CN102353844A - 带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置及方法，本发明的装置包括液晶触摸屏、显示窗、操作按钮、指示灯、主机板、显示板和电源板，主机板分别与显示板和电源板相电气连接。本发明装置使用时，首先通过内部标准电阻阵列电路建立精密的内电导表，由测量电路测出当前的电导电压，该电压经过内电导表查表插值求出电导值，再进行导线电阻补偿、温度补偿、电容补偿、电极常数修正得到对应的标准电导率，最后由标准电导率根据浓度电导率表的查表插值求出待侧溶液的浓度。本发明的装置和方法用于在线检测溶液浓度，具有测量精度高、工作可靠性高、操作方便、自动化程度高、智能化程度高、制造和维护方便，造价低优点。

Description

带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置及方法

技术领域

本发明属于化工过程参数在线检测领域，涉及糖厂微糖份在线间接检测装置及方法，具体涉及一种带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置及方法。

背景技术

在化工反应过程中，电导率是溶液的一个重要参数，它的大小直接反映溶液的导电能力，并与电解质的浓度密切相关；而有机物的浓度也可通过适当的反应器转变为导电物质，进而测出反应前后电导率的变化大小，从而经过计算得到其浓度大小；此外，还有一类半电解质，在高频激励下，其浓度大小也与电导率密切相关；这些以电导率作为中间变量进行其它参数检测的场合，都需要一种稳定、精确的电导率检测装置，而目前国内厂家生产的电导率检测装置，一般都通过电阻箱来手动检定电导装置，使用较为麻烦，而且自动化程度低；或者并不考虑导线对电导率检测的影响，严重影响自校准精度及检测精度，特别在高频激励的场合尤为明显；而从国外进口的设备大都价格昂贵、维修维护困难。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足之处，提供一种带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置及方法。本发明采用内外对称导线与内部千分之一精度标准电阻相结合的办法，具有测量精度高、可靠性高、功能多、造价低、智能化程度高、制造维护方便、能够与其它设备组网、节能效果好等优点，除可连接各种电导常数的电极外，还可兼容一般电导率装置的传统激励频率，低周70Hz、高周1100Hz，并可提供超高周10KHz、100KHz的激励频率。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

一种带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置，包括显示装置和内置电路板，如图1所示，所述显示装置包括液晶触摸屏1、电导率I显示窗2、电导率∏显示窗3、参数值显示窗4、操作按钮和指示灯；所述内置电路板包括主机板、显示板和电源板；所述主机板分别与显示板和电源板通过简单连接器或短电缆相电气连接；所述液晶触摸屏1通过短电缆与主机相应点连接，进行数据通讯，电导率1显示窗2、电导率∏显示窗3、参数值显示窗4、操作按钮和指示灯固定在显示板上，并通过显示板上的第二在片系统72进行按钮扫描并编码、数码管及指示灯刷新，第二在片系统72通过简单连接器或短电缆与主机板相应点电气连接，其中复位按钮18通过复位信号电缆线与主机板相应点连接；

所述主机板的电路由第一在片系统电路39、在片系统用电源电路40、模拟信号限幅保护开关切换电路41、CAN总线隔离驱动电路42、CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路43、电流输出用模拟隔离电源电路44、模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路45、外扩RAM及电池保护电路46、晶体振荡及复位电路47、内部操作电路48、液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路49、显示板通讯接口电路50、电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路51、电磁阀隔离输出控制电路52、电源板接口53、电导率检测控制接口54、开关信号隔离电路55、精密电源电路56、有源晶振与激励信号发生电路57、信号滤波驱动电路58、电导测量与自校准切换电路59、标准电阻切换阵列电路60、电导I跳档变送电路61、电导I检测接口62、电导I交流转直流及隔离电路63、电导∏跳挡变送电路64、电导∏检测接口65、电导∏交流转直流及隔离电路66、温度∏检测接口67、温度∏变送隔离电路68、温度I检测接口69及温度I变送隔离电路70共同电气连接组成；

所述显示板的电路由显示板与主机板接口71、第二在片系统电路72、显示电源滤波电路73、数码管与操作按钮和指示灯操控电路74共同电气连接组成；

所述电源板的电路由电源板与主机板接口75、主板用数字电源电路76、主板用模拟电源电路77、电导用隔离数字电源电路78、电导用隔离模拟电源电路79、主板用总开关电源AC/DC接口80、固态继电器电路81、电磁阀接口82、隔离变压器83、交流220V输入84共同电气连接组成。

如图5所示，本发明所述第一在片系统电路39由集成电路U5和UK1、连接器J1、电阻R3和RK1和R6、电容C6～C24和电容CK1共同电气连接构成；在片系统用电源电路40由稳压器U1和U4、连接器JP1、二极管D1～D6、发光二极管LP1、发光二极管LP2、电阻R1、电阻R2、电容C1～C5和锂电池BTI共同电气连接构成；外扩RAM及电池保护电路46由集成芯片U2与U3共同电气连接构成；晶体振荡及复位电路47由晶振U7、电阻R4、电阻R5、电容C25～C28和复位按钮U6共同电气连接构成；如图6所示，模拟信号限幅保护开关切换电路41由放大器U8～U10、稳压芯片U11、高速电子继电器U12、限幅保护芯片U13、电阻RX1～RX15、电容CX1～CX11、发光二极管L1共同电气连接构成；如图7所示，CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路43由DC/DC电源模块U14、电阻R7、电容C29，电容C30和电感L2～L4共同电气连接构成；电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路51由DC/DC电源模块U15、电阻R8、电容C31、电容C32、电感L5～L7和保险丝F1共同电气连接构成；电流输出用模拟隔离电源电路44由稳压芯片U16、稳压芯片U17、DC/DC电源模块U18、二极管D7、二极管D8、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R9～R18、电容C33～C39和电感L8～L11共同电气连接构成；如图8所示，CAN总线隔离驱动电路42由集成电路U19、高速光耦U20、高速光耦U21、电阻R19～R25、电容C40～C46和连接器CAN1共同电气连接构成；如图9所示，模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路45由放大器U22、光耦U23、放大器U24、三极管N1、电阻R26～R32、电容C47、电容C48和连接器OPH1共同电气连接构成；如图10所示，电磁阀隔离输出控制电路52由光耦U25、光耦U26、电阻RX16、电阻R33～R37和电容C49共同电气连接构成；如图11所示，内部操作电路48由拨码开关NBJ1和电阻R42共同电气连接构成；显示板通讯接口50由连接器P2、电阻R40、电阻R41和电容C50共同电气连接构成；液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路49由连接器P3、电阻R38和电阻R39共同电气连接构成；电源板接口53由连接器P1组成；如图12所示，电导率检测控制接口54由连接器P4、连接器P5、连接器J2、电容C51和电容C52共同电气连接组成；如图13所示，开关信号隔离电路55由高速光耦U27～U30、电阻R43～R47和电容C53～C56共同电气连接构成；有源晶振与激励信号发生电路57由有源晶振Y1、信号发生器U31、电阻R48～R52、电阻RL3、磁珠RL1和RL2、电容C58和电容C59共同电气连接构成；精密电源电路56由稳压器U32、二极管D9、电容C57、电容C60～C62和短路器CB1共同电气连接构成；如图14所示，信号滤波驱动电路58由放大器U33或备UB3与U34、电阻R53～R57、电容C64～C74、电感L12、电感L13和短路器CB2共同电气连接构成；如图15所示，电导I跳档变送电路61由继电器U35～U39、三极管N2～N6、电阻R58～R70、电阻R72、电阻R73、电阻RA1、二极管D10～D14、放大器U4或备UB1、放大器U43、电容CA1、电容CA2和电容C75～C78共同电气连接构成；电导I检测接口62由连接器ADIANDAO1组成；电导I交流转直流及隔离电路63由放大器U40或备UB1、集成电路U41、光耦U42、电阻R71、电阻R74～R76和电容C79～C85共同电气连接构成；如图16所示，电导∏跳挡变送电路64由继电器U45～U49、三极管N8～N12、电阻R78～R90、电阻R92～R93、电阻RB1、二极管D16～D20、放大器U50或备UB2、放大器U53、电容CB3、电容CB4和电容C86～C90共同电气连接构成；电导∏检测接口65由连接器BJ1组成；电导∏交流转直流及隔离电路66由放大器U50或备UB2、集成电路U51、光耦U52、电阻R91、电阻R94～R96和电容C91～C96共同电气连接构成；电导测量与自校准切换电路59由继电器U44、继电器U54、三极管N7、三极管N13、电阻R77、电阻R97、二极管D15、二极管D21、连接器ADIANDAOBO1、连接器ADIANDAOBI1、连接器BDIANDAOBO1和连接器BDIANDAOBI1共同电气连接构成，其中，连接器ADIANDAOBO1、连接器ADIANDAOBI1见图15；如图17所示，标准电阻切换阵列电路60由继电器UMD1～UMD5、继电器UUP1～UUP5、继电器U55、三极管N14、三极管N16、电阻RA2～RA23、电阻RB2～RB23、电阻R98～R102、二极管D22～D24和放大器U33或备UB3共同电气连接构成；如图18所示，温度I变送隔离电路70由恒流管U56、放大器U57、光耦U58、电阻R103～R113和电容C97～C100共同电气连接构成；温度I检测接口69由连接器JPTAX1组成；如图19所示，温度∏变送隔离电路68由恒流管U59、放大器U60、光耦U61、电阻R114～R124和电容C101～C104共同电气连接构成；温度∏检测接口67由连接器JPTBX1组成。

