一种分布式水体电导率检测电路及其关键模块制造技术

本发明专利技术一种分布式水体电导率检测电路及其关键模块属于电子测量技术领域；该电路由激励源特性程控设置电路、程控交流精密恒流源电路、电导率测量电极选择电路、电导率测量信号采集电路构成，激励源特性程控设置电路由有缘晶振、双四位的二进制计数器、模拟开关、运放芯片、基准芯片、电阻和电容构成；程控交流精密恒流源电路由运放芯片、开关二极管和多个精密低温漂电阻构成；电导率测量电极选择电路由模拟多路复用器和连接器组成；电导率测量信号采集电路由位移缓存器、可编译程控仪表放大器、精密运放、转换器、24位ADC、开关二极管和多个电阻电容组成；本发明专利技术具有激励源频率可调、幅值可选，研制成本低，测量稳定性强、实时性强的技术优势。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式水体电导率检测电路及其关键模块
本专利技术一种分布式水体电导率检测电路及其关键模块属于电子测量

技术介绍
水资源是人民生活和工业生产中不可或缺的。在居民日常生活用水以及制造、加工、冷却、空调、洗涤、锅炉等工业用水，根据我国水质检测标准，电导率是衡量水质情况的一个重要检测指标。水质检测关系到用水安全问题，在空调、洗涤、锅炉等行业，电离子浓度过高对仪器设备造成腐蚀，会造成安全问题。此外生活和工业废水排放要经过水净化处理，之后还要进行水质检测，否则会造成环境污染等问题。首先现在应用广泛的电导率检测方法，一般是一对电极对整个电导池溶液的电导率进行单点式测量，这种单点的测量只能反应溶液电导率随时间的变化。但在一些特殊的应用场合这种检测方法会造成很大的误差，例如在锅炉的给水和出水，它们的电导率在同一时刻的不同位置发生了变化。造成检测结果的不准确。其次是电导率检测硬件电路，检测电导率的关键点是是最大程度上克服极化效应和电容效应对测量结果的影响。一般工程上我们采用交流激励源来减弱极化反应，不同的应用场合溶液表现出的阻态不一致，有时候呈现低阻状态，有时候呈现出高阻状态，造成电容效应的影响不同。但是现有的电导率检测仪器一般存在以下问题；第一、采用单一固定频率的激励源，对不同阻态溶液电导率检测的误差较大。第二、采用固定幅值的激励源，只能在一定范围内检测。第三、稳定性较差，例如有时候电源的波动对测量结果会造成很大的影响。第四、硬件成本高，例如电桥法测量精度较高而且测量范围宽，但是需要的电子平衡器硬件成本很高。第五、时效性差，现在大规模应用于工业现场的测量方法除了电桥法，还有脉冲测量法，脉冲法是经过一段时间测量信号稳定，然后反复测量，这样就会得到一个比较稳定的测量信号，达不到实时检测的目标。
技术实现思路
为克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了分布式水体电导率检测电路及其关键模块，包括激励源特性程控设置电路、程控交流精密恒流源电路、电导率测量电极选择电路和电导率测量信号采集电路；该电路具有激励源频率可调、幅值可选，研制成本低，测量稳定性强、实时性强的技术优势。本专利技术的目的是这样实现的：一种分布式水体电导率检测电路，由激励源特性程控设置电路、程控交流精密恒流源电路、电导率测量电极选择电路、电导率测量信号采集电路构成；所述激励源特性程控设置电路，由1个有缘晶振、1个双四位的二进制计数器SN74LS393、1个模拟开关74HC4051、1个模拟开关74HC4053、2个双精密运放芯片OPA2277、1个基准芯片ADR4525、多个电阻和电容构成；有缘晶振产生32.768kHz固定频率的交流信号，VCC模拟电压为5V，双四位二进制计数器分频，产生CK0～CK7，由模拟开关U3控制位SET0、SET1、SET2程控选择输出FCLK；控制位SET3使能位，控制U3工作；R17是大小为1KΩ的普通电阻；U5基准芯片输出+2.5V基准电压VREF，芯片对地有旁路电容；VREF经U6A阻抗变换并滤波定义为NREF是-2.5V电压，R1、R2为比例电阻选择大小为10KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻；U4是模拟开关，由控制位FCLK、SET4、SET5选择XO、X1、Y0、Y1、Z0、Z1输出；选择输出三个档位分别是SUQH、SQUM、SQUL；SQUH经过VREF和NREF选择输出幅度为±2.5V的方波；SUQM经过R3、R4、U7B阻抗变换并滤波定义，R3、R4分别选择大小为9KΩ、1KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻；SQUM为±0.25V的方波；SQUL经过R5、R6大小为9KΩ、1KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻阻抗变换得到±0.025V的方波；SQHM是SQUH和SQUM直接选择输出的±2.5V和±0.25V方波；SQU是SQHM和SQUL选择输出的±2.5V、±0.25V、±0.025V方波，其中SQU经过U6B跟随输出；所述程控交流精密恒流源电路，由1个双精密运放芯片OPA2277、1个开关二极管BAV199和多个精密低温漂电阻构成；SQU选择输出不同幅值的方波，恒流源IOUT输出不同大小驱动电流，R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R15选用大小为10KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻，或：R12、R13、R14、R15采用温度特性匹配的精准电阻器网络芯片，使输出的工作电流具有极低的温度漂移特性；R11选用1KΩ的电阻；开关二极管D1对电路进行过流保护，防止出现过大电流对后续电路造成损害；所述电导率测量电极选择电路，由4个单芯片CMOS模拟多路复用器ADG5208和两个连接器组成；JX和JY为2个连接器代表X和Y两组电导率测量电极，XA、XB、XC、XD、XE、YA、YB、YC、YD、YE分别代表两组不同的电极；每个电极有两根线构成；4个单芯片CMOS模拟多路复用器都是由3位二进制地址线SET8、SET9、SET10控制输出，选择将XA、XB、XC、XD、XE、YA、YB、YC、YD、YE8路之一切换至公共输出D，SET11控制芯片使能；其中AGND为模拟地，供电电压为±9V是模拟电路供电电压；U9和U10公共输出分别是IOUT和AGND；U11和U12是电压输入端，分别输入测量差动电压的两端VIH和VIL；所述电导率测量信号采集电路，由2个位移缓存器74HC595、1个可编译程控仪表放大器AD8253、1个精密运放AD8512、1个RMS-DC转换器LTC1968、1个24bitADCLTC2400、1个开关二极管BAV199和多个电阻电容组成；U13由VREF提供+2.5V基准电压，VIH和VIL是测量电导率差动信号的输入端，RMSIN是输出单端对地的测量信号；SET12和SET13是2位地址线，能够程控设置输出信号放大1、10、100、1000倍；D2开关二极管在+5V电压和GND之间；信号RMSIN经电阻R16和精密运放U14A跟随，；U15是RMS-DC转换器作用是真有效值转换，两个输入信号通道IN1、IN2，IN2输入基准电压VREF，U15输出信号ADIN送U16，24bitADC采集，ADC基准电压是VREF由基准芯片提供，MSCK、MSDI、ADCS分别是时钟线、数据线、片选线；需电气隔离即可和微处理器交换信息。一种分布式水体电导率检测电路关键模块，为激励源特性程控设置电路，由1个有缘晶振、1个双四位的二进制计数器SN74LS393、1个模拟开关74HC4051、1个模拟开关74HC4053、2个双精密运放芯片OPA2277、1个基准芯片ADR4525、多个电阻和电容构成；有缘晶振产生32.768kHz固定频率的交流信号，VCC模拟电压为5V，双四位二进制计数器分频，产生CK0～CK7，由模拟开关U3控制位SET0、SET1、SET2程控选择输出FCLK；控制位SET3使能位，控制U3工作；R17是大小为1KΩ的普通电阻；U5基准芯片输出+2.5V基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式水体电导率检测电路，其特征在于，由激励源特性程控设置电路、程控交流精密恒流源电路、电导率测量电极选择电路、电导率测量信号采集电路构成；/n所述激励源特性程控设置电路，由1个有缘晶振、1个双四位的二进制计数器SN74LS393、1个模拟开关74HC4051、1个模拟开关74HC4053、2个双精密运放芯片OPA2277、1个基准芯片ADR4525、多个电阻和电容构成；/n有缘晶振产生32.768kHz固定频