專利名稱：高純水電導儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電導儀，尤其是一種高純水電導儀，屬于水質測量儀器技術領域。
背景技術：
水既是原料，又是介質，有工業命脈之稱。隨著國民經濟的不斷發展，電子、電力、化工、醫藥等諸多行業對水質提出了越來越高的要求。因此測量水質儀器的研究成為重要課題。據申請人了解，現有測量純水電導的電導儀由單片機作為處理器的智能儀表，儀表電路由數字部分和模擬部分兩部分組成，其中模擬部分主要由電源、溫度測量電橋、電導測量及量程轉換、測量信號切換、電流輸出等功能電路組成。例如申請日為94年4月15日、申請號為94208460、名稱為《智能電導儀》即是如此。
現有電導儀在使用中反映出的問題是穩定性和抗干擾性能力較差，尤其是測量精確度難以滿足高純水的測量使用要求。
發明內容
本實用新型的目的在于針對現有技術存在的問題，提出一種測量準確、穩定性高、抗干擾性強的高純水電導儀。
為了達到以上目的，本實用新型的高純水電導儀由模擬電路部分、數字電路部分和顯示部分組成，其中模擬電路部分主要由激勵電源、溫度測量電橋、電導測量及量程轉換、電流輸出各功能電路組成。數字電路部分包括A/D轉換電路、CPU以及存儲器。其特征在于所述激勵電源主要由基準電源芯片、電位器、放大器組成，所述基準電源芯片的電壓輸出端接電位器和電阻組成的分壓電路，分壓電路的輸出通過一個正向放大器和一個反向放大器，構成正、負電源輸出端。所述正、負電源輸出端通過一射隨放大器接電導測量及量程轉換電路的輸入端，所述溫度測量電橋和電導測量及量程轉換電路的輸出端經過A/D轉換電路接數字電路部分的CPU輸入端。
由于激勵電源電路輸出的電源經過一個射隨放大器后，提供給電導測量及量程轉換電路中的電導傳感器的是正負等量電荷脈沖序列，與以往電導儀采用的正弦波電壓所不同，其抗干擾性強，幅值0-5V可調，頻率0-100MHz可調，所產生的測量誤差小，因此提高了測量精度。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
圖1為本實用新型一個實施例電源、電流輸出電路原理圖。
圖2為本實用新型一個實施例模擬電路部分的電路原理圖圖3為本實用新型一個實施例數字電路部分的電路原理圖。
具體實施方式
實施例一本實施例的儀表是一種測量高純水電導的電導儀，該電導儀是由單片機作為處理器的智能儀表。儀表電路由數字部分和模擬部分兩部分組成，具體情況如圖1、2、3所示。
模擬電路部分主要由圖1所示的電源電路和圖2所示的激勵電源(2-2)、溫度測量電橋(2-1)、電導測量及量程轉換(2-4)、測量信號切換(2-3)、采樣保持(2-5)等功能電路組成。
圖1中包括交直流電源轉換電路(1-1)、報警輸出電路(1-2)、電流輸出電路(1-3)。其中交直流電源轉換電路(1-1)由變壓器T1、橋堆B1-B4、集成穩壓片A1-A4以及電阻電容組成。變壓器將220伏交流電轉變為幾路低壓交流電，經橋堆整流為直流電壓，由集成穩壓片提供儀表工作所需要的電源。電流輸出電路(1-3)主要由光耦片、V/F轉換芯片、放大器、電位器、三極管以及電阻電容等組成。根據設定的輸出的零點和量程，經單片機處理，由8155芯片傳來的頻率信號，經光耦片光電隔離后，由V/F芯片轉換為電壓信號。經由放大器、電位器、三極管、電阻電容等組成的零點、量程調節電路，將儀表讀數變為4～20mA電流輸出。
圖2中的激勵電源電路(2-2)由基準電源芯片、電位器、放大器等組成。激勵電源電路由基準電源芯片提供穩定的電壓，由電位器和電阻組成的分壓電路調節激勵電源幅值的大小，由一個正向放大器和一個反向放大器組成正、負電源。此正、負電源的輸出由單片機控制的電子轉換開關——測量信號切換電路(2-3)控制。由于此正、負電源輸出端通過一射隨放大器接電導測量及量程轉換電路(2-4)的輸入端，因此輸出的正、負電源經過一個射隨放大器后，提供給電導傳感器。這里的激勵電源是正負等量電荷脈沖序列，與以往電導儀通常采用的正弦波電壓不同，該設計減小了測量誤差，提高了測量精度。
溫度測量電橋電路(2-1)由測量橋路、參考橋路及校準橋路組成。測量橋路由熱電阻(R14)和分壓電阻組成，參考橋路及校準橋路分別由固定電阻組成，測量橋路、參考橋路及校準橋路相互并聯，其輸出端分別接測量信號切換電路(2-3)中4051芯片的輸入端Y0、Y1、Y，經電子開關的轉換，測量橋路和校準橋路分別與參考橋路組成電橋，用于測量溫度和校準溫度測量電路的測量誤差。值得一提的是，本電路采取的新的溫度校準方法解決了其它儀表存在的測量電路放大器存在的溫漂和時漂帶來的測量誤差的問題。
