完全隔离式电导率测量数据采集系统

　　为了改进图1中所示的大范围电导的精度，使用三个校准电阻RCAL(100Ω、1 kΩ和10 kΩ)、两个反馈电阻RFB(100Ω和10 kΩ)，由软件和ADG715八通道开关控制。电路设置为在两个范围内运行：

　　低范围：μS至mS，RFB = 1 kΩ，RCAL =1 kΩ和10 kΩ

　　低范围：μS至mS，RFB = 1 kΩ，RCAL =1 kΩ和10 kΩ

　　使用这两个范围，整体测量范围为25μS t至200 mS，精度高于1% FSR，如测试数据所示。可以选择RCAL和RFB的其他值以覆盖不同的范围。

　　CN-0349评估软件允许电路在三种模式下工作。在模式1(图2中开关的位置1)中，低范围和高范围的校准程序都是自动执行的。在模式2(图2中开关的位置2)中，溶液的温度测量使用外部Pt100 RTD温度传感器自动执行。在模式3(图2中开关的位置3)中，测量溶液的实际电导率。

　　校准程序

　　对于图1显示的电路，校准程序使用三个精密电阻RCAL(R3 = 100Ω、R4 = 1 kΩ和R7 = 10 kΩ)进行三点校准，最大程度地减小失调和增益误差，在每个范围内使系统线性化。对于每个范围，校准程序在输入范围的开头和末尾执行，使用两个参考信号(校准电阻)YL和YH，如图3所示。参考信号的值预加载在微控制器的存储器中，也可以通过键盘输入。

　　对于低范围校准点，参考信号是YL(例如，YL = 1/R7 = 1/10 000Ω= 0.1 mS)。当参考信号YL连接时，将获取与参考信号YL相对应的代码NL(幅值ML)。同样，对于高范围校准点，参考是信号YH(例如，YH = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS)。当参考信号YH连接时，将获取与参考信号YH相对应的代码NH(幅值MH)。

　　图3 电导率测量的两点校准

　　然后按照公式1计算增益系数(GF)

　　对于高范围，程序是相同的，但参考信号如下：YL = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS，YH = 1/R3 = 1/100Ω= 10 mS.

　　为了在低电导范围(高电阻)内实现更宽的测量范围，我们使用AD5934的2 V p-p激励输出电压。为了在高电导范围(低电阻)内扩大测量范围，在保持2 V p-p激励输出电压的同时，还串行连接了一个精密电阻R2 = 100Ω，具有未知电导YX.可以使用其他输出电压范围来优化高电导范围(低电阻)内的ADC动态范围。

　　测试数据结果

　　使用图1中的校准值和反馈电阻，按照“电路设计”部分和“校准程序”部分中所述，我们进行了一系列试验。

　　表1、表2和表3显示了低范围模式和高范围模式下的结果。表4、表5和表6显示了每个范围的相对误差和相应读数。具有0.1%或0.2%容差的精密非感性电阻定义了输入(未知电导YX)。表中使用的符号定义如下：

　　RX：参考电阻

　　YX：计算的参考电导率

　　YR：测量的电导率(读数)

　　RR：测量的电阻(读数)

　　RR：校正的电阻= RR– RR(对于RX = 0)

　　低范围电导率测量

　　表1显示了低范围测量的结果，图4显示了范围的相对误差百分比以及读数的相对误差百分比。在从25μS到2500μS的低范围中，读数的误差百分比不超过0.5%.

　　图4 低范围内的相对误差

　　表1.从25μS至2.5 mS的低范围测量数据，RFB = 1 kΩ，RCAL1 = 1 kΩ，RCAL2 = 10 kΩ

　　高范围电导率测量

　　表2显示了高范围测量的结果，图5显示了范围的相对误差百分比以及读数的相对误差百分比。在从0.2 mS到200 mS的高范围中，读数的误差百分比不超过3%.

　　图5 高范围内的相对误差

　　表3显示了表2的结果，0.1903Ω的电阻失调已校正。RR列在表3中已经校正，通过从表2中的RR列减去0.1903Ω得出。

　　软件(CN-0349评估软件)可以进行此校正。校正之后，从0.2 mS到200 mS范围的误差百分比小于1%(参见图6)。

　　图6 高范围内的测量相对误差

　　表2.从0.2 mS至200 mS的高范围测量数据，RFB = 100Ω，RCAL1 = 100Ω，RCAL2 = 1 kΩ

　　表3.从0.2 mS至200 mS的高范围，电阻失调(0.1903Ω)已校正，RFB = 100Ω，RCAL1 = 100Ω，RCAL2 = 1 kΩ

　　表4.标准氯化钾(KCl)溶液的电导率测量结果，使用图1中显示的电路

　　使用电导池的电导率测量

　　表4显示对以下六种0.1%精度标准KCl溶液进行的电导率测量结果：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.

　　使用的电导池是Sensorex CS200TC-PT1，其电导池常数等于1/cm，带有内置的Pt100 RTD温度传感器。

　　标准KCl溶液在专门的保加利亚实验室中配制，用作数据点来检查系统。当电导池的电导池常数未知时，也可以使用标准溶液作为校准点，而不是使用校准电阻。