率的交流信号，VCC模拟电压为5V，双四位二进制计数器分频，产生CK0~CK7，由模拟开关U3控制位SET0、SET1、SET2程控选择输出FCLK；控制位SET3使能位，控制U3工作；R17是大小为1KΩ的普通电阻；U5基准芯片输出+2.5V基准电压VREF，芯片对地有旁路电容；VREF经U6A阻抗变换并滤波定义为NREF是-2.5V电压，R1、R2为比例电阻选择大小为10KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻；U4是模拟开关，由控制位FCLK、SET4、SET5选择XO、X1、Y0、Y1、Z0、Z1输出；选择输出三个档位分别是SUQH、SQUM、SQUL；SQUH经过VREF和NREF选择输出幅度为±2.5V的方波；SUQM经过R3、R4、U7B阻抗变换并滤波定义，R3、R4分别选择大小为9KΩ、1KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻；SQUM为±0.25V的方波；SQUL经过R5、R6大小为9KΩ、1KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻阻抗变换得到±0.025V的方波；SQHM是SQUH和SQUM直接选择输出的±2.5V和±0.25V方波；SQU是SQHM和SQUL选择输出的±2.5V、±0.25V、±0.025V方波，其中SQU经过U6B跟随输出；/n所述程控交流精密恒流源电路，由1个双精密运放芯片OPA2277、1个开关二极管BAV199和多个精密低温漂电阻构成；/nSQU选择输出不同幅值的方波，恒流源IOUT输出不同大小驱动电流，R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R15选用大小为10KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻，或：R12、R13、R14、R15采用温度特性匹配的精准电阻器网络芯片，使输出的工作电流具有极低的温度漂移特性；R11选用1KΩ的电阻；开关二极管D1对电路进行过流保护，防止出现过大电流对后续电路造成损害；/n所述电导率测量电极选择电路，由4个单芯片CMOS模拟多路复用器ADG5208和两个连接器组成；/nJX和JY为2个连接器代表X和Y两组电导率测量电极，XA、XB、XC、XD、XE、YA、YB、YC、YD、YE分别代表两组不同的电极；每个电极有两根线构成；4个单芯片CMOS模拟多路复用器都是由3位二进制地址线SET8、SET9、SET10控制输出，选择将XA、XB、XC、XD、XE、YA、YB、YC、YD、YE8路之一切换至公共输出D，SET11控制芯片使能；其中AGND为模拟地，供电电压为±9V是模拟电路供电电压；U9和U10公共输出分别是IOUT和AGND；U11和U12是电压输入端，分别输入测量差动电压的两端VIH和VIL；/n所述电导率测量信号采集电路，由2个位移缓存器74HC595、1个可编译程控仪表放大器AD8253、1个精密运放AD8512、1个RMS-DC转换器LTC1968、1个24bitADC LTC2400、1个开关二极管BAV199和多个电阻电容组成；/nU13由VREF提供+2.5V基准电压，VIH和VIL是测量电导率差动信号的输入端，RMSIN是输出单端对地的测量信号；SET12和SET13是2位地址线，能够程控设置输出信号放大1、10、100、1000倍；D2开关二极管在+5V电压和GND之间；信号RMSIN经电阻R16和精密运放U14A跟随，；U15是RMS-DC转换器作用是真有效值转换，两个输入信号通道IN1、IN2，IN2输入基准电压VREF，U15输出信号ADIN送U16，24bitADC采集，ADC基准电压是VREF由基准芯片提供，MSCK、MSDI、ADCS分别是时钟线、数据线、片选线；需电气隔离即可和微处理器交换信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分布式水体电导率检测电路，其特征在于，由激励源特性程控设置电路、程控交流精密恒流源电路、电导率测量电极选择电路、电导率测量信号采集电路构成；
