【摘要】：介紹了基于C8051F021單片機電導率表的測量原理、硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計和通訊方式。儀表采用脈寬可調(diào)的雙極性脈沖電壓作為電導率測量的激勵源,消除了介極化現(xiàn)象,減小了電容效應(yīng)帶來的誤差。此方法可以提高測量精度,簡化硬件電路的設(shè)計。軟件設(shè)計部分對測量數(shù)據(jù)進行直線擬合,完成了數(shù)據(jù)的軟件補償,提高了測量精度。
【圖文】：

pulsevoltage;principleofleastsquare1測量原理及方法電解質(zhì)溶液的導電能力可以用電導和電導率來表示(電導和電阻為倒數(shù)關(guān)系)。其公式如下:G=1/Ｒ=A/(ρL)=σ/K(1)σ=Κ/Ｒ=KI/U=KG(2)式中:G為溶液的電導，S;K為電導池常數(shù)，m－1，K是兩電極間的距離L與導體的有效橫截面積A的比值;σ為電導率，S·m－1。影響水溶液電導率測量的因素有:溫度、極化效應(yīng)和電容效應(yīng)。通過提高激勵源頻率及采用交流激勵源等方法，可以近似認為消除極化效應(yīng)的影響。而電容效應(yīng)研究如下:通過分析并進行簡化得到電導池的等效電路，如圖1(a)所示。CX為極化效應(yīng)產(chǎn)生的電容，CP為連接電纜的分布電容和極間電容，ＲX為介質(zhì)電阻，通常情況下CX(μF級)≥CP(pF級)［1］。在高電導率(低阻)溶液測量時，CX影響明顯，提高測量頻率可減小誤差。在低電導率(高阻)溶液測量時，CP為誤差的主要原因，測量頻率高反而增大誤差。因此，為了降低測量誤差，應(yīng)根據(jù)情況選擇合適的激勵源頻率。在測量高阻溶液時，可以簡化電路模型，如圖1(b)所示。(a)電導池(b)高阻溶液電導池圖1等效電路圖通過上述分析，本文提出了新的測量方法:設(shè)計激勵源為雙極性脈沖電壓，其頻率可調(diào)。通過單片機控制采樣時間，在輸出的電壓信號穩(wěn)定后再進行采樣。對正負半周期的相同時間點分別采樣，得到的平均值作為一次測量值，可以消除系統(tǒng)誤差。同時，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度和采樣點，作多次測量，當測量值穩(wěn)定時可以認為達到穩(wěn)態(tài)，測量誤差最校2系統(tǒng)設(shè)計電導率表主要由C8051F021單片機、雙極性脈沖激勵源發(fā)生電路、電導和溫度測量電路、信號調(diào)理和采集電路、ＲS485通訊接口、人機界面等部分組成。系統(tǒng)工作原理是:激勵源電路產(chǎn)生脈寬可調(diào)的雙極性脈沖方波電壓加到電

源發(fā)生電路、電導和溫度測量電路、信號調(diào)理和采集電路、ＲS485通訊接口、人機界面等部分組成。系統(tǒng)工作原理是:激勵源電路產(chǎn)生脈寬可調(diào)的雙極性脈沖方波電壓加到電極兩端，流經(jīng)電導池的電流經(jīng)過后續(xù)運放電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，，再經(jīng)過后續(xù)的信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換為合適的直流電壓信號送入單片機的A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)處理，得到電導率值。溫度測量電路輸出信號經(jīng)放大濾波處理后，送入單片機，通過軟件完成溫度補償?shù)忍幚砗�，顯示溫度值。最后將數(shù)值輸出到液晶屏幕顯示。通訊模塊通過ＲS485接口與上位機通訊。硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3硬件設(shè)計3.1微處理器為了滿足儀表的設(shè)計功能，選擇了C8051F021單片機，其

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本文編號：2562787