ADI電路筆記：全自動高性能電導率測量系統

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，同時簡化系統集成，幫助并解決當今模擬、混合信號和RF設計挑戰。 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

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，適用于測量液體的離子含量、水質分析、工業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(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