智能電導率儀的簡介與設計

1.電導率儀簡介
高純物質中金屬元素的測定已有數十年的歷史，*通用的分析方法有原子吸收光譜法、發(fā)射光譜法、分光光譜法、極譜法等；中子活化法及質譜分析法亦有一定的應用，但由于儀器昂貴以及分析條件較高的特點，其應用范圍受到限制。在高純水分析中，進年來離子選擇性電極技術發(fā)展極為迅速。電解質電導率值是電解質溶液的一個基本物理化學量。在過程檢測中電導率的測量與監(jiān)控具有十分重要的地位，它是利用溶液的成分和電導率之間具有一定關系的特性來分析介質溶液的導電現象及其規(guī)律性的測量方法。由于電導測試技術具有靈敏度高可測范圍寬、結構簡單、便于實現連續(xù)測量等優(yōu)點，被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)流程控制、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學研究和產品質量檢驗過程。電解質電導率*計量基準的建立對于工、農業(yè)生產科學研究和國防各部門都有重要價值。
2.影響電導率的因素分析
由于電解質的導電是靠離子的遷移來實現的，電解質溶液在外加電場的作用下，其電流的大小是外加電壓的溶液導電能力決定的。而溶液的導電能力與電解質溶液的濃度及性質有關:a.在一定范內，離子的濃度愈大，電導率愈大。b.離子的價數愈高，電導率愈大 。c.離子的遷移率愈快，電率就愈大。因此電導率與離子的種類有關，還與影響離子遷移率的外部因素有關，如溫度、溶劑、黏等。
溫度對測量的影響：其中影響溶液電導率變化*大的外在因素是溫度，主是因為溫度升高直接響電解質的電離常數，使電離常數增大此外，溫度升高，亦會使離子熱運動加快，導電能力增加從對電導率有直接的影響。在被測對象不變的情況下，為統(tǒng)一和比較水質，公認25℃為電導率的標準度。當水溫不為25℃時，就要進行溫度補償，折換成25℃時的電導率。由于溶液的電導率是隨著溶液的溫度呈非線性變化，而且電導率的溫度系數又隨電導率呈非線性變化，不同純度的水在不同溫度下有不同的溫度系數。
由于電導測量儀器的指示刻度的方法是把電導池系統(tǒng)看作一個純電阻元件，但在測量電源為交流時，電導池不再是一個純電阻，而是包括容抗在內的阻抗了，其總的電導值為兩者的電導值的矢量和，盡管在電導測量研究中，采取了各種措施加以克服，但對電導儀在實際測量中還是造成了一定的誤差。交流激勵源的采用不可避免的在電導測試系統(tǒng)后續(xù)電路中需要引入一系列的環(huán)節(jié)(如相敏解調、濾波電路)對交流信號進行處理，使得測試系統(tǒng)結構復雜，數據采集速度大為降低，難以滿足對生產過程進行在線檢測，實時控制的要求。雖然國內外的研究者采用了高階濾波器 乘法解調等措施不斷改善采集速度，但由于激勵原理的限制，數據采集速度一直難以得到質的提高。
3.電導率測量儀的設計
3.1測量原理
電導傳感器可以將待測量的變化轉化為電導的變化，測量電路則是將反映電導變化的信號轉換成電壓或電流信號，并進一步轉換成數字量送入單片機進行處理，*后加以顯示。由于導電液體在直流激勵模式下會產生極化現象，常規(guī)的電導測量裝置都是采用高頻正弦波作為系統(tǒng)的激勵源進行測量的，不可避免地在電導測試系統(tǒng)引入復雜而耗時的后續(xù)信號處理電路。
根據這個特點：本系統(tǒng)采用高頻率的雙極性脈沖方波作為激勵，由于在激勵信號的前半個周期和后半個周期，激勵電流同值反向，被測系統(tǒng)中那種介質極化現象就得以削弱。并且通過系統(tǒng)軟件的控制，經放大器放大輸出的電壓信號Vo在被采樣時己經穩(wěn)定。由A/D采樣點位于電壓波形穩(wěn)定后的平坦部位，在這一段時間內系統(tǒng)相當于受到一個恒定直流電壓信號的激勵，被測電壓信號不再需要復雜的處理，相敏解調、濾波等環(huán)節(jié)就可以省略，這樣極大地簡化了系統(tǒng)的結構且提高了數據的采集速度。
3.2電導率儀總體設計
電導率測量系統(tǒng)硬件設計，主要由電導、測量電路、溫度采集電路、液晶顯示電路組成。 其中電導測量電路又包括電導池、方波發(fā)生電 路、量程切換電路A/D轉換。
方波發(fā)生器產生占空比為50%的正負脈沖電壓加到電導池電極的兩端，流經電導池的電流經過運放放大后變?yōu)殡妷盒盘?，送入單片機再經過A/D轉換后，完成電導率信號的采樣。然后再進行溶液溫度的采樣，*后單片機計算得到被測溶液在25℃基準溫度下的電導率。并將計算后的結果與設定的狀態(tài)比較，產生相應的控制動作或聲光報警。
軟件系統(tǒng)采用模塊化設計，主要功能模塊 有：初始化程序，A/D采樣子程序、換檔子程序， 數據處理子程序，LCD顯示子程序。
本系統(tǒng)控制的電磁閥使用220v交流電，所以采用繼電器驅動。為了保*系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合由晶體管來驅動繼電器。為消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾，繼電器線圈增加了續(xù)流二極管；另外繼電器驅動的負載也是感性的，應在繼電器接點兩端并接火花抑制電路，防止產生電火花干擾。

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