智能電導(dǎo)率儀的簡介與設(shè)計(jì)

1.電導(dǎo)率儀簡介
高純物質(zhì)中金屬元素的測定已有數(shù)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(zhì)譜分析法亦有一定的應(yīng)用，但由于儀器昂貴以及分析條件較高的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍受到限制。在高純水分析中，進(jìn)年來離子選擇性電極技術(shù)發(fā)展極為迅速。電解質(zhì)電導(dǎo)率值是電解質(zhì)溶液的一個基本物理化學(xué)量。在過程檢測中電導(dǎo)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(dǎo)率之間具有一定關(guān)系的特性來分析介質(zhì)溶液的導(dǎo)電現(xiàn)象及其規(guī)律性的測量方法。由于電導(dǎo)測試技術(shù)具有靈敏度高可測范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)流程控制、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)過程。電解質(zhì)電導(dǎo)率*計(jì)量基準(zhǔn)的建立對于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)研究和國防各部門都有重要價值。
2.影響電導(dǎo)率的因素分析
由于電解質(zhì)的導(dǎo)電是靠離子的遷移來實(shí)現(xiàn)的，電解質(zhì)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(dǎo)電能力決定的。而溶液的導(dǎo)電能力與電解質(zhì)溶液的濃度及性質(zhì)有關(guān):a.在一定范內(nèi)，離子的濃度愈大，電導(dǎo)率愈大。b.離子的價數(shù)愈高，電導(dǎo)率愈大 。c.離子的遷移率愈快，電率就愈大。因此電導(dǎo)率與離子的種類有關(guān)，還與影響離子遷移率的外部因素有關(guān)，如溫度、溶劑、黏等。
溫度對測量的影響：其中影響溶液電導(dǎo)率變化*大的外在因素是溫度，主是因?yàn)闇囟壬咧苯禹戨娊赓|(zhì)的電離常數(shù)，使電離常數(shù)增大此外，溫度升高，亦會使離子熱運(yùn)動加快，導(dǎo)電能力增加從對電導(dǎo)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(zhì)，公認(rèn)25℃為電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)度。當(dāng)水溫不為25℃時，就要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，折換成25℃時的電導(dǎo)率。由于溶液的電導(dǎo)率是隨著溶液的溫度呈非線性變化，而且電導(dǎo)率的溫度系數(shù)又隨電導(dǎo)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(shù)。
由于電導(dǎo)測量儀器的指示刻度的方法是把電導(dǎo)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(dǎo)池不再是一個純電阻，而是包括容抗在內(nèi)的阻抗了，其總的電導(dǎo)值為兩者的電導(dǎo)值的矢量和，盡管在電導(dǎo)測量研究中，采取了各種措施加以克服，但對電導(dǎo)儀在實(shí)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(dǎo)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(diào)、濾波電路)對交流信號進(jìn)行處理，使得測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集速度大為降低，難以滿足對生產(chǎn)過程進(jìn)行在線檢測，實(shí)時控制的要求。雖然國內(nèi)外的研究者采用了高階濾波器 乘法解調(diào)等措施不斷改善采集速度，但由于激勵原理的限制，數(shù)據(jù)采集速度一直難以得到質(zhì)的提高。
3.電導(dǎo)率測量儀的設(shè)計(jì)
3.1測量原理
電導(dǎo)傳感器可以將待測量的變化轉(zhuǎn)化為電導(dǎo)的變化，測量電路則是將反映電導(dǎo)變化的信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理，*后加以顯示。由于導(dǎo)電液體在直流激勵模式下會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，常規(guī)的電導(dǎo)測量裝置都是采用高頻正弦波作為系統(tǒng)的激勵源進(jìn)行測量的，不可避免地在電導(dǎo)測試系統(tǒng)引入復(fù)雜而耗時的后續(xù)信號處理電路。
根據(jù)這個特點(diǎn)：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(zhì)極化現(xiàn)象就得以削弱。并且通過系統(tǒng)軟件的控制，經(jīng)放大器放大輸出的電壓信號Vo在被采樣時己經(jīng)穩(wěn)定。由A/D采樣點(diǎn)位于電壓波形穩(wěn)定后的平坦部位，在這一段時間內(nèi)系統(tǒng)相當(dāng)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(fù)雜的處理，相敏解調(diào)、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(jié)構(gòu)且提高了數(shù)據(jù)的采集速度。
3.2電導(dǎo)率儀總體設(shè)計(jì)
電導(dǎo)率測量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要由電導(dǎo)、測量電路、溫度采集電路、液晶顯示電路組成。 其中電導(dǎo)測量電路又包括電導(dǎo)池、方波發(fā)生電 路、量程切換電路A/D轉(zhuǎn)換。
方波發(fā)生器產(chǎn)生占空比為50%的正負(fù)脈沖電壓加到電導(dǎo)池電極的兩端，流經(jīng)電導(dǎo)池的電流經(jīng)過運(yùn)放放大后變?yōu)殡妷盒盘?，送入單片機(jī)再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，完成電導(dǎo)率信號的采樣。然后再進(jìn)行溶液溫度的采樣，*后單片機(jī)計(jì)算得到被測溶液在25℃基準(zhǔn)溫度下的電導(dǎo)率。并將計(jì)算后的結(jié)果與設(shè)定的狀態(tài)比較，產(chǎn)生相應(yīng)的控制動作或聲光報警。
軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(shù)據(jù)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(qū)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(qū)動繼電器。為消除斷開線圈時產(chǎn)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(qū)動的負(fù)載也是感性的，應(yīng)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，防止產(chǎn)生電火花干擾。

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