ADI電路筆記：全自動高性能電導率測量系統(tǒng)

Circuits from the Lab®參考電路是經過測試的參考設計，有助于加速設計，同時簡化系統(tǒng)集成，幫助并解決當今模擬、混合信號和RF設計挑戰(zhàn)。 欲了解更多信息和/或技術支持，請訪問：www.analog.com/CN0359。

連接/參考器件

全自動高性能電導率測量系統(tǒng)

評估和設計支持

電路評估板

CN-0359電路評估板(EVAL-CN0359-EB1Z)

設計和集成文件

原理圖、源代碼、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢

圖1中的電路是一套完整的、微處理器控制的高精度電導率測量系統(tǒng)，適用于測量液體的離子含量、水質分析、工業(yè)質量控制以及化學分析。

經過仔細選擇的精密信號調理元件組合可在0.1 μS至10 S(10 MΩ至0.1 Ω)電導率范圍內提供優(yōu)于0.3%的精度，且無需校準。

針對100 Ω或1000 Ω鉑(Pt)電阻溫度檢測器(RTD)提供自動檢測功能，允許以室溫為參考測量電導率。

系統(tǒng)支持雙線式或四線式[本文中所有的電導電極全部改為電導電極]電導電極以及雙線式、三線式或四線式RTD，以提高精度和靈活性。

該電路能以極小的直流失調產生精確交流激勵電壓，從而避免電導率電極上的極化電壓[損傷]損傷。 交流激勵的幅度和頻率為用戶可編程。

創(chuàng)新的同步采樣技術可將激勵電壓和電流的峰峰值幅度轉化為直流值，這樣不僅提升了精度，同時簡化了內置于精密模擬微控制器的雙通道24位Σ-Δ型ADC對于信號的處理。

采用LCD顯示器和編碼器按鈕實現直觀的用戶界面。 該電路可以按需使用RS-485接口實現與PC的通信，并采用4 V至7 V單電源供電。

圖1. 高性能電導率測量系統(tǒng)(原理示意圖： 未顯示所有連接和去耦)

電路描述

電導電極的激勵方波通過使用ADuCM360微控制器的PWM輸出在+V激勵和−V激勵電壓之間切換ADG1419產生。 方波必須具有精確的50%占空比和極低直流失調。 哪怕很小的直流失調都會在一段時間之后損壞電導電極。

+V激勵和−V激勵電壓由ADA4077-2運算放大器(U9A和U9B)產生，這兩個電壓的幅度由ADuCM360的DAC輸出控制，如圖2所示。

圖2. 激勵電壓源

ADA4077-2失調電壓典型值為15 μV(A級)，偏置電流為0.4 nA，失調電流為0.1 nA，輸出電流最高為±10 mA，壓差低于1.2 V。U9A運算放大器的閉環(huán)增益為8.33，可將ADuCM360內部DAC輸出(0 V至1.2 V)轉換為0 V至10 V范圍的+V激勵電壓。U9B運算放大器反轉+V激勵，產生−V激勵電壓。 選擇R22，使得R22 = R24