EC电导率测量原理之测量电路

电导率的测量方式有很多,有直流法,直流脉冲法,有交流脉冲法,电磁法,根据电极数量有两电极,四电极,甚至更多电极。但是不能否认,众多电导率测量方式中,双电极交流脉冲法绝对是应用最广泛的,再配合这不同电导池系数的电极,足以应对大多数地表水的测量。
我们今天就来探究一下,双电极脉冲法的测量电路。
这种类型的测量电路主要分两大类,第一类是使用了运放,我们简称运放恒流法。另一类是用MCU单片机的IO管脚产生恒压脉冲,我们成为IO恒压法。
下面图片中的原理图描述的是运放法。

这个电路由4个主要部分组成.
下半部分是脉冲生成并调理输出:右下部分的震荡电路,左下部分的比例放大电路。
上半部分是脉冲信号接收并调理。
CD4060BM为脉动计数器,为RC振荡器。由R42和C35决定,频率f=1/2.2RC。
电导率K=Q/(R53*|Vint2|)*Vout2
式中,Q为电导常数,是一个常量,每根电极的电极常数都不同。
温度影响电导率变化,需要温度补偿,配合接入温度传感器,把非25℃的电导率值换算到25℃的值。公式是:Gt = G Trel {1 + α(T- Trel)}
其中:Gt为某一温度(°C)下的电导率,G Trel为标准温度(°C)下的电导率,Trel为温度基准值,设定为25℃,α为溶液的温度系数,一般取0.0185。
电导率和输出电压成线性关系,可以把非25℃的电压值进行补偿,转换到25℃的电压值,再带入直线解析式求电导率值。

 

上面的电导率测量电路不仅仅适合与双电极,稍加改动可以满足4电极的需求。
随着MCU技术的普及,有人开始尝试用MCU的IO管脚交替输出方波的方法产生电导率的激励信号。
所能查到的资料中,最早是由AO史密斯的工程师提出了对这种方法的探索,这种方法由于其低成本、占电路空间小的特点,很快得到了普及,也是目前市面上各厂家测量中应用最多的电路.
尽管电路描述中使用的是TDS,但是通过标定,可以使TDS与EC建起来等效关系。我们在此不对TDS和EC进行区分,统一称作为EC.

这种电路很简洁。我们把做好的电极放置在不同EC值的溶液中,来看一下。

可以看出,随着溶液的EC值变化,从采样管脚上测得电压也是正相关的。对于被测溶液,只需要测得采样管脚上得电压AD值,再通过软件按照标定值进行处理,就可以得到溶液的EC值。

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