所述激励源特性程控设置电路，由1个有缘晶振、1个双四位的二进制计数器SN74LS393、1个模拟开关74HC4051、1个模拟开关74HC4053、2个双精密运放芯片OPA2277、1个基准芯片ADR4525、多个电阻和电容构成；
有缘晶振产生32.768kHz固定频率的交流信号，VCC模拟电压为5V，双四位二进制计数器分频，产生CK0~CK7，由模拟开关U3控制位SET0、SET1、SET2程控选择输出FCLK；控制位SET3使能位，控制U3工作；R17是大小为1KΩ的普通电阻；U5基准芯片输出+2.5V基准电压VREF，芯片对地有旁路电容；VREF经U6A阻抗变换并滤波定义为NREF是-2.5V电压，R1、R2为比例电阻选择大小为10KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻；U4是模拟开关，由控制位FCLK、SET4、SET5选择XO、X1、Y0、Y1、Z0、Z1输出；选择输出三个档位分别是SUQH、SQUM、SQUL；SQUH经过VREF和NREF选择输出幅度为±2.5V的方波；SUQM经过R3、R4、U7B阻抗变换并滤波定义，R3、R4分别选择大小为9KΩ、1KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻；SQUM为±0.25V的方波；SQUL经过R5、R6大小为9KΩ、1KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻阻抗变换得到±0.025V的方波；SQHM是SQUH和SQUM直接选择输出的±2.5V和±0.25V方波；SQU是SQHM和SQUL选择输出的±2.5V、±0.25V、±0.025V方波，其中SQU经过U6B跟随输出；
所述程控交流精密恒流源电路，由1个双精密运放芯片OPA2277、1个开关二极管BAV199和多个精密低温漂电阻构成；
SQU选择输出不同幅值的方波，恒流源IOUT输出不同大小驱动电流，R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R15选用大小为10KΩ的10ppm/℃低温漂、高精密电阻，或：R12、R13、R14、R15采用温度特性匹配的精准电阻器网络芯片，使输出的工作电流具有极低的温度漂移特性；R11选用1KΩ的电阻；开关二极管D1对电路进行过流保护，防止出现过大电流对后续电路造成损害；
所述电导率测量电极选择电路，由4个单芯片CMOS模拟多路复用器ADG5208和两个连接器组成；
JX和JY为2个连接器代表X和Y两组电导率测量电极，XA、XB、XC、XD、XE、YA、YB、YC、YD、YE分别代表两组不同的电极；每个电极有两根线构成；4个单芯片CMOS模拟多路复用器都是由3位二进制地址线SET8、SET9、SET10控制输出，选择将XA、XB、XC、XD、XE、YA、YB、YC、YD、YE8路之一切换至公共输出D，SET11控制芯片使能；其中AGND为模拟地，供电电压为±9V是模拟电路供电电压；U9和U10公共输出分别是IOUT和AGND；U11和U12是电压输入端，分别输入测量差动电压的两端VIH和VIL；
所述电导率测量信号采集电路，由2个位移缓存器74HC595、1个可编译程控仪表放大器AD8253、1个精密运放AD8512、1个RMS-DC转换器LTC1968、1个24bitADCLTC2400、1个开关二极管BAV199和多个电阻电容组成；
U13由VREF提供+2.5V基准电压，VIH和VIL是测量电导率差动信号的输入端，RMSIN是输出单端对地的测量信号；SET12和SET13是2位地址线，能够程控设置输出信号放大1、10、100、1000倍；D2开关二极管在+5V电压和GND之间；信号RMSIN经电阻R16和精密运放U14A跟随，；U15是RMS-DC转换器作用是真有效值转换，两个输入信号通道IN1、IN2，IN2输入基准电压VREF，U15输出信号ADIN送U16，24bitADC采集，ADC基准电压是VREF由基准芯片提供，MSCK、MSDI、ADCS分别是时钟线、数据线、片选线；需电气隔离即可和微处理器交换信息。


2.一种分布式水体电导率检测电路关键模...

【专利技术属性】
技术研发人员：童子权，雷亚哲，纪铁军，任丽军，张晓东，沙禹彤，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23