如图20所示，本发明所述显示板与主机板接口71由连接器P6、按钮RESET1、电阻R125、电阻R128～R129和电容CD1共同电气连接构成；第二在片系统72由集成芯片U62、连接器J3、电阻R126和电阻R127共同电气连接构成；显示电源滤波电路73由稳压器U63和电容CD2～CD8共同电气连接构成；数码管与操作按钮及指示灯操控电路74由集成片U64、集成片U65、集成片UB4、连接器PP1、连接器PP2、电阻R130～R154、电阻RB24～RB32、数码管L35～L37、指示灯L14～L34和按钮S1～S12共同电气连接构成。

如图22所示，本发明所述电源板与主机板接口75由连接器P7组成；主板用数字电源电路76由集成模块U69、滤波器U70、电阻R155、电容C105和电容C106共同电气连接构成；主板用模拟电源电路77由稳压芯片U71、滤波器U72、DC/DC电源模块U73、稳压芯片U74、滤波器U75、二极管D25、二极管D26、发光二极管LED3、发光二极管LED4、电阻R157～R166、电容C107～C115和电感L38共同电气连接构成；电导用隔离模拟电源电路79由DC/DC电源模块U76、稳压芯片U77、稳压芯片U78、二极管D27、二极管D28、发光二极管LED5、发光二极管LED6、电阻R167～R176、电容C116～C124和电感L39～L41共同电气连接构成；电导用隔离数字电源电路78由集成模块U79、电阻R177、电容C125、电容C126和电感L42～L44共同电气连接构成；主板用总开关电源AC/DC接口80由外接开关电源组成；；固态继电器电路81由U66～U68组成；电磁阀接口82由连接器QXCTLM1组成；隔离变压器83由外接引入；交流220V输入84由外置的滤波保险开关集成模块引入电源，输出端与连接器AC1～AC3相连接。

如图2所示，本发明所述主机板还通过电导率检测控制接口54分别为开关信号隔离电路55、精密电源电路56、信号滤波驱动电路58、电导测量与自校准切换电路59、标准电阻切换阵列电路60、电导I跳档变送电路61、电导I交流转直流及隔离电路62、电导∏跳挡变送电路63、电导∏交流转直流及隔离电路66、温度∏变送隔离电路68及温度I变送隔离电路70提供模拟隔离电源与数字隔离电源；所述精密电源电路56通过电源线与有源晶振与激励信号发生电路57相应点连接；所述电导率检测控制接口54通过开关线分别与开关信号隔离电路(55)、电导测量与自校准切换电路59、标准电阻切换阵列电路60、电导I跳档变送电路61及电导∏跳挡变送电路64相应点连接；所述电导率检测控制接口54通过模拟线分别与电导I交流转直流及隔离电路63、电导∏交流转直流及隔离电路66、温度∏变送隔离电路68及温度I变送隔离电路70相应点连接；所述有源晶振与激励信号发生电路57通过开关线与开关信号隔离电路55相应点连接，通过模拟线与信号滤波驱动电路58相应点连接；所述电导I跳档变送电路61通过模拟线分别与电导测量与自校准切换电路59、标准电阻切换阵列电路60、电导I检测接口62、电导I交流转直流及隔离电路63相应点连接；所述电导∏跳档变送电路64通过模拟线分别与电导测量与自校准切换电路59、标准电阻切换阵列电路60、电导∏检测接口65、电导∏交流转直流及隔离电路66相应点相连接；所述温度∏变送隔离电路68通过模拟线与温度∏检测接口67相应点连接；所述温度I变送隔离电路70通过模拟线与温度I检测接口69相应点连接；所述电导I检测接口62和电导∏检测接口65分别通过双芯同轴电缆与外部电导电极连接；所述温度I检测接口69和温度∏检测接口67分别通过电缆与外部四线制精密铂电阻传感器连接。

如图4所示，本发明电源板与主机板的连接方式为：电源板与主机板接口75外部与主机板上的电源板接口53连接；电源板内部经电源线分别与主板用数字电源电路76、主板用模拟电源电路77、电导用隔离数字电源电路78电导用隔离模拟电源电路79、主板用总开关电源AC/DC接口80相应点连接；所述主板用总开关电源AC/DC接口80使用外接的开关电源，开关电源的输入端与外接隔离变压器83连接，输出端分别连接到电源板与主机板接口75、主板用数字电源电路76、主板用模拟电源电路77、电导用隔离数字电源电路78、电导用隔离模拟电源电路79上；所述外接隔离变压器83通过电源线分别与交流220V输入84和固态继电器电路81相应点连接；所述交流220V输入84外接AC220V电源，所述固态继电器电路81通过开关线与电源板与主机板接口75相应点连接，并通过电源线与电磁阀接口82相应点连接；所述电磁阀接口82通过电缆外接电磁阀。

本发明所述主机板的电路中，电源板接口53的输入端与电磁阀隔离输出控制电路52对应点相连接，电源板接口53的五个输出端分别与在片系统用电源电路40、CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路43、电流输出用模拟隔离电源DC/DC及滤波器电路44、电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路51、电导率检测控制接口54各自对应点相连接，为主机板分别提供各自的模拟隔离电源和数字隔离电源；其中，主机板上的模拟隔离电源、数字隔离电源由电源板接口53提供，模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路45使用的模拟隔离电源由电流输出用模拟隔离电源DC/DC及滤波器电路44提供，液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路49单独由外接开关电源提供，显示板通讯接口电路50使用的数字电隔离源由电源板接口53提供，CAN总线隔离驱动电路42使用的数字隔离电源由CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路43提供，电磁阀隔离输出控制电路52使用的电源由电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路51提供；

所述第一在片系统39通过数据通讯线分别与CAN总线隔离驱动电路42、液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路49、显示板通讯接口电路50相应点连接；所述第一在片系统39通过模拟信号线分别与模拟信号限幅保护开关切换电路41、模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路45相连接；所述第一在片系统39通过开关信号线分别与内部操作电路48、电磁阀隔离输出控制电路52、电导率检测控制接口54连接；所述第一在片系统39通过数据线与外扩RAM及电池保护电路连接46，通过晶振线和复位线与晶体振荡及复位电路47连接；在片系统用电源电路40分别通过模拟电源线和数字电源线与第一在片系统39和模拟信号限幅保护开关切换电路41相应点连接，为系统核心提供优质的模拟电源与数字电源。

本发明所述显示板的电路中，显示电源滤波电路73经显示板与主机板接口71和主机板连接，并经主机板上的电源板接口53与电源板连接取得电源，并给第二在片系统72、数码管与指示灯及按钮操控电路74供电；第二在片系统72经显示板与主机板接口71和主机板通讯交换数据，并和数码管与操作按钮及指示灯操控电路74通过内部同步串行线相连接，对按钮进行扫描并编码、将输出数据用于刷新数码管与指示灯。

本发明所述操作按钮包括设置按钮13、参数增按钮14、参数快按钮15、参数减按钮16、复位按钮18、代码增按钮19、代码值增按钮20、代码值减按钮21、参数保存按钮22、单触发按钮23、锁I按钮24、锁∏按钮25和内校准按钮32，所述指示灯包括校准I指示灯5、校准∏指示灯6、温度I指示灯7、温度∏指示灯8、系数∏指示灯9、系数I指示灯10、常数∏指示灯11、常数I指示灯12、参数快指示灯17、保存指示灯26、单次测量指示灯27、锁I指示灯28、锁∏指示灯29、跟踪测量指示灯30、内校准指示灯31、报警I指示灯38、报警∏指示灯35、μS1指示灯36、μS2指示灯33、mS1指示灯37和mS2指示灯34。

