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基于C8051F单片机的智能电导率分析仪的研制

发布时间:2019-11-18 22:39
【摘要】:介绍了基于C8051F021单片机电导率表的测量原理、硬件结构、软件设计和通讯方式。仪表采用脉宽可调的双极性脉冲电压作为电导率测量的激励源,消除了介极化现象,减小了电容效应带来的误差。此方法可以提高测量精度,简化硬件电路的设计。软件设计部分对测量数据进行直线拟合,完成了数据的软件补偿,提高了测量精度。
【图文】:

等效电路图,等效电路图


pulsevoltage;principleofleastsquare1测量原理及方法电解质溶液的导电能力可以用电导和电导率来表示(电导和电阻为倒数关系)。其公式如下:G=1/R=A/(ρL)=σ/K(1)σ=Κ/R=KI/U=KG(2)式中:G为溶液的电导,S;K为电导池常数,m-1,K是两电极间的距离L与导体的有效横截面积A的比值;σ为电导率,S·m-1。影响水溶液电导率测量的因素有:温度、极化效应和电容效应。通过提高激励源频率及采用交流激励源等方法,可以近似认为消除极化效应的影响。而电容效应研究如下:通过分析并进行简化得到电导池的等效电路,如图1(a)所示。CX为极化效应产生的电容,CP为连接电缆的分布电容和极间电容,RX为介质电阻,通常情况下CX(μF级)≥CP(pF级)[1]。在高电导率(低阻)溶液测量时,CX影响明显,提高测量频率可减小误差。在低电导率(高阻)溶液测量时,CP为误差的主要原因,测量频率高反而增大误差。因此,为了降低测量误差,应根据情况选择合适的激励源频率。在测量高阻溶液时,可以简化电路模型,如图1(b)所示。(a)电导池(b)高阻溶液电导池图1等效电路图通过上述分析,本文提出了新的测量方法:设计激励源为双极性脉冲电压,其频率可调。通过单片机控制采样时间,在输出的电压信号稳定后再进行采样。对正负半周期的相同时间点分别采样,得到的平均值作为一次测量值,可以消除系统误差。同时,通过调节脉冲宽度和采样点,作多次测量,当测量值稳定时可以认为达到稳态,测量误差最校2系统设计电导率表主要由C8051F021单片机、双极性脉冲激励源发生电路、电导和温度测量电路、信号调理和采集电路、RS485通讯接口、人机界面等部分组成。系统工作原理是:激励源电路产生脉宽可调的双极性脉冲方波电压加到电

框图,系统结构,框图


源发生电路、电导和温度测量电路、信号调理和采集电路、RS485通讯接口、人机界面等部分组成。系统工作原理是:激励源电路产生脉宽可调的双极性脉冲方波电压加到电极两端,流经电导池的电流经过后续运放电路转换为电压信号,,再经过后续的信号调理电路,转换为合适的直流电压信号送入单片机的A/D转换器进行数据处理,得到电导率值。温度测量电路输出信号经放大滤波处理后,送入单片机,通过软件完成温度补偿等处理后,显示温度值。最后将数值输出到液晶屏幕显示。通讯模块通过RS485接口与上位机通讯。硬件设计结构框图如图2所示。图2系统结构框图3硬件设计3.1微处理器为了满足仪表的设计功能,选择了C8051F021单片机,其

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号:2562787

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