CN2669202Y

CN2669202Y - 电导率脉冲测量装置

Info

Publication number: CN2669202Y
Application number: CNU2003201137916U
Authority: CN
Inventors: 辉曹; 曹辉; 樊晓兵; 霍罡
Original assignee: College of Biochemical Engineering of Beijing Union University
Current assignee: College of Biochemical Engineering of Beijing Union University
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2013-12-31

Abstract

本实用新型公开了一种电导率脉冲测量装置。它包括一个单片机，两个双刀单掷的模拟电子开关，一个运算放大器和一个电导电极等。单片机的两个I/O口分别接两个模拟电子开关的控制端，向其输出脉冲信号，以控制开关的通、断；两个模拟电子开关中的一个为正向开关，另一个为反向开关，它们交错接通。正向开关接通时，电导电极的(A)端与基准电压相通，电导电极的(B)端与运算放大器的反向输入端相通；反向开关接通时，电导电极的(B)端与基准电压相通，电导电极的(A)端与运算放大器的反向输入端相通。该脉冲测量装置可以有效避免交流电信号引起的线路容抗对测量结果的影响，减小测量的系统误差。其电路结构简单，使用方便，制造成本低。

Description

电导率脉冲测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电导率测量装置，特别涉及一种利用脉冲电压来实现电导率测量的测量装置，属于测试仪器技术领域。

背景技术

电导率测量仪是一种广泛应用于制药、化工、冶金、电力等行业，对生产过程中的水质进行分析的测量仪表，由传感器(即电导电极)和检测仪表构成。目前常用的电导率测量仪基本上都是采用交流电测量的方法。这是因为电导电极是用金属制作，如果采用直流电进行测量，溶液中的离子会对电极产生极化和电解作用，长期使用会导致电极损坏。但采用交流电来测量电导率也会带来新的问题。众所周知，交流电会在电导电极的极板和延长导线上产生相应的容抗，容抗的大小除了与交流电的频率有关之外，还与线路的长度有关，且并不是一个完全固定的数值。该容抗会成为电导率测量过程中不可避免的系统性误差，对测量结果的准确性直接造成影响，而且溶液的电导率越低这个系统性误差的影响也就越显著。现有的电导率测量仪对此也进行了种种改进。其中专利号为94208460.8的实用新型专利“智能电导仪”针对上述问题，采用单片机系统对分布电容带来的误差进行补偿。但是这种做法也使该测量设备的电路结构复杂，制造成本提高。专利号为02211617.6的实用新型专利“电导率测量仪”采用交流方波激励信号驱动电导率传感器，其目的只是克服了电导电极的极化现象，仍然没有从根本上解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型的电导率脉冲测量装置。本专利使用单片机驱动模拟电子开关，产生测量脉冲，通过交错变换电导电极的连接方式实现对电导率的测量，并消除电极极化和分布电容对测量结果的影响。

为实现上述的发明目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种电导率脉冲测量装置，包括单片机、基准激励电压源和一个电导电极，其特征在于：

所述电导率脉冲测量装置的测量电路部分具有两个双刀单掷的模拟电子开关和一个运算放大器；

其中所述单片机的两个I/O口分别接两个所述模拟电子开关的控制端，向其输出脉冲信号，以控制开关的通、断；

两个所述模拟电子开关中的一个为正向开关，另一个为反向开关；

所述正向开关和所述反向开关交错接通，其中正向开关接通时，电导电极的A端与基准激励电压源相通，电导电极的B端与运算放大器的反向输入端相通；反向开关接通时，电导电极的B端与基准激励电压源相通，电导电极的A端与运算放大器的反向输入端相通；所述运算放大器的输出端连接一个数据采集电路。

本实用新型所述的电导率脉冲测量装置使用脉冲测量方法对电导率进行测量，该测量方法可以有效避免交流电信号引起的线路容抗对测量结果的影响，减小测量的系统误差。用于实施该方法的电导率脉冲测量装置电路结构简单，使用方便，制造成本也比较低。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的测量电路原理图。

图2为脉冲信号的波形示意图。

具体实施方式

如图1所示，本电导率脉冲测量装置的测量电路部分主要由一个单片机、一个基准激励电压源、两个双刀单掷的低接通电阻模拟电子开关、一个电导电极、一个运算放大器等器件构成。在运算放大器的反向输入端和输出端之间接有一可变反馈电阻用于调整放大倍数。运算放大器的输出端接数据采集电路，将采集到的数据经所述单片机处理后显示测量值，或接入现场网络(图中未示)。所述单片机的两个I/O口分别接两个双刀单掷的低接通电阻模拟电子开关的输入端，两个模拟电子开关中的一个为同向开关，另一个为反向开关，它们的两个输出端并联在一起，分别接电导电极A和B端。另外，并联的两个模拟电子开关中的一个输出端接入比较器的反向输入端。所述基准激励电压源与电导电极A和B端分别连接，为其提供测量用的基准电压。