本发明还提供一种使用本发明所述的电导率检测监控装置的检测方法，包括以下步骤：

(1)内电导校准表的建立：本发明的装置通过对称导线的其中一边连接到标准电阻切换阵列开关电路，装置受控完成内部各标准电阻点的电压测量过程，I路、∏路各标准电导值处对应的电压值被分别记录在VAJIAOZHUN[I][J][K]矩阵和VAJIAOZHUN[I][J][K]矩阵内，其中，I为行坐标，即测量档位1、2、3、4、5，J为纵坐标，即校准点位置1、2、3、4，K为激励频率标记0、1、2、3，0对应70Hz，1对应1.1KHz，2对应10KHz，3对应100KHz；建立内电导校准表；

(2)自校准数据分别进入当前工作区内，即

VABIAOZHUN[I][J][K]＝VAJIAOZHUN[I][J][K]和

VBBIAOZHUN[I][J][K]＝VBJIAOZHUN[I][J][K]；

VABIAOZHUN[I][J][K]和VBBIAOZHUN[I][J][K]被保存到装置的掉电保护RAM内，以备下次开机时再调入工作区；

(3)装置测出当前电导电压后，该电压经步骤(1)建立的内电导校准表查表并线性插值后求出电导值，如果超量程则装置自动跳档，表1为本发明的装置的量程规划；

表1本发明的装置的量程规划

(4)待跳档完成，装置稳定后所测出的电导值为有效总电导S1；

S1为电极有效总电导，R1为电极总电阻，R2为电导池端电阻，R3为电极导线电阳，R4为电极串电阻，S2为电导池端电导，经如下计算得到S2：

R1＝1.0/S1；R2＝R1-(R3+R4)×0.000001；S2＝1.0/R2；

单位：R1、R2为兆欧，R3、R4为欧，S1、S2为微西门子；

(5)装置进行电容补偿并计算标准电导率：以溶液两端电阻与电容并联为基础，通过激励频率微变的办法求出该电容，并进行电容补偿，计算标准电导率，具体步骤为：

上、下各取两个频率f1、f1，并分别求出端电导值yp1、yp2；

电容 $C=\sqrt[2]{\frac{\frac{\mathrm{yp}1*\mathrm{yp}1-\mathrm{yp}2*\mathrm{yp}2}{f1+f2}}{f1-f2}}/(2*\mathrm{\π})$

纯电导 $S3=\sqrt[2]{\mathrm{yp}1*\mathrm{yp}1-{(2*\mathrm{\π}*f1*c)}^2}$

非标准电导率S4＝S3×电极常数K1；

标准电导率S5＝S4/(1+温度补偿系数K2×(温度-25))+E10；

(6)其中，E10为调零值；在线测量溶液浓度：首先，配制一系列标准浓度的溶液，分别测出不同溶液浓度下对应的标准电导率并建立溶液浓度与标准电导率关系表；其次，测量被测溶液的标准电导率，再根据溶液浓度与标准电导率关系表并线性插值即可得到待测溶液的溶液浓度；

(7)当外接标准电阻阵列用于修正及判错时，首先根据测量点接入对应的电阻，实测mV数通过点读的方法进入校准表，如果该mV数与隐含参数相差较大，则硬件有故障。

本发明的工作原理如下：

(1)温度毫伏信号由电极上附带的四线制铂电阻承于激励恒流产生，毫伏信号经电缆连接器接主机板上；

(2)电导毫伏信号的产生过程如下，首先有源晶振与激励信号发生电路受控产生一定频率固定幅度的正弦信号，经低通滤波器滤波后去除高频谐波并放大驱动，该信号用于激励被测电导，电导越大产生的电流就越大，随后电流放大器对该电流进行放大、滤波后，进入交流/直流有效值转换器并产生与电导大小成线性关系的直流电压，再经模拟信号限幅保护开关切换电路隔离后进入主机，通过受控改变电流反馈电阻的大小实现测量档位的跳转；

(3)通过上述过程分别产生的两路温度信号与两路电导信号经模拟限幅切换电路，实现四路进入两路16位精度的A/D转换器端口，并进入在片系统电路进行软件运算；

电导率的求值过程为：电导率的求值过程为：首先求出两路温度值，然后再求出总电导值，去除导线电阻、串联电阻影响后得端电导值，通过激励频率微变可进一步求出电阻电导与电容电导，并根据电导电极常数大小与温度大小求出非标电导率与标准电导率；

(4)经处理后的各信号，第一路信号由第一在片系统以通讯中断的方式被送往显示板上的第二在片系统电路内的内部RAM中，然后第二在片系统电路根据数据编码依次刷新数码管与指示灯，即实时刷新校准I指示灯、校准∏指示灯、温度I指示灯、温度∏指示灯、系数∏指示灯、系数I指示灯、常数∏指示灯、常数I指示灯、参数快指示灯、保存指示灯、单次测量指示灯、锁I指示灯、锁∏指示灯、跟踪测量指示灯、内校准指示灯、内校准按钮、μS2指示灯、mS2指示灯、报警∏指示灯、μS1指示灯、mS1指示灯、报警I指示灯，并通过外接报警器实现声光报警；

(5)设置按钮、参数增按钮、参数快按钮、参数减按钮、代码增按钮、代码值增按钮、代码值减按钮、参数保存按钮、单触发按钮、锁I按钮、锁∏按钮被第二在片系统电路扫描并编码后也以通讯中断的方式被送往第一在片系统；复位按钮被单独设置并连接到其它电路板上；除监控代码与代码值以结合的方式外，上述的所有输入/输出数据都经由第一在片系统以通讯中断的方式与液晶触摸屏进行数据实时交换，液晶触摸屏使用汉字菜单；

(6)电导率I或阀位的对应的电流值由第一在片系统经模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路被送往外部，用于连接记录装置或伺服电机放大器；

(7)所有主机程序及固定参数都保存在第一在片系统的片内EEPROM内，运算变量暂存在第一在片系统内的RAM里；部分记忆参数被保存在外扩RAM及电池保护电路内；

(8)内部监控时，可观看并调整各有关参数；外部操作时，各参数实时显示在参数值显示窗上，并依照校准I指示灯、校准∏指示灯、温度I指示灯、温度∏指示灯、系数∏指示灯、系数I指示灯、常数∏指示灯、常数I指示灯提示参数值显示窗显示出对应指示值，各指示灯的切换功能由设置按钮实现，可实现指示灯循环移动到各对应点，其对应值可通过参数增按钮、参数减按钮来调整，通过参数快按钮切换参数快指示灯亮或灭，当参数快指示灯亮时，可较快地调整相应的参数；

(9)第一在片系统经CAN总线隔离驱动电路进行对应接口与协议间的通讯，电磁阀的开关经电磁阀隔离输出控制电路、电源板接口连接到电源板上，并经电源板上的固态继电器产生AC220V的驱动电压再连开关电磁阀而完成；电导率I的单位由μS指示灯、mS指示灯来表示，当上两个灯同时亮时，代表该电导率的单位为nS，当电导率超过上下限时，报警I指示灯亮；电导率∏指示灯的意义同上；当内校准允许后，按压内校准按钮时，内校准指示灯亮，电导率测量值保持不变，机器内部经对称双芯同轴电缆连接到标准电阻切换阵列电路上，实测各个标准电导点上的实际电压值，并可记忆下来，以备下次开机时可用；

(10)正常测量时，跟踪测量指示灯亮，单次测量指示灯灭，机器自动完成跳挡测量，当按压按钮单触发后，跟踪测量指示灯灭，单次测量指示灯亮，机器完成详细的测量，并求出被测溶液与电极体系的电容值及纯电导率等；

(11)当系统需要调整内部监控参数时，分别按压锁I按钮和锁∏按钮，使锁I指示灯和锁∏指示灯同时亮，这时，电导率∏显示窗与参数值显示窗改为显示内部代码值及其对应的代码，通过代码增按钮、代码值增按钮、代码值减按钮、参数快按钮可精确调整各个内部参数；任何情况下，按压参数保存按钮，所有参数得到保存；当系统出现不正常时，都可按压复位按钮，使机器重新热启动，以恢复正常操作；

