完全隔离式电导率测量数据采集系统

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1、完全隔离式电导率测量数据采集系统AD5934250kSPS、12位阻抗转换器网络分析仪AD8606精密、低噪声、轨到轨输入/输出、CMOS、运算放大器(双通道)ADG715CMOS、低电压、I2C控制、八通道单刀单掷开关ADUM1250双通道I2C数字隔离器ADUM50002.5kV、隔离式DC/DC转换器评估和设计支持电路评估板CN-0349电路评估板(EVAL-CN0349-PMDZ)SDP-I-PMOD转接板(SDP-PMD-IB1Z)系统演示平台，SDP-B(EVAL-SDP-CB1Z)设计

2、和集成文件原理图、布局文件、物料清单电路功能与优势图1显示的电路提供了完整可靠的数据采集解决方案，用于测量被测物的电导，包括温度校正。此电路非常适合测量液体的离子含量，以及进行水质分析和化学分析。该设计针对高精度和低成本优化，仅使用5个有源器件。校准后，该电路总误差小于1%FSR。所有器件均具有小尺寸，因此该电路非常适合注重印刷电路板(PCB)空间的应用。该电路的数字输出是完全隔离的；因此，该电路不存在接地环路干扰问题，非常适合在恶劣工业环境下使用。图1.用于电导率测量的完全隔离式数据采集系统(简化

3、原理图：未敁示所有引脚、连接和去耦)电路描述图1屮显示的电路集成了AD593412位阻抗转换器、ADG715八通道单刀单掷(SPST)开关、AD8606轨到轨运算放大器、ADuM1250双通道I2C隔离器以及ADUM5000隔离式DC-DC转换器，形成用于电导率测量的完整数据采集系统。该电路具有板载8引脚IMOD连接器，可用于连接客户微处理器或现场可编程门阵列(FPGA)。AD5934是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案，片上集成一个可编程直接数字频率合成器(DDS)和一个12位、250kSPS模数

4、转换器(ADC)。可调频率发生器产生己知频率来激励外部复阻抗。片上DAC监控未知阻抗的电压和电流。AD5933是与1MSPSADC类似的器件。片上数字信号处理器(DSP)引擎计算离散傅里叶变换(DFT)。DFT算法在每个输出频率返回一个实部(R)数据字和一个虚部⑴数据字。选择AD8606运算放大器的原因是该器件具有低失调电压(最大值65UV)、低偏置电流(最大值1pA)和低噪声(最大值12nV/7Hz)等特性。ADG715是一款互补金属氧化物半导体（CM0S）、8通道单刀单掷开关，通过双线串行接门控

5、制，该接门可兼容I2C接门标准。该器件的功耗较低，具有2.7V至5.5V的低工作电源范围和低导通电阻（通常为2.5Q）,采用小型24引脚TSSOP封装，因而成为诸多应用的理想之选。ADUM5000是一款隔离式DC/DC转换器，具有3.3V或5V输出，基于ADI公司的isoPower技术，采用16引脚SOIC封装。ADUM1250是一款支持热插拔的数字隔离器，提供非闩锁双向通信通道，且与I2C接口兼容，基于ADI公司的iCoupler芯片级变压器技术，采用8引脚SOIC封装。电导率理论材料或液体的电阻

6、率P定义为：当立方体形状的材料反面完全导电接触时，该材料的电阻。其他形状材料的电阻可按以下方式计算：R=pL/A其中：L是接触距离。A是接触面不只。电阻率的测量单位为Qcm。当接触lcmX1cmX1cm立方体的反时，1Qcm材料的电阻为1Q。电导是电阻的倒数，电导率是电阻率的倒数。所有水溶液都在一定程度上导电。溶液导电能力的测量指标称为电导，它是电阻的倒数。电导的测量单位为西门子（缩写为“S”）。向纯水中添加电解质，例如盐、酸或碱，可以提高电导并降低电阻。电阻率表示为Qcm，电导率表示为S/cm、m

7、S/cm或pS/cm。在此电路笔记屮，我们使用Y作为电导率的通用符号，测量单位为S/cm、mS/cm或PS/cm。但在很多情况下，为了方便起见，我们会省略距离项，电导率仅表示为S、mS或PS。电导率系统通过连接到沉浸在溶液中传感器的电子元件来测量电导。分析仪电路对传感器施加交流电压，并测量产生的电流大小，电流与电导率相关。由于电导率具有很大温度系数(最高达到4%/°C),因此电路中集成了必需的温度传感器，用于将读数调整为标准温度，通常为25°C(77°F)o对溶液进行测量时，必须考虑水本身的电导率的

8、温度系数。为了精确地补偿温度，必须使用第二个温度传感器和补偿网络。电导率传感器接触型传感器通常包括相互绝缘的两个电极。电极通常为316型不锈钢、钛钯合金或石墨，具有特定的大小和间距，以提供己知的电导池常数。从理论上说，1.0/cm的电导池常数表示两个电极，每个电极面积为1平方厘米，间距为1厘米。对于特定的工作范闱，电导池常数必须与分析仪相匹配。例如，如果在电导率为1uS/cm的纯水中使用电导池常数为1.0/cm的传感器，则电导池的电阻为1MQ。相反，相同电导池在海水中