電導測量及量程轉換電路(2-4)由三個阻值不同的標準電阻和三個繼電器組成，各電阻分別與一繼電器串聯后再相互并聯，接電導傳感器。根據測量電導的大小，由單片機CPU通過電子開關轉換控制繼電器，連接不同阻值的分壓電阻變換測量量程。
測量的溫度信號和電導信號經過放大器的放大，轉變為適合A/D轉換器要求的電壓。測量信號的電平轉換電路由溫度放大器和電導放大器以及外圍電路組成。
為了減小測量高純水電導時的溶液的極化效應，電導傳感器采用等量電荷脈供電。因此在電導信號進入A/D轉換器前，需要經過采樣保持，以得到一個穩定的電壓信號。采樣保持電路(2-5)主要由采樣保持芯片LF398和外圍電阻電容電路組成。該電路的輸入端——4053芯片12腳接電導測量及量程轉換電路(2-4)的輸出，該電路的輸出端——LF398芯片的5腳與溫度測量電橋電路(2-1)的輸出分別接測量信號切換電路(2-3)中電子開關芯片4051的X1、X0腳，該芯片的輸出端14腳接圖3中A/D轉換電路芯片的35腳。
儀表的數字電路部分如圖3所示，主要由A/D轉換電路(3-5)、擴展I/O口電路(3-3)、程序擴展電路(3-2)、處理器電路(3-1)，以及鍵盤、顯示電路(3-4)組成。
A/D轉換電路(3-5)由7109A/D轉換芯片及外圍電阻電容電路組成。將來自4051電子開關芯片14腳的溫度/電導模擬信號轉換為數字信號，并由數據線經擴展I/O口電路(3-3)和程序擴展電路(3-2)接處理器電路(3-1)中的8031CPU處理。
擴展I/O口8155集成芯片及外圍電阻電容組成。作用是滿足單片機I/O口的需要。同時提供256位的RAM內存以及一個計數器。
處理器電路(3-1)實際由單片機8031、程序存儲器、鎖存器74LS373、看門狗芯片25043以及一些電阻電容組成。單片機8031主要負責數據處理，程序存儲器為單片機提供程序。鎖存器為處理器分時復用提供數據鎖存。看門狗芯片為保證單片機正常工作并提供保存一些參數的E2ROM。
鍵盤顯示電路(3-4)由8279集成芯片、數碼管、3-8譯碼器、三極管、薄膜開關及外圍電阻組成。8279芯片和3-8譯碼器主要處理顯示和鍵盤中斷。三極管和電阻主要用于驅動數碼管。數碼管主要作用是顯示電導值和溫度。薄膜開關主要用于提供中斷信號，由單片機處理，修改或設定有關參數。
本儀表的硬件電路及軟件設計，經理論驗證、實驗檢驗以及整機使用證明，具有測量準確、穩定性高、抗干擾性強的優點，適合于現場連續在線測量高純水電導的測量。
權利要求1.一種高純水電導儀，由模擬電路部分、數字電路部分和顯示部分，其中模擬電路部分主要由激勵電源、溫度測量電橋、電導測量及量程轉換、電流輸出各功能電路組成；數字電路部分包括A/D轉換電路、CPU以及存儲器；其特征在于所述激勵電源主要由基準電源芯片、電位器、放大器組成，所述基準電源芯片的電壓輸出端接電位器和電阻組成的分壓電路，分壓電路的輸出通過一個正向放大器和一個反向放大器，構成正、負電源輸出端，所述正、負電源輸出端通過一射隨放大器接電導測量及量程轉換電路的輸入端，所述溫度測量電橋和電導測量及量程轉換電路的輸出端經過A/D轉換電路接數字電路部分的CPU輸入端。
2.根據權利要求1所述高純水電導儀，其特征在于所述電導測量及量程轉換電路由三個阻值不同的標準電阻和三個繼電器組成，各電阻分別與一繼電器串聯后再相互并聯，接電導傳感器。
3.根據權利要求2所述高純水電導儀，其特征在于所述溫度測量電橋電路由測量橋路、參考橋路及校準橋路組成，測量橋路由熱電阻和分壓電阻組成，參考橋路及校準橋路分別由固定電阻組成，所述測量橋路、參考橋路及校準橋路相互并聯，其輸出端分別接電子開關，測量橋路和校準橋路分別與參考橋路組成電橋。
專利摘要本實用新型涉及一種高純水電導儀，屬于水質測量儀器技術領域。該儀器由模擬電路部分、數字電路部分和顯示部分，其中模擬電路部分的激勵電源主要由基準電源芯片、電位器、放大器組成，基準電源芯片的電壓輸出端接電位器和電阻組成的分壓電路，分壓電路的輸出通過一個正向放大器和一個反向放大器構成正、負電源輸出端，通過一射隨放大器接電導測量及量程轉換電路的輸入端。溫度測量電橋和電導測量及量程轉換電路的輸出端經過A/D轉換電路接數字電路部分的CPU輸入端。本實用新型抗干擾性強，測量誤差小，提高了測量精度。
文檔編號G01N27/06GK2611896SQ0322085
公開日2004年4月14日 申請日期2003年4月2日 優先權日2003年4月2日
發明者賈天奎, 楊以玲, 楊曉 申請人:江蘇省化工研究所