(12)为了保证装置的信号处理与测量精度，对信号地XAGND1与核心模拟地AGND做了以下处理：采用直径2.5mm的优质铜芯导线作外接地线，使用5根导线对XAGND1分别连接信号发生模块、电导I模块、电导∏模块、温度I模块、温度∏模块，由于该导线的特性为9毫欧/米，当各模块最大电流为50mA时，导线最大长度0.15米，由此产生的地误差有0.0675mV，大大降低了地误差；对AGND的处理也使用外接地导线；系统的接地情况是，AGND与GND通过短路片相接，以主板上的XAGND1为中心通过磁珠连接AGND，该核心XAGND1通过3根地线分别连接机箱、电导I采样槽外壳、电导∏采样槽外壳，由机箱处引线接地，由于外接地线的电阻很小，从而保证电导I、电导∏两路信号的隔离与外部干扰的屏蔽。

本发明与现有技术相比有以下有益效果：

(1)测量精度高，采用精密机械继电器，其触点电阻很小，并通过采用对称补偿电线与千分之一精度电阻相结合的方法，很好地解决了自校准产生的电导校准表的精度问题；

温度测量精度高，采用了高精度四线制精密铂电阻作为传感器；

电源精度高，其第一级采用开关电源，第二级即转为模拟电源，部分电源还接有第三级模拟电源，使其具有较高的输入适应性与较高的输出精度；

(2)兼容性好，通过外部电极串接一定的电阻，即可保护放大器免受短路破坏，又能适应电极常数分别为10.0、1.0、0.1、0.01等的不同电极，除提供低周70Hz、高周1100Hz的传统激励频率外，还提供超高周10KHz、超超高周100KHz两种频率，装置对每种频率单独建表，启动或复位后自动调入该电导率表；

(3)功能多，通过电极常数的调整，可接各种标准与非标准的电导电极使用，有多路报警提示，可接记录装置或伺服电机放大器，有通讯隔离驱动模块，可与DCS或其它系统以CAN总线及相应协议进行通讯；

(4)双路独立工作，两路电导率都可根据其上下限报警信号接通或关断对应的开关电磁阀，还有一路用于人工切换测量/清洗状态时开关超声波清洗器对电极进行清洗；

(5)工作可靠性高，采用全面抗干扰技术，电导驱动电源采用OPA552放大器，具有自保护功能，电导检测输入级采用OPA627放大器，其它的放大器也都采用了高频低漂移精密放大器，从而保证了输入变送的精度；全部采用数字化技术进行设计，其参数设定改由按钮或触摸屏来调整，并保留在掉电保护RAM内；采用容错技术，故障只出现在本模块内，其它无故障部分照常工作，如通讯隔离驱动模块出现故障时，整机测量部分照常工作，而测量电极部分各路独立，并加有保护电路，某几路的故障不会影响到其它路；

(6)操作方便，内部监控由技术人员完成，外部操作由工人作定期调整即可，操作工人根据工艺条件、报警信号及记录曲线，及时调整两路电导率报警上、下限并对电极作定期清洗即可，液晶触摸屏上有汉字菜单提示，所有数据都可直观地增加或减小；

(7)自动化程度高，由于采用了内外对称补偿导线，由内校准产生的电导校准表具有很高的精度，以保证电导测量的准确性，电导电极采用双芯同轴电缆进行连接；

(8)智能化程度高，内部参数都有默认值，由技术人员在内部监控里调整即可，有多项报警功能，便于帮助判断故障的原因及所在的位置；

(9)本发明的电路板之间可用简单连接器或短电缆进行连接，制造、维护方便，造价低，采用大机箱，整机散热条件好，机箱全密封，可免除灰尘、湿气侵入，采用传统的高亮数码管、指示灯及轻触型按钮与现代的液晶触摸屏双联并用，外形美观，操作方便，体积小；

(10)防死机功能，本发明的系统程序凡是有循环并可能引起死机的地方，内部加计数器，超范围自动跳出，系统设计余量较大，可在220V±30％范围内正常工作。

附图说明

图1为本发明的电导率检测监控装置的外形结构示意图。

图2为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路结构示意图。

图3为本发明的电导率检测监控装置的显示板电路结构示意图。

图4为本发明的电导率检测监控装置的电源板电路结构示意图。

图5为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的第一在片系统电路、在片系统用电源电路、外扩RAM及电池保护电路、晶体振荡及复位电路的原理图。

图6为本发明的电导率检测监控装置的的主机板电路中的模拟信号限幅保护开关切换电路的原理图。

图7为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路、电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路、电流输出用模拟隔离电源电路的原理图、电源板接口的原理图。

图8为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的CAN总线隔离驱动电路的原理图。

图9为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路的原理图。

图10为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的电磁阀隔离输出控制电路的原理图。

图11为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的内部操作电路、显示板通讯接口电路、液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路。

图12为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的电导率检测控制接口的原理图。

图13为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的开关信号隔离电路、有源晶振与激励信号发生电路、精密电源电路的原理图。

图14为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的信号滤波驱动电路的原理图。

图15为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的电导I跳档变送电路、电导I检测接口、电导I交流转直流及隔离电路的原理图、1路电导测量与自校准切换电路的原理图。

图16为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的电导∏跳挡变送电路、电导∏检测接口、电导∏交流转直流及隔离电路、2路电导测量与自校准切换电路的原理图。

图17为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的标准电阻切换阵列电路的原理图。

图18为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的温度I变送隔离电路、温度I检测接口的原理图。

图19为本发明的电导率检测监控装置的主机板电路中的温度∏变送隔离电路、温度∏检测接口的原理图。

图20为本发明的检测报警装置的显示板电路中的显示板与主机板接口、第二在片系统电路、显示电源滤波电路、数码管与操作按钮及指示灯操控电路。

图21为本发明的电导率检测监控装置的显示板电路中的数码管与操作按钮和指示灯操控电路的原理图。

图22为本发明的电导率检测监控装置的电源板电路原理图。

图23为本发明的电导率检测监控装置的第一在片系统的主程序框图。

图24为本发明的电导率检测监控装置的第一在片系统的0.1秒中断处理的流程示意图。

图25为本发明的电导率检测监控装置的第一在片系统的数据中断处理子程序框图。

图26为本发明的电导率检测监控装置的第一在片系统的监控处理子程序框图。

图27为本发明的电导率检测监控装置的CAN接收中断处理的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式作进一步的详细说明，但是本发明并不仅限于此。

如图1所示，本发明实施例的装置采用一个尺寸为240×433×438mm的机壳，在机壳内安装液晶触摸屏、显示板、主机板、电源板、开关电源模块、隔离变压器、连接电缆及电源输入插座，大功率稳压器由引线引出，并以绝缘材料隔离安装在散热片上，再固定在机箱后部。

