设计,主要有激励源的设计、电导率阻抗测量电路、温度采集模块电路、自动档位切换电路、以及RS485通信接口电路和电源模块电路。通过LPC1114控制阻抗测量芯片AD5933提供两个不同频率的正弦波,控制多路模拟开关74HC4051选择反馈电阻来实现量程切换功能,模数转换利用ARM片上AD转换器进行数据采集和参考电压的实时采集,其中参考电压有精密电压源ADR5040产生,温度采集部分利用三线电桥电路测量PT100实现溶液温度的采集,同时系统通过软件对测量误差进行温度补偿,采用RS‐485串行接口及工业通用的MODBUS RTU传输协议,实现与PC机的通讯。系统实现了电导率测量的集成化、智能化,在电导率仪的测试和项目的现场使用中均表明了其在不同的工业环境下工作稳定的特性,电导率仪可实现在线实时测量,自动换挡,自动温度补偿、软件校准等功能,宽测量量程为0‐10000uS/cm,分辨率为全量程的1%,预热时间小于等于1s,系统功耗小于等于80mW。
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