完全隔離式電導率測量數據采集系統(tǒng)
為了改進圖1中所示的大范圍電導的精度,使用三個校準電阻RCAL(100Ω、1 kΩ和10 kΩ)、兩個反饋電阻RFB(100Ω和10 kΩ),由軟件和ADG715八通道開關控制。電路設置為在兩個范圍內運行:
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/277028.htm低范圍:μS至mS,RFB = 1 kΩ,RCAL =1 kΩ和10 kΩ
低范圍:μS至mS,RFB = 1 kΩ,RCAL =1 kΩ和10 kΩ
使用這兩個范圍,整體測量范圍為25μS t至200 mS,精度高于1% FSR,如測試數據所示??梢赃x擇RCAL和RFB的其他值以覆蓋不同的范圍。
CN-0349評估軟件允許電路在三種模式下工作。在模式1(圖2中開關的位置1)中,低范圍和高范圍的校準程序都是自動執(zhí)行的。在模式2(圖2中開關的位置2)中,溶液的溫度測量使用外部Pt100 RTD溫度傳感器自動執(zhí)行。在模式3(圖2中開關的位置3)中,測量溶液的實際電導率。
校準程序
對于圖1顯示的電路,校準程序使用三個精密電阻RCAL(R3 = 100Ω、R4 = 1 kΩ和R7 = 10 kΩ)進行三點校準,最大程度地減小失調和增益誤差,在每個范圍內使系統(tǒng)線性化。對于每個范圍,校準程序在輸入范圍的開頭和末尾執(zhí)行,使用兩個參考信號(校準電阻)YL和YH,如圖3所示。參考信號的值預加載在微控制器的存儲器中,也可以通過鍵盤輸入。
對于低范圍校準點,參考信號是YL(例如,YL = 1/R7 = 1/10 000Ω= 0.1 mS)。當參考信號YL連接時,將獲取與參考信號YL相對應的代碼NL(幅值ML)。同樣,對于高范圍校準點,參考是信號YH(例如,YH = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS)。當參考信號YH連接時,將獲取與參考信號YH相對應的代碼NH(幅值MH)。
圖3 電導率測量的兩點校準
然后按照公式1計算增益系數(GF)
對于高范圍,程序是相同的,但參考信號如下:YL = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS,YH = 1/R3 = 1/100Ω= 10 mS.
為了在低電導范圍(高電阻)內實現更寬的測量范圍,我們使用AD5934的2 V p-p激勵輸出電壓。為了在高電導范圍(低電阻)內擴大測量范圍,在保持2 V p-p激勵輸出電壓的同時,還串行連接了一個精密電阻R2 = 100Ω,具有未知電導YX.可以使用其他輸出電壓范圍來優(yōu)化高電導范圍(低電阻)內的ADC動態(tài)范圍。
測試數據結果
使用圖1中的校準值和反饋電阻,按照“電路設計”部分和“校準程序”部分中所述,我們進行了一系列試驗。
表1、表2和表3顯示了低范圍模式和高范圍模式下的結果。表4、表5和表6顯示了每個范圍的相對誤差和相應讀數。具有0.1%或0.2%容差的精密非感性電阻定義了輸入(未知電導YX)。表中使用的符號定義如下:
RX:參考電阻
YX:計算的參考電導率
YR:測量的電導率(讀數)
RR:測量的電阻(讀數)
RR:校正的電阻= RR– RR(對于RX = 0)
低范圍電導率測量
表1顯示了低范圍測量的結果,圖4顯示了范圍的相對誤差百分比以及讀數的相對誤差百分比。在從25μS到2500μS的低范圍中,讀數的誤差百分比不超過0.5%.
圖4 低范圍內的相對誤差
表1.從25μS至2.5 mS的低范圍測量數據,RFB = 1 kΩ,RCAL1 = 1 kΩ,RCAL2 = 10 kΩ
高范圍電導率測量
表2顯示了高范圍測量的結果,圖5顯示了范圍的相對誤差百分比以及讀數的相對誤差百分比。在從0.2 mS到200 mS的高范圍中,讀數的誤差百分比不超過3%.
圖5 高范圍內的相對誤差
表3顯示了表2的結果,0.1903Ω的電阻失調已校正。RR列在表3中已經校正,通過從表2中的RR列減去0.1903Ω得出。
軟件(CN-0349評估軟件)可以進行此校正。校正之后,從0.2 mS到200 mS范圍的誤差百分比小于1%(參見圖6)。
圖6 高范圍內的測量相對誤差
表2.從0.2 mS至200 mS的高范圍測量數據,RFB = 100Ω,RCAL1 = 100Ω,RCAL2 = 1 kΩ
表3.從0.2 mS至200 mS的高范圍,電阻失調(0.1903Ω)已校正,RFB = 100Ω,RCAL1 = 100Ω,RCAL2 = 1 kΩ
表4.標準氯化鉀(KCl)溶液的電導率測量結果,使用圖1中顯示的電路
使用電導池的電導率測量
表4顯示對以下六種0.1%精度標準KCl溶液進行的電導率測量結果: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.
使用的電導池是Sensorex CS200TC-PT1,其電導池常數等于1/cm,帶有內置的Pt100 RTD溫度傳感器。
標準KCl溶液在專門的保加利亞實驗室中配制,用作數據點來檢查系統(tǒng)。當電導池的電導池常數未知時,也可以使用標準溶液作為校準點,而不是使用校準電阻。
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