由计算机自动布线制主机板电路：

如图5所示，本发明所述第一在片系统电路39由集成电路U5和UK1、连接器J1、电阻R3和RK1和R6、电容C6～C24和电容CK1共同电气连接构成；在片系统用电源电路40由稳压器U1和U4、连接器JP1、二极管D1～D6、发光二极管LP1、发光二极管LP2、电阻R1、电阻R2、电容C1～C5和锂电池BTI共同电气连接构成；外扩RAM及电池保护电路46由集成芯片U2与U3共同电气连接构成；晶体振荡及复位电路47由晶振U7、电阻R4、电阻R5、电容C25～C28和复位按钮U6共同电气连接构成；如图6所示，模拟信号限幅保护开关切换电路41由放大器U8～U10、稳压芯片U11、高速电子继电器U12、限幅保护芯片U13、电阻RX1～RX15、电容CX1～CX11、发光二极管L1共同电气连接构成；如图7所示，CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路43由DC/DC电源模块U14、电阻R7、电容C29，电容C30和电感L2～L4共同电气连接构成；电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路51由DC/DC电源模块U15、电阻R8、电容C31、电容C32、电感L5～L7和保险丝F1共同电气连接构成；电流输出用模拟隔离电源电路44由稳压芯片U16、稳压芯片U17、DC/DC电源模块U18、二极管D7、二极管D8、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R9～R18、电容C33～C39和电感L8～L11共同电气连接构成；如图8所示，CAN总线隔离驱动电路42由集成电路U19、高速光耦U20、高速光耦U21、电阻R19～R25、电容C40～C46和连接器CAN1共同电气连接构成；如图9所示，模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路45由放大器U22、光耦U23、放大器U24、三极管N1、电阻R26～R32、电容C47、电容C48和连接器OPH1共同电气连接构成；如图10所示，电磁阀隔离输出控制电路52由光耦U25、光耦U26、电阻RX16、电阻R33～R37和电容C49共同电气连接构成；如图11所示，内部操作电路48由拨码开关NBJ1和电阻R42共同电气连接构成；显示板通讯接口50由连接器P2、电阻R40、电阻R41和电容C50共同电气连接构成；液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路49由连接器P3、电阻R38和电阻R39共同电气连接构成；电源板接口53由连接器P1组成；如图12所示，电导率检测控制接口54由连接器P4、连接器P5、连接器J2、电容C51和电容C52共同电气连接组成；如图13所示，开关信号隔离电路55由高速光耦U27～U30、电阻R43～R47和电容C53～C56共同电气连接构成；有源晶振与激励信号发生电路57由有源晶振Y1、信号发生器U31、电阻R48～R52、电阻RL3、磁珠RL1和RL2、电容C58和电容C59共同电气连接构成；精密电源电路56由稳压器U32、二极管D9、电容C57、电容C60～C62和短路器CB1共同电气连接构成；如图14所示，信号滤波驱动电路58由放大器U33或备UB3与U34、电阻R53～R57、电容C64～C74、电感L12、电感L13和短路器CB2共同电气连接构成；如图15所示，电导I跳档变送电路61由继电器U35～U39、三极管N2～N6、电阻R58～R70、电阻R72、电阻R73、电阻RA1、二极管D10～D14、放大器U4或备UB1、放大器U43、电容CA1、电容CA2和电容C75～C78共同电气连接构成；电导I检测接口62由连接器ADIANDAO1组成；电导I交流转直流及隔离电路63由放大器U40或备UB1、集成电路U41、光耦U42、电阻R71、电阻R74～R76和电容C79～C85共同电气连接构成；如图16所示，电导∏跳挡变送电路64由继电器U45～U49、三极管N8～N12、电阻R78～R90、电阻R92～R93、电阻RB1、二极管D16～D20、放大器U50或备UB2、放大器U53、电容CB3、电容CB4和电容C86～C90共同电气连接构成；电导∏检测接口65由连接器BJ1组成；电导∏交流转直流及隔离电路66由放大器U50或备UB2、集成电路U51、光耦U52、电阻R91、电阻R94～R96和电容C91～C96共同电气连接构成；电导测量与自校准切换电路59由继电器U44、继电器U54、三极管N7、三极管N13、电阻R77、电阻R97、二极管D15、二极管D21、连接器ADIANDAOBO1、连接器ADIANDAOBI1、连接器BDIANDAOBO1和连接器BDIANDAOBI1共同电气连接构成，其中，连接器ADIANDAOBO1、连接器ADIANDAOBI1见图15；如图17所示，标准电阻切换阵列电路60由继电器UMD1～UMD5、继电器UUP1～UUP5、继电器U55、三极管N14、三极管N16、电阻RA2～RA23、电阻RB2～RB23、电阻R98～R102、二极管D22～D24和放大器U33或备UB3共同电气连接构成；如图18所示，温度I变送隔离电路70由恒流管U56、放大器U57、光耦U58、电阻R103～R113和电容C97～C100共同电气连接构成；温度I检测接口69由连接器JPTAX1组成；如图19所示，温度∏变送隔离电路68由恒流管U59、放大器U60、光耦U61、电阻R114～R124和电容C101～C104共同电气连接构成；温度∏检测接口67由连接器JPTBX1组成；

其中，U5可选C8051F060，U2可选74HC573，U3可选62LV1024/2568，U1、U4、U11、U32可选AS1117系列，UK1可选K9F1208，U8、U10可选TLV2454，U9、U57、U60可选TLE2024，U13可选TL7726，U12可选DG403，U14、U15可选IA2405；U18可选IA2415KS，U16可选LM317T；U17可选LM337T，U20、U21、U27～U30可选6N137，U19可选TJA1040；光电隔离器U23、U42、U52、U58、U61可选TLP521-2系列，光电隔离器U25、U26可选TLP521-4系列，U22、U24可选TLE2022，U31可选AD9850系列，三极管N1可选50毫安25伏NPN系列，U33、UB3、U40、UB1、U50、UB2可选MC33274系列，U43、U53可选OPA627，U41、U51可选AD536，N2～N16可选S9013，U56、U59可选3CR系列。

由计算机自动布线制显示板：

如图20所示，显示板与主机板接口71由连接器P6、按钮RESET1、电阻R125、电阻R128～R129和电容CD1共同电气连接构成；第二在片系统72由集成芯片U62、连接器J3、电阻R126和电阻R127共同电气连接构成；显示电源滤波电路73由稳压器U63和电容CD2～CD8共同电气连接构成；数码管与操作按钮及指示灯操控电路74由集成片U64、集成片U65、集成片UB4、连接器PP1、连接器PP2、电阻R130～R154、电阻RB24～RB32、数码管L35～L37、指示灯L14～L34和按钮S1～S12共同电气连接构成；

其中，UB4、U64、U65可选CH451系列，U62可选C8051F330系列，U63可选AS1117系列，L35～L37可选LN3561AS。

由计算机自动布线制电源板：

如图22所示，电源板与主机板接口75由连接器P7组成；主板用数字电源电路76由集成模块U69、滤波器U70、电阻R155、电容C105和电容C106共同电气连接构成；主板用模拟电源电路77由稳压芯片U71、滤波器U72、DC/DC电源模块U73、稳压芯片U74、滤波器U75、二极管D25、二极管D26、发光二极管LED3、发光二极管LED4、电阻R157～R166、电容C107～C115和电感L38共同电气连接构成；电导用隔离模拟电源电路79由DC/DC电源模块U76、稳压芯片U77、稳压芯片U78、二极管D27、二极管D28、发光二极管LED5、发光二极管LED6、电阻R167～R176、电容C116～C124和电感L39～L41共同电气连接构成；电导用隔离数字电源电路78由集成模块U79、电阻R177、电容C125、电容C126和电感L42～L44共同电气连接构成；主板用总开关电源AC/DC接口80由外接开关电源组成；；固态继电器电路81由U66～U68组成；电磁阀接口82由连接器QXCTLM1组成；隔离变压器83由外接引入；交流220V输入84由外置的滤波保险开关集成模块引入电源，输出端与连接器AC1～AC3相连接；

其中，U70、U72、U75可选TY110P，U69、U79可选IKA2405，U73、U76可选IKA2415，U66～U68可选GTJT0，U71、U77可选LM317，U74、U78可选LM337。

如图23所示，本发明的装置的第一在片系统的主程序的流程为：复位开机后，先对CPU端口引脚初始化并置某些参数的初始值，然后根据拨码开关调入隐含参数或记忆参数，再根据拨码开关与激励频率标记把隐含电导表或记忆电导表调入工作区；主程序不断循环运行，除电导跳档与内校准电导表有停顿延时外，循环时间小于0.1秒；CAN信息的发送设置环形缓冲区，每个循环发送一个信息；开机后液晶触摸屏进入主画面，主画面设有电导率I、电导率∏、浓度I、浓度∏、温度I、温度∏、报警显示窗，两路电导率还分别设有测量/清洗切换按钮，清洗时信号保持不变；设置阀位手动/自动切换按钮，自动时，由系统根据上下限报警设置控制阀位I、阀位∏的开/关，手动时，由触摸屏按钮控制阀位的开/关；主画面上另设有全画面、电导表校准、浓度表校准、记录曲线四个按钮，用于切换到相应画面，而底层画面都设有返回按钮可切换到主画面；而电导表建立、电导表保存、监控按钮扫描、电容计算等都在主循环内处理，符合条件即处理。

如图25所示，本发明的装置的第一在片系统的数据中断处理子程序流程为：系统分别设置发送缓存区与接收缓冲区，并分别设置头指针与尾指针，当其头指针不等于尾指针时，即发送或接收一个字节数据，直至头指针等于尾指针为止；外部数据通过编码形式与两个缓冲区交换数据并修改相应的指针。

如图26所示，本发明的装置的第一在片系统的监控处理子程序的流程为：进入监控后，首先处理输入信号，即开关量与模拟量采样，开关量包括主板、显示板、触摸屏上的开关信号，模拟量包括电导率I、电导率∏、温度I、温度∏，系统相应进行信号采样、滤波、标度变换、物理量求值几个过程；当单触发有效后，当前测量档位重校零，即完成相应电导表上四个标准电导的相应电压的测量过程，并通过频率微变法求出电容值，然后根据上面介绍的方法求出其相应的浓度与电导率等；如果内部监控有效，那么，根据其代码调整其对应的代码值，代码、代码值的调整可在显示板上或液晶触摸屏上作调整；再次输入显示板开关，主要处理外部参数切换与外部参数调整，之后是数据限幅并更新显示板，再返回。

