完全隔离式电导率测量数据采集系统
为了改进图1中所示的大范围电导的精度,使用三个校准电阻RCAL(100Ω、1 kΩ和10 kΩ)、两个反馈电阻RFB(100Ω和10 kΩ),由软件和ADG715八通道开关控制。电路设置为在两个范围内运行:
低范围:μS至mS,RFB = 1 kΩ,RCAL =1 kΩ和10 kΩ
低范围:μS至mS,RFB = 1 kΩ,RCAL =1 kΩ和10 kΩ
使用这两个范围,整体测量范围为25μS t至200 mS,精度高于1% FSR,如测试数据所示。可以选择RCAL和RFB的其他值以覆盖不同的范围。
CN-0349评估软件允许电路在三种模式下工作。在模式1(图2中开关的位置1)中,低范围和高范围的校准程序都是自动执行的。在模式2(图2中开关的位置2)中,溶液的温度测量使用外部Pt100 RTD温度传感器自动执行。在模式3(图2中开关的位置3)中,测量溶液的实际电导率。
校准程序
对于图1显示的电路,校准程序使用三个精密电阻RCAL(R3 = 100Ω、R4 = 1 kΩ和R7 = 10 kΩ)进行三点校准,最大程度地减小失调和增益误差,在每个范围内使系统线性化。对于每个范围,校准程序在输入范围的开头和末尾执行,使用两个参考信号(校准电阻)YL和YH,如图3所示。参考信号的值预加载在微控制器的存储器中,也可以通过键盘输入。
对于低范围校准点,参考信号是YL(例如,YL = 1/R7 = 1/10 000Ω= 0.1 mS)。当参考信号YL连接时,将获取与参考信号YL相对应的代码NL(幅值ML)。同样,对于高范围校准点,参考是信号YH(例如,YH = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS)。当参考信号YH连接时,将获取与参考信号YH相对应的代码NH(幅值MH)。
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图3 电导率测量的两点校准
然后按照公式1计算增益系数(GF)
![](http://editerupload.eepw.com.cn/201507/b4f907136ca554dd63a9ef4306d29a56.jpg)
对于高范围,程序是相同的,但参考信号如下:YL = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS,YH = 1/R3 = 1/100Ω= 10 mS.
为了在低电导范围(高电阻)内实现更宽的测量范围,我们使用AD5934的2 V p-p激励输出电压。为了在高电导范围(低电阻)内扩大测量范围,在保持2 V p-p激励输出电压的同时,还串行连接了一个精密电阻R2 = 100Ω,具有未知电导YX.可以使用其他输出电压范围来优化高电导范围(低电阻)内的ADC动态范围。
测试数据结果
使用图1中的校准值和反馈电阻,按照“电路设计”部分和“校准程序”部分中所述,我们进行了一系列试验。
表1、表2和表3显示了低范围模式和高范围模式下的结果。表4、表5和表6显示了每个范围的相对误差和相应读数。具有0.1%或0.2%容差的精密非感性电阻定义了输入(未知电导YX)。表中使用的符号定义如下:
RX:参考电阻
YX:计算的参考电导率
YR:测量的电导率(读数)
RR:测量的电阻(读数)
RR:校正的电阻= RR– RR(对于RX = 0)
低范围电导率测量
表1显示了低范围测量的结果,图4显示了范围的相对误差百分比以及读数的相对误差百分比。在从25μS到2500μS的低范围中,读数的误差百分比不超过0.5%.
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图4 低范围内的相对误差
表1.从25μS至2.5 mS的低范围测量数据,RFB = 1 kΩ,RCAL1 = 1 kΩ,RCAL2 = 10 kΩ
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高范围电导率测量
表2显示了高范围测量的结果,图5显示了范围的相对误差百分比以及读数的相对误差百分比。在从0.2 mS到200 mS的高范围中,读数的误差百分比不超过3%.
![](http://editerupload.eepw.com.cn/201507/fdface4198ffa8800c245a3e3d1a1165.jpg)
图5 高范围内的相对误差
表3显示了表2的结果,0.1903Ω的电阻失调已校正。RR列在表3中已经校正,通过从表2中的RR列减去0.1903Ω得出。
软件(CN-0349评估软件)可以进行此校正。校正之后,从0.2 mS到200 mS范围的误差百分比小于1%(参见图6)。
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图6 高范围内的测量相对误差
表2.从0.2 mS至200 mS的高范围测量数据,RFB = 100Ω,RCAL1 = 100Ω,RCAL2 = 1 kΩ
![](http://editerupload.eepw.com.cn/201507/6e6764dd8b50fc234ba7a45d1ace7929.jpg)
表3.从0.2 mS至200 mS的高范围,电阻失调(0.1903Ω)已校正,RFB = 100Ω,RCAL1 = 100Ω,RCAL2 = 1 kΩ
![](http://editerupload.eepw.com.cn/201507/86d9cb80589f152e5a044cbf4d1ee727.jpg)
表4.标准氯化钾(KCl)溶液的电导率测量结果,使用图1中显示的电路
![](http://editerupload.eepw.com.cn/201507/68ad569c0f55aeaeecfd4d32ec436e36.jpg)
使用电导池的电导率测量
表4显示对以下六种0.1%精度标准KCl溶液进行的电导率测量结果:0.1469 mS/cm、0.2916 mS/cm、0.7182 mS/cm、1.408 mS/cm、12.85 mS/cm和111.3 mS/cm.
使用的电导池是Sensorex CS200TC-PT1,其电导池常数等于1/cm,带有内置的Pt100 RTD温度传感器。
标准KCl溶液在专门的保加利亚实验室中配制,用作数据点来检查系统。当电导池的电导池常数未知时,也可以使用标准溶液作为校准点,而不是使用校准电阻。
![](https://webstorage.eepw.com.cn/images/2014/m/wx.png)
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