全自動高性能電導率測量系統(tǒng)
[導讀]
Circuits from the Lab®參考電路是經(jīng)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/CN
Circuits from the Lab®參考電路是經(jīng)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(zhì)分析、工業(yè)質(zhì)量控制以及化學分析。 經(jīng)過仔細選擇的精密信號調(diào)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(nèi)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(diào)產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)直觀的用戶界面。 該電路可以按需使用RS-485接口實現(xiàn)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(chǎn)生。 方波必須具有精確的50%占空比和極低直流失調(diào)。 哪怕很小的直流失調(diào)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(chǎn)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(diào)電壓典型值為15 µV（A級），偏置電流為0.4 nA，失調(diào)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(nèi)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(chǎn)生−V激勵電壓。 選擇R22，使得R22 = R24
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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(zhì)分析、工業(yè)質(zhì)量控制以及化學分析。 經(jīng)過仔細選擇的精密信號調(diào)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(nèi)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(diào)產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)直觀的用戶界面。 該電路可以按需使用RS-485接口實現(xiàn)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(chǎn)生。 方波必須具有精確的50%占空比和極低直流失調(diào)。 哪怕很小的直流失調(diào)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(chǎn)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(diào)電壓典型值為15 µV（A級），偏置電流為0.4 nA，失調(diào)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(nèi)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(chǎn)生−V激勵電壓。 選擇R22，使得R22 = R24
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