本发明的实施例的装置的技术指标及参数如下：(1)输入电压：AC220V±30％，50Hz；(2)平均功率：30W；(3)电导率检测范围：0.01μS～200mS；(4)液体温度：0～100.0℃(可显示-256～460℃)；(5)控制方式：自动或手动；(6)电导率在线检测点精度：≤0.5％(大范围内)；(7)跳档最大检测滞后时间：≤10秒。

本发明在使用时，先接交流220V电压、外部连接开关电源、电导电极(附有铂温度传感器)、电磁阀执行机构，检测时的具体工作步骤为：(1)开启电源；(2)调内部监控参数；(3)恢复正常功能。之后操作工人可根据工艺条件、报警信号及记录曲线，及时调整电导率上下限报警值即可，并定期对电导电极进行清洗和调零校准。

初次使用整机校准：将拨码开关置到监控(或液晶触摸屏同时开4个锁)，拨码到原定标准参数位，以让第一在片系统把原定标准参数送到掉电保护RAM里；然后拨回码到用户参数调整位才可精密调整内部参数，打开锁I按钮、锁∏按钮使其对应的指示灯亮，按压代码增按钮到自动计算电容间隔时间位，按压代码值增按钮、代码值快按钮、代码值减按钮以调整计算电容间隔时间，其代码、代码值暂时显示在电导率∏显示窗、参数值显示窗，同理，可调激励频率、电容值I、电容值∏、电导常数、温度补偿系数I、电导调零I、电导毫伏I、温度调零I、报警下限I、报警上限I、温度零点I、温度斜率I、电导常数∏、温度补偿系数∏、电导调零∏、温度调零∏、报警下限∏、报警上限∏、电导毫伏∏、温度零点∏、∏路温度斜率、浓度零点电导率I、浓度与电导率比率I、浓度ppm值I、浓度零点电导率∏、浓度与电导率比率∏、浓度ppm值∏、浓度I上限报警值、浓度I下限报警值、浓度∏上限报警值、浓度∏下限报警值、I路修正零点、I路修正斜率、∏路修正零点、∏路修正斜率、I路线电阻、∏路线电阻、内部自校准锁、电容计算锁、电导率修改锁、电导滤波开关、I/∏路串电阻开关、I路电极保护电阻、∏路电极保护电阻、I/∏路温度锁、内电导率保存锁；上面的监控参数设置在液晶触摸屏上操作更加方便直观；电极常数的调整需要标准KCL缓冲液，温度值调整需要温度计；拨码开关置到正常位(或关闭液晶触摸屏上的4个锁)，恢复正常功能，到此，整机调校完毕，按压参数保存按钮后所有参数得到保存；外部操作由工人作定期的、适当的调整即可。

使用本发明的装置用于糖厂微糖分的在线检测，具体实施方式包括以下步骤：

(1)内电导校准表的建立：本发明的装置通过对称导线的其中一边连接到标准电阻切换阵列开关电路，当内校准允许后，按压触摸屏上的内校准按钮，装置受控完成内部各标准电阻点的电压测量过程，I路、∏路各标准电导值处对应的电压值被分别记录在VAJIAOZHUN[I][J][K]矩阵和VAJIAOZHUN[I][J][K]矩阵内，其中，I为行坐标，即测量档位1、2、3、4、5，J为纵坐标，即校准点位置1、2、3、4，K为激励频率标记0、1、2、3，0对应70Hz，1对应1.1KHz，2对应10KHz，3对应100KHz；表2为本发明的实施例建立的内电导校准表：

表2本发明的实施例建立的内电导校准表

(2)自校准数据分别进入当前工作区内，即

VABIAOZHUN[I][J][K]＝VAJIAOZHUN[I][J][K]和

VBBIAOZHUN[I][J][K]＝VBJIAOZHUN[I][J][K]；

按压触摸屏上的参数保存按钮，VABIAOZHUN[I][J][K]和VBBIAOZHUN[I][J][K]被保存到装置的掉电保护RAM内，以备下次开机时再调入工作区；

(3)装置测出当前电导电压后，该电压经步骤(1)建立的内电导校准表查表插值后求出电导值，如果超量程则装置自动跳档；

(4)待跳档完成，装置稳定后测出电导值为有效总电导S1；

S1为电极有效总电导，R1为电极总电阻，R2为电导池端电阻，R3为电极导线电阻，R4为电极串电阻，S2为电导池端电导，经如下运算得到S2：

R1＝1.0/S1；R2＝R1-(R3+R4)×0.000001；S2＝1.0/R2；

单位：R1、R2为兆欧，R3、R4为欧，S1、S2为微西门子；

(5)装置进行电容补偿并计算标准电导率：以溶液两端电阻与电容并联为基础，通过激励频率微变的办法求出该电容，并进行电容补偿，计算标准电导率，具体步骤为：

上、下各取两个频率f1、f1，并分别求出端电导值yp1、yp2；

电容 $C=\sqrt[2]{\frac{\frac{\mathrm{yp}1*\mathrm{yp}1-\mathrm{yp}2*\mathrm{yp}2}{f1+f2}}{f1-f2}}/(2*\mathrm{\π})$

纯电导 $S3=\sqrt[2]{\mathrm{yp}1*\mathrm{yp}1-{(2*\mathrm{\π}*f1*c)}^2}$

非标准电导率S4＝S3×电极常数K1；

标准电导率S5＝S4/(1+温度补偿系数K2×(温度-25))+E10；

其中，E10为调零值；

(6)在线测量溶液浓度：首先，配制一系列标准浓度的溶液，分别测出该浓度下的对应标准电导率并建立浓度与标准电导率关系表；其次，测量被测溶液的标准电导率，再根据浓度与标准电导率关系表并线性插值即可得到待测溶液的溶液浓度；表3为本发明的实施例的实测标准溶液浓度与标准电导率的关系表：

表3溶液浓度与标准电导率关系表

(7)当外接标准电阻阵列用于修正及判错时，首先按压测量点并接入对应的电阻，实测mV数通过点读的方法进入校准表，如果该mV数与隐含参数相差较大，则硬件有故障。

Claims (10)

1.一种带对称导线自补偿的双路电导率检测监控装置，包括显示装置和内置电路板，其特征在于，所述显示装置包括液晶触摸屏(1)、电导率I显示窗(2)、电导率∏显示窗(3)、参数值显示窗(4)、操作按钮和指示灯；所述内置电路板包括主机板、显示板和电源板；所述主机板分别与显示板和电源板通过简单连接器或短电缆相电气连接；所述液晶触摸屏(1)通过短电缆与主机相应点连接，进行数据通讯，电导率I显示窗(2)、电导率∏显示窗(3)、参数值显示窗(4)、操作按钮和指示灯固定在显示板上，并通过显示板上的第二在片系统(72)进行按钮扫描并编码、数码管及指示灯刷新，第二在片系统(72)通过简单连接器或短电缆与主机板相应点电气连接，其中复位按钮(18)通过复位信号电缆线与主机板相应点连接；

所述主机板的电路由第一在片系统电路(39)、在片系统用电源电路(40)、模拟信号限幅保护开关切换电路(41)、CAN总线隔离驱动电路(42)、CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路(43)、电流输出用模拟隔离电源电路(44)、模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路(45)、外扩RAM及电池保护电路(46)、晶体振荡及复位电路(47)、内部操作电路(48)、液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路(49)、显示板通讯接口电路(50)、电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路(51)、电磁阀隔离输出控制电路(52)、电源板接口(53)、电导率检测控制接口(54)、开关信号隔离电路(55)、精密电源电路(56)、有源晶振与激励信号发生电路(57)、信号滤波驱动电路(58)、电导测量与自校准切换电路(59)、标准电阻切换阵列电路(60)、电导I跳档变送电路(61)、电导I检测接口(62)、电导I交流转直流及隔离电路(63)、电导∏跳挡变送电路(64)、电导∏检测接口(65)、电导∏交流转直流及隔离电路(66)、温度∏检测接口(67)、温度∏变送隔离电路(68)、温度I检测接口(69)及温度I变送隔离电路(70)共同电气连接组成；

