四电极电导率传感器的设计(3)

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图3-14 显示电路部分的内部原理图 19

图4-1 主程序的流程图 20

图4-2 温度补偿部分的流程图 23

图4-3 显示模块流程图 24

表清单

表序号表名称页码

表3-1 STC系列单片机型号的介绍 10

表3-2 模拟开关的真值表 15

表4-1 模数转换的结果与温度值 21

1 绪论

1.1 设计的目标和重要性

本设计要开发的是在实际生产生活与更前沿的技术研发里被用来测量超纯水、纯水、饮用水、污水等各种溶液的电导性或水标本整体离子的浓度的传感器。目前，随着人来生产生活对自然的过度开发与利用以及生产废料的大肆排放，生态问题已非常严峻。尤其是工业污水的排放，已经对整个生态系统造成了不可估量的损失，因此，对污水的有效检测成为了重中之重。而对污水测量的主要指标之一就是测量其放电性，也就是所谓的离子浓度。运用电极法测电导率，即在两个电极之间施加已知电压，在电场的作用下，溶液中的正离子向负极移动，负离子向正极移动，使溶液中有电流流过，电导率仪将显示出不同温度不同浓度下的电导率值[1]。论文网

以往的电极型电导率传感器把电极设置为一组电板，电板的常量由这两块电板的相对有效面积和中间的距离直接决定。它的内部构造并不复杂，生产的步骤也相对容易，不过它存在着许多问题，比如两个电板的有效相对距离不易计算，其中间间隙的大小也不易测得。因此，通过简单的测量和计算一般是得不到电极的常量的。这四个电极为柱体且它们的中心是重合的。在检测被测溶液时，溶液从两个电流电极中间流过，同时这两个电极的两端加了一个通过电流的信号且为交流。这样，一个电场便会在溶液里出现，之后，另外两个电极由于感应产生了一个感应电动势，使它们两端的电动势可以稳定不变。这样，两个电流电极间流过电流的大小与被测溶液的电导率值存在了线性关系。四电极电导率传感器将组成溶液容器的两种电极分开，并用恒流电向电极上供电，这样就消除了极化的阻抗造成的误差。它有很好的灵敏度，对污染的抵御性能较高，同时，其电导率容器的结构微小、距离也较短，但引导电流的空间却较大，因此在实际应用中能有效的提高精度与准度，且能长期工作。文献综述

因此，设计出一个精度较高，稳定性较好，且价格相对低廉的四电极电导率传感器将对环境的治理与保护起到重大作用。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.2.1 电导率的测量方法

1.2.2 测量中的温度补偿

1.2.3 电导率传感器的技术现状

1.2.4 电极型电导率传感器的发展趋势

1.3 课题的主要任务

1.3.1 课题总体架构与思路

通过查阅大量的相关文献，首先对四电极体系下的电导率传感器及其发展有一定的了解。在熟悉目前常用的电导率传感器前提下，将微控制器设计的电导率检测装置作为核心，结合集成运算电路与四电极法，采用单片机数据处理软件以及电导率检测数据调理电路的设计。在遇到温度的影响时，将温度补偿法加入到设计内，以最终完成设计。