ADI電路筆記：全自動(dòng)高性能電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)

Circuits from the Lab®參考電路是經(jīng)過測(cè)試的參考設(shè)計(jì)，有助于加速設(shè)計(jì)，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成，幫助并解決當(dāng)今模擬、混合信號(hào)和RF設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。 欲了解更多信息和/或技術(shù)支持，請(qǐng)?jiān)L問：www.analog.com/CN0359。

連接/參考器件

全自動(dòng)高性能電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)

評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

電路評(píng)估板

CN-0359電路評(píng)估板(EVAL-CN0359-EB1Z)

設(shè)計(jì)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(shì)

圖1中的電路是一套完整的、微處理器控制的高精度電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)，適用于測(cè)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(xué)分析。

經(jīng)過仔細(xì)選擇的精密信號(hào)調(diào)理元件組合可在0.1 μS至10 S(10 MΩ至0.1 Ω)電導(dǎo)率范圍內(nèi)提供優(yōu)于0.3%的精度，且無(wú)需校準(zhǔn)。

針對(duì)100 Ω或1000 Ω鉑(Pt)電阻溫度檢測(cè)器(RTD)提供自動(dòng)檢測(cè)功能，允許以室溫為參考測(cè)量電導(dǎo)率。

系統(tǒng)支持雙線式或四線式[本文中所有的電導(dǎo)電極全部改為電導(dǎo)電極]電導(dǎo)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(lì)電壓，從而避免電導(dǎo)率電極上的極化電壓[損傷]損傷。 交流激勵(lì)的幅度和頻率為用戶可編程。

創(chuàng)新的同步采樣技術(shù)可將激勵(lì)電壓和電流的峰峰值幅度轉(zhuǎn)化為直流值，這樣不僅提升了精度，同時(shí)簡(jiǎn)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(duì)于信號(hào)的處理。

采用LCD顯示器和編碼器按鈕實(shí)現(xiàn)直觀的用戶界面。 該電路可以按需使用RS-485接口實(shí)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(dǎo)率測(cè)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(dǎo)電極的激勵(lì)方波通過使用ADuCM360微控制器的PWM輸出在+V激勵(lì)和−V激勵(lì)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(huì)在一段時(shí)間之后損壞電導(dǎo)電極。

+V激勵(lì)和−V激勵(lì)電壓由ADA4077-2運(yùn)算放大器(U9A和U9B)產(chǎn)生，這兩個(gè)電壓的幅度由ADuCM360的DAC輸出控制，如圖2所示。

圖2. 激勵(lì)電壓源

ADA4077-2失調(diào)電壓典型值為15 μV(A級(jí))，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(yùn)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(zhuǎn)換為0 V至10 V范圍的+V激勵(lì)電壓。U9B運(yùn)算放大器反轉(zhuǎn)+V激勵(lì)，產(chǎn)生−V激勵(lì)電壓。 選擇R22，使得R22 = R24