本电导率脉冲测量装置的工作原理是这样的：为了避免交流电信号带来的容抗对测量结果的影响，本测量装置采用直流电测电导的技术方案，电路结构比采用交流电时要简单得多。但是，前面已经提到，直流电测电导的副作用在于会对电极材料产生腐蚀和极化作用，影响电极的使用寿命。因此，本测量装置采用脉冲电信号取代普通的直流电进行测量，即该测量过程不是始终进行的，而是在一个时间间隔内只进行很短的一段时间，这个很短的一段时间是相对于时间间隔来说的。另外，使每次测量时加在电导电极上的电压反相，这样就能避免出现电极材料被腐蚀和极化的问题。如图2所示，就整个测量过程来看，测量用的电信号就像一个个正反相间的脉冲信号，故我们将本装置称为脉冲测量装置。上述正、反相间的脉冲信号通过图1所示的电路获得。单片机的两个I/O口输出脉冲信号，分别驱动两个双刀单掷的模拟电子开关，通过模拟电子开关的通、断，使电极的A、B端交替与基准激励电压和运算放大器的输入端连接，形成接通、断开、换位接通、断开的循环测量过程。在这个测量过程中，为消除电极等效电容和线路分布电容充电电流对测量结果的干扰，换向接通电极后，延时一段时间，待电容充电时间达到5倍时间常数，即加在电导电极两端的电压稳定后，再进行测量。一般来说常用的DJS-1型电导电极的等效电容约为60pF，线路分布电容约为100pF左右，把运算放大器输出端的电压值通过反馈电阻引到运算放大器的反向输入端，形成深度并联负反馈，使运算放大器变成输入阻抗极低的电流放大器，这样就会大大缩短电极等效电容和线路分布电容的充电时间常数。为达到既消除电极与线路容抗对测量的影响，又保障有足够的时间实现数据采样的目标，可以通过修改单片机内的软件以调整电子开关接通脉冲的宽度和周期等参数来实现，这样可以充分保障测量精度。由于被测量水质的电导率不会产生突变，根据经验采样周期可定为1～5秒左右，便可满足实时测量的精度要求。以2秒钟作为一个循环周期，每个周期采样、显示两次为例，经实验发现，测量脉冲的占空比为2％～10％比较合适。2％的占空比适合于测量高电导率如1000～10000uS/cm范围的溶液，5％的占空比适合于测量中电导率如10～1000uS/cm范围的溶液，10％的占空比适合于测量低电导率如0.1～10uS/cm范围的溶液。因此，在本实用新型中，寄生电容和电极等效电容的影响可以忽略不计。

本实用新型中使用的单片机为AT89C51、AT89C52、W78E52B、P89C660中的任一种，也可使用其它有足够的定时器、工作电压为5V直流电的单片机。模拟电子开关可以选择MAX4690、MAX4652、MAX4751中的任一种，或其它满足低接通电阻、高速、CMOS电平驱动的双刀单掷电子开关。MAX4690为CMOS器件，接通电阻最大为1.25Ω，接通时间为130nS，控制电平与TTL电平兼容，完全可以用单片机对其实施控制。

需要说明的是，本实用新型的特定实施方案已经对本实用新型进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电导率脉冲测量装置，包括单片机、基准激励电压源和一个电导电极，其特征在于：

所述正向开关和所述反向开关交错接通，其中正向开关接通时，电导电极的(A)端与基准激励电压源相通，电导电极的(B)端与运算放大器的反向输入端相通；反向开关接通时，电导电极的(B)端与基准激励电压源相通，电导电极的(A)端与运算放大器的反向输入端相通；所述运算放大器的输出端连接一个数据采集电路。

2.如权利要求1所述的电导率脉冲测量装置，其特征在于：

所述运算放大器的反向输入端和输出端之间接有可变电阻。

3.如权利要求1所述的电导率脉冲测量装置，其特征在于：

所述脉冲信号的占空比为2％～10％。

4.如权利要求1所述的电导率脉冲测量装置，其特征在于：

所述单片机为AT89C51、AT89C52、W78E52B、P89C660中的任一种。

5.如权利要求1所述的电导率脉冲测量装置，其特征在于：

所述模拟电子开关为MAX4690、MAX4652、MAX4751中的任一种。