所述显示板的电路由显示板与主机板接口(71)、第二在片系统电路(72)、显示电源滤波电路(73)、数码管与操作按钮和指示灯操控电路(74)共同电气连接组成；

所述电源板的电路由电源板与主机板接口(75)、主板用数字电源电路(76)、主板用模拟电源电路(77)、电导用隔离数字电源电路(78)、电导用隔离模拟电源电路(79)、主板用总开关电源AC/DC接口(80)、固态继电器电路(81)、电磁阀接口(82)、隔离变压器(83)、交流220V输入(84)共同电气连接组成。

2.根据权利要求1所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述第一在片系统电路(39)由集成电路U5和UK1、连接器J1、电阻R3和RK1和R6、电容C6～C24和电容CK1共同电气连接构成；在片系统用电源电路(40)由稳压器U1和U4、连接器JP1、二极管D1～D6、发光二极管LP1、发光二极管LP2、电阻R1、电阻R2、电容C1～C5和锂电池BTI共同电气连接构成；外扩RAM及电池保护电路(46)由集成芯片U2与U3共同电气连接构成；晶体振荡及复位电路(47)由晶振U7、电阻R4、电阻R5、电容C25～C28和复位按钮U6共同电气连接构成；模拟信号限幅保护开关切换电路(41)由放大器U8～U10、稳压芯片U11、高速电子继电器U12、限幅保护芯片U13、电阻RX1～RX15、电容CX1～CX11、发光二极管L1共同电气连接构成；CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路(43)由DC/DC电源模块U14、电阻R7、电容C29，电容C30和电感L2～L4共同电气连接构成；电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路(51)由DC/DC电源模块U15、电阻R8、电容C31、电容C32、电感L5～L7和保险丝F1共同电气连接构成；电流输出用模拟隔离电源电路(44)由稳压芯片U16、稳压芯片U17、DC/DC电源模块U18、二极管D7、二极管D8、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R9～R18、电容C33～C39和电感L8～L11共同电气连接构成；电源板接口(53)由连接器P1组成；CAN总线隔离驱动电路(42)由集成电路U19、高速光耦U20、高速光耦U21、电阻R19～R25、电容C40～C46和连接器CAN1共同电气连接构成；模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路(45)由放大器U22、光耦U23、放大器U24、三极管N1、电阻R26～R32、电容C47、电容C48和连接器OPH1共同电气连接构成；电磁阀隔离输出控制电路(52)由光耦U25、光耦U26、电阻RX16、电阻R33～R37和电容C49共同电气连接构成；内部操作电路(48)由拨码开关NBJ1和电阻R42共同电气连接构成；显示板通讯接口(50)由连接器P2、电阻R40、电阻R41和电容C50共同电气连接构成；液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路(49)由连接器P3、电阻R38和电阻R39共同电气连接构成；电导率检测控制接口(54)由连接器P4、连接器P5、连接器J2、电容C51和电容C52共同电气连接组成；开关信号隔离电路(55)由高速光耦U27～U30、电阻R43～R47和电容C53～C56共同电气连接构成；有源晶振与激励信号发生电路(57)由有源晶振Y1、信号发生器U31、电阻R48～R52、电阻RL3、磁珠RL1和RL2、电容C58和电容C59共同电气连接构成；精密电源电路(56)由稳压器U32、二极管D9、电容C57、电容C60～C62和短路器CB1共同电气连接构成；信号滤波驱动电路(58)由放大器U33或备UB3与U34、电阻R53～R57、电容C64～C74、电感L12、电感L13和短路器CB2共同电气连接构成；电导I跳档变送电路(61)由继电器U35～U39、三极管N2～N6、电阻R58～R70、电阻R72、电阻R73、电阻RA1、二极管D10～D14、放大器U4或备UB1、放大器U43、电容CA1、电容CA2和电容C75～C78共同电气连接构成；电导I检测接口(62)由连接器ADIANDAO1组成；电导I交流转直流及隔离电路(63)由放大器U40或备UB1、集成电路U41、光耦U42、电阻R71、电阻R74～R76和电容C79～C85共同电气连接构成；电导∏跳挡变送电路(64)由继电器U45～U49、三极管N8～N12、电阻R78～R90、电阻R92～R93、电阻RB1、二极管D16～D20、放大器U50或备UB2、放大器U53、电容CB3、电容CB4和电容C86～C90共同电气连接构成；电导∏检测接口(65)由连接器BJ1组成；电导∏交流转直流及隔离电路(66)由放大器U50或备UB2、集成电路U51、光耦U52、电阻R91、电阻R94～R96和电容C91～C96共同电气连接构成；电导测量与自校准切换电路(59)由继电器U44、继电器U54、三极管N7、三极管N13、电阻R77、电阻R97、二极管D15、二极管D21、连接器ADIANDAOBO1、连接器ADIANDAOBI1、连接器BDIANDAOBO1和连接器BDIANDAOBI1共同电气连接构成；标准电阻切换阵列电路(60)由继电器UMD1～UMD5、继电器UUP1～UUP5、继电器U55、三极管N14、三极管N16、电阻RA2～RA23、电阻RB2～RB23、电阻R98～R102、二极管D22～D24和放大器U33或备UB3共同电气连接构成；温度I变送隔离电路(70)由恒流管U56、放大器U57、光耦U58、电阻R103～R113和电容C97～C100共同电气连接构成；温度I检测接口(69)由连接器JPTAX1组成；温度∏变送隔离电路(68)由恒流管U59、放大器U60、光耦U61、电阻R114～R124和电容C101～C104共同电气连接构成；温度∏检测接口(67)由连接器JPTBX1组成。

3.根据权利要求1或2所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述显示板与主机板接口(71)由连接器P6、按钮RESET1、电阻R125、电阻R128～R129和电容CD1共同电气连接构成；第二在片系统(72)由集成芯片U62、连接器J3、电阻R126和电阻R127共同电气连接构成；显示电源滤波电路(73)由稳压器U63和电容CD2～CD8共同电气连接构成；数码管与操作按钮及指示灯操控电路(74)由集成片U64、集成片U65、集成片UB4、连接器PP1、连接器PP2、电阻R130～R154、电阻RB24～RB32、数码管L35～L37、指示灯L14～L34和按钮S1～S12共同电气连接构成。

4.根据权利要求1或2所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述电源板与主机板接口(75)由连接器P7组成；主板用数字电源电路(76)由集成模块U69、滤波器U70、电阻R155、电容C105和电容C106共同电气连接构成；主板用模拟电源电路(77)由稳压芯片U71、滤波器U72、DC/DC电源模块U73、稳压芯片U74、滤波器U75、二极管D25、二极管D26、发光二极管LED3、发光二极管LED4、电阻R157～R166、电容C107～C115和电感L38共同电气连接构成；电导用隔离模拟电源电路(79)由DC/DC电源模块U76、稳压芯片U77、稳压芯片U78、二极管D27、二极管D28、发光二极管LED5、发光二极管LED6、电阻R167～R176、电容C116～C124和电感L39～L41共同电气连接构成；电导用隔离数字电源电路(78)由集成模块U79、电阻R177、电容C125、电容C126和电感L42～L44共同电气连接构成；主板用总开关电源AC/DC接口(80)由外接开关电源组成；；固态继电器电路(81)由U66～U68组成；电磁阀接口(82)由连接器QXCTLM1组成；隔离变压器(83)由外接引入；交流220V输入(84)由外置的滤波保险开关集成模块引入电源，输出端与连接器AC1～AC3相连接。

5.根据权利要求2所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述主机板还通过电导率检测控制接口(54)分别为开关信号隔离电路(55)、精密电源电路(56)、信号滤波驱动电路(58)、电导测量与自校准切换电路(59)、标准电阻切换阵列电路(60)、电导I跳档变送电路(61)、电导I交流转直流及隔离电路(62)、电导∏跳挡变送电路(63)、电导∏交流转直流及隔离电路(66)、温度∏变送隔离电路(68)及温度I变送隔离电路(70)提供模拟隔离电源与数字隔离电源；所述精密电源电路(56)通过电源线与有源晶振与激励信号发生电路(57)相应点连接；所述电导率检测控制接口(54)通过开关线分别与开关信号隔离电路(55)、电导测量与自校准切换电路(59)、标准电阻切换阵列电路(60)、电导I跳档变送电路(61)及电导∏跳挡变送电路(64)相应点连接；所述电导率检测控制接口(54)通过模拟线分别与电导I交流转直流及隔离电路(63)、电导∏交流转直流及隔离电路(66)、温度∏变送隔离电路(68)及温度I变送隔离电路(70)相应点连接；所述有源晶振与激励信号发生电路(57)通过开关线与开关信号隔离电路(55)相应点连接，通过模拟线与信号滤波驱动电路(58)相应点连接；所述电导I跳档变送电路(61)通过模拟线分别与电导测量与自校准切换电路(59)、标准电阻切换阵列电路(60)、电导I检测接口(62)、电导I交流转直流及隔离电路(63)相应点连接；所述电导∏跳档变送电路(64)通过模拟线分别与电导测量与自校准切换电路(59)、标准电阻切换阵列电路(60)、电导∏检测接口(65)、电导∏交流转直流及隔离电路(66)相应点相连接；所述温度∏变送隔离电路(68)通过模拟线与温度∏检测接口(67)相应点连接；所述温度I变送隔离电路(70)通过模拟线与温度I检测接口(69)相应点连接；所述电导I检测接口(62)和电导∏检测接口(65)分别通过双芯同轴电缆与外部电导电极连接；所述温度I检测接口(69)和温度∏检测接口(67)分别通过电缆与外部四线制精密铂电阻传感器连接。

