智能电导率仪的简介与设计

1.电导率仪简介
高纯物质中金属元素的测定已有数十年的历史，*通用的分析方法有原子吸收光谱法、发射光谱法、分光光谱法、极谱法等；中子活化法及质谱分析法亦有一定的应用，但由于仪器昂贵以及分析条件较高的特点，其应用范围受到限制。在高纯水分析中，进年来离子选择性电极技术发展极为迅速。电解质电导率值是电解质溶液的一个基本物理化学量。在过程检测中电导率的测量与监控具有十分重要的地位，它是利用溶液的成分和电导率之间具有一定关系的特性来分析介质溶液的导电现象及其规律性的测量方法。由于电导测试技术具有灵敏度高可测范围宽、结构简单、便于实现连续测量等优点，被广泛应用于环境监测、工业流程控制、医药卫生、科学研究和产品质量检验过程。电解质电导率*计量基准的建立对于工、农业生产科学研究和国防各部门都有重要价值。
2.影响电导率的因素分析
由于电解质的导电是靠离子的迁移来实现的，电解质溶液在外加电场的作用下，其电流的大小是外加电压的溶液导电能力决定的。而溶液的导电能力与电解质溶液的浓度及性质有关:a.在一定范内，离子的浓度愈大，电导率愈大。b.离子的价数愈高，电导率愈大 。c.离子的迁移率愈快，电率就愈大。因此电导率与离子的种类有关，还与影响离子迁移率的外部因素有关，如温度、溶剂、黏等。
温度对测量的影响：其中影响溶液电导率变化*大的外在因素是温度，主是因为温度升高直接响电解质的电离常数，使电离常数增大此外，温度升高，亦会使离子热运动加快，导电能力增加从对电导率有直接的影响。在被测对象不变的情况下，为统一和比较水质，25℃为电导率的标准度。当水温不为25℃时，就要进行温度补偿，折换成25℃时的电导率。由于溶液的电导率是随着溶液的温度呈非线性变化，而且电导率的温度系数又随电导率呈非线性变化，不同纯度的水在不同温度下有不同的温度系数。
由于电导测量仪器的指示刻度的方法是把电导池系统看作一个纯电阻元件，但在测量电源为交流时，电导池不再是一个纯电阻，而是包括容抗在内的阻抗了，其总的电导值为两者的电导值的矢量和，尽管在电导测量研究中，采取了各种措施加以克服，但对电导仪在实际测量中还是造成了一定的误差。交流激励源的采用不可避免的在电导测试系统后续电路中需要引入一系列的环节(如相敏解调、滤波电路)对交流信号进行处理，使得测试系统结构复杂，数据采集速度大为降低，难以满足对生产过程进行在线检测，实时控制的要求。虽然国内外的研究者采用了高阶滤波器 乘法解调等措施不断改善采集速度，但由于激励原理的限制，数据采集速度一直难以得到质的提高。
3.电导率测量仪的设计
3.1测量原理
电导传感器可以将待测量的变化转化为电导的变化，测量电路则是将反映电导变化的信号转换成电压或电流信号，并进一步转换成数字量送入单片机进行处理，*后加以显示。由于导电液体在直流激励模式下会产生极化现象，常规的电导测量装置都是采用高频正弦波作为系统的激励源进行测量的，不可避免地在电导测试系统引入复杂而耗时的后续信号处理电路。
根据这个特点：本系统采用高频率的双极性脉冲方波作为激励，由于在激励信号的前半个周期和后半个周期，激励电流同值反向，被测系统中那种介质极化现象就得以削弱。并且通过系统软件的控制，经放大器放大输出的电压信号Vo在被采样时己经稳定。由A/D采样点位于电压波形稳定后的平坦部位，在这一段时间内系统相当于受到一个恒定直流电压信号的激励，被测电压信号不再需要复杂的处理，相敏解调、滤波等环节就可以省略，这样极大地简化了系统的结构且提高了数据的采集速度。
3.2电导率仪总体设计
电导率测量系统硬件设计，主要由电导、测量电路、温度采集电路、液晶显示电路组成。 其中电导测量电路又包括电导池、方波发生电 路、量程切换电路A/D转换。
方波发生器产生占空比为50%的正负脉冲电压加到电导池电极的两端，流经电导池的电流经过运放放大后变为电压信号，送入单片机再经过A/D转换后，完成电导率信号的采样。然后再进行溶液温度的采样，*后单片机计算得到被测溶液在25℃基准温度下的电导率。并将计算后的结果与设定的状态比较，产生相应的控制动作或声光报警。
软件系统采用模块化设计，主要功能模块 有：初始化程序，A/D采样子程序、换档子程序， 数据处理子程序，LCD显示子程序。
本系统控制的电磁阀使用220v交流电，所以采用继电器驱动。为了保*系统的抗力，采用光电耦合由晶体管来驱动继电器。为消除断开线圈时产生的反电动势干扰，继电器线圈增加了续流二极管；另外继电器驱动的负载也是感性的，应在继电器接点两端并接火花抑制电路，防止产生电火花干扰。

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