6.根据权利要求5所述的电导率检测监控装置，其特征在于，电源板与主机板的连接方式为：电源板与主机板接口(75)外部与主机板上的电源板接口(53)连接；电源板内部经电源线分别与主板用数字电源电路(76)、主板用模拟电源电路(77)、电导用隔离数字电源电路(78)电导用隔离模拟电源电路(79)、主板用总开关电源AC/DC接口(80)相应点连接；所述主板用总开关电源AC/DC接口(80)使用外接的开关电源，开关电源的输入端与外接隔离变压器(83)连接，输出端分别连接到电源板与主机板接口(75)、主板用数字电源电路(76)、主板用模拟电源电路(77)、电导用隔离数字电源电路(78)、电导用隔离模拟电源电路(79)上；所述外接隔离变压器(83)通过电源线分别与交流220V输入(84)和固态继电器电路(81)相应点连接；所述交流220V输入(84)外接AC220V电源，所述固态继电器电路(81)通过开关线与电源板与主机板接口(75)相应点连接，并通过电源线与电磁阀接口(82)相应点连接；所述电磁阀接口(82)通过电缆外接电磁阀。

7.根据权利要求6所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述主机板的电路中，电源板接口(53)的输入端与电磁阀隔离输出控制电路(52)对应点相连接，电源板接口(53)的五个输出端分别与在片系统用电源电路(40)、CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路(43)、电流输出用模拟隔离电源DC/DC及滤波器电路(44)、电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路(51)、电导率检测控制接口(54)各自对应点相连接，为主机板分别提供各自的模拟隔离电源和数字隔离电源；其中，主机板上的模拟隔离电源、数字隔离电源由电源板接口(53)提供，模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路(45)使用的模拟隔离电源由电流输出用模拟隔离电源DC/DC及滤波器电路(44)提供，液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路(49)单独由外接开关电源提供，显示板通讯接口电路(50)使用的数字电隔离源由电源板接口(53)提供，CAN总线隔离驱动电路(42)使用的数字隔离电源由CAN总线用隔离电源DC/DC及滤波器电路(43)提供，电磁阀隔离输出控制电路(52)使用的电源由电磁阀用隔离电源DC/DC及滤波器电路(51)提供；

所述第一在片系统(39)通过数据通讯线分别与CAN总线隔离驱动电路(42)、液晶触摸屏输入/输出通讯接口电路(49)、显示板通讯接口电路(50)相应点连接；所述第一在片系统(39)通过模拟信号线分别与模拟信号限幅保护开关切换电路(41)、模拟量隔离输出/电流变换/驱动电路(45)相连接；所述第一在片系统(39)通过开关信号线分别与内部操作电路(48)、电磁阀隔离输出控制电路(52)、电导率检测控制接口(54)连接；所述第一在片系统(39)通过数据线与外扩RAM及电池保护电路连接(46)，通过晶振线和复位线与晶体振荡及复位电路(47)连接；在片系统用电源电路(40)分别通过模拟电源线和数字电源线与第一在片系统(39)和模拟信号限幅保护开关切换电路(41)相应点连接，为系统核心提供优质的模拟电源与数字电源。

8.根据权利要求7所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述显示板的电路中，显示电源滤波电路(73)经显示板与主机板接口(71)和主机板连接，并经主机板上的电源板接口(53)与电源板连接取得电源，并给第二在片系统(72)、数码管与指示灯及按钮操控电路(74)供电；第二在片系统(72)经显示板与主机板接口(71)和主机板通讯交换数据，并和数码管与操作按钮及指示灯操控电路(74)通过内部同步串行线相连接，对按钮进行扫描并编码、将输出数据用于刷新数码管与指示灯。

9.根据权利要求8之一所述的电导率检测监控装置，其特征在于，所述操作按钮包括设置按钮(13)、参数增按钮(14)、参数快按钮(15)、参数减按钮(16)、复位按钮(18)、代码增按钮(19)、代码值增按钮(20)、代码值减按钮(21)、参数保存按钮(22)、单触发按钮(23)、锁I按钮(24)、锁∏按钮(25)和内校准按钮(32)，所述指示灯包括校准I指示灯(5)、校准∏指示灯(6)、温度I指示灯(7)、温度∏指示灯(8)、系数∏指示灯(9)、系数I指示灯(10)、常数∏指示灯(11)、常数I指示灯(12)、参数快指示灯(17)、保存指示灯(26)、单次测量指示灯(27)、锁I指示灯(28)、锁∏指示灯(29)、跟踪测量指示灯(30)、内校准指示灯(31)、报警I指示灯(38)、报警∏指示灯(35)、μS1指示灯(36)、μS2指示灯(33)、mS1指示灯(37)和mS2指示灯(34)。

10.权利要求1～9之一所述的电导率检测监控装置用于电导率检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)内电导校准表的建立：权利要求1所述的装置通过对称导线的其中一边连接到标准电阻切换阵列开关电路，装置受控完成内部各标准电阻点的电压测量过程，I路、∏路各标准电导值处对应的电压值被分别记录在VAJIAOZHUN[I][J][K]矩阵和VAJIAOZHUN[I][J][K]矩阵内，其中，I为行坐标，即测量档位1、2、3、4、5，J为纵坐标，即校准点位置1、2、3、4，K为激励频率标记0、1、2、3，0对应70Hz，1对应1.1KHz，2对应10KHz，3对应100KHz；建立内电导校准表；

(2)自校准数据分别进入当前工作区内，即

VABIAOZHUN[I][J][K]＝VAJIAOZHUN[I][J][K]和

VBBIAOZHUN[I][J][K]＝VBJIAOZHUN[I][J][K]；

VABIAOZHUN[I][J][K]和VBBIAOZHUN[I][J][K]被保存到装置的掉电保护RAM内，以备下次开机时再调入工作区；

(3)装置测出当前电导电压后，该电压经步骤(1)建立的内电导校准表查表，并线性插值后求出电导值，如果超量程则装置自动跳档；

(4)待跳档完成，装置稳定后所测出的电导值为有效总电导S1；

S1为电极有效总电导，R1为电极总电阻，R2为电导池端电阻，R3为电极导线电阻，R4为电极串电阻，S2为电导池端电导，经如下计算得到S2：

R1＝1.0/S1；R2＝R1-(R3+R4)×0.000001；S2＝1.0/R2；

单位：R1、R2为兆欧，R3、R4为欧，S1、S2为微西门子；

(5)装置进行电容补偿并计算标准电导率：以溶液两端电阻与电容并联为基础，通过激励频率微变的办法求出该电容，并进行电容补偿，计算标准电导率，具体步骤为：

上、下各取两个频率f1、f1，并分别求出端电导值yp1、yp2；

电容 $C=\sqrt[2]{\frac{\frac{\mathrm{yp}1*\mathrm{yp}1-\mathrm{yp}2*\mathrm{yp}2}{f1+f2}}{f1-f2}}/(2*\mathrm{\π})$

纯电导 $S3=\sqrt[2]{\mathrm{yp}1*\mathrm{yp}1-{(2*\mathrm{\π}*f1*c)}^2}$

非标准电导率S4＝S3×电极常数K1；

标准电导率S5＝S4/(1+温度补偿系数K2×(温度-25))+E10；

其中，E10为调零值；

(6)在线测量溶液浓度：首先，配制一系列标准浓度的溶液，分别测出标准浓度下的对应标准电导率并建立溶液浓度与标准电导率关系表；其次，测量被测溶液的标准电导率，再根据溶液浓度与标准电导率关系表并线性插值即可得到待测溶液的溶液浓度。

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