高精度嵌入式电导率仪的研制

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1、硕士学位论文高精度嵌入式电导率仪的研制作者姓名李登学科专业化学工程指导教师黄扬明副研究员所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年4月DevelopmentofHighPrecisionConductivityInstrumentBasedonEmbeddedSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiDengSupervisor：AssociateProf.HuangYangmingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China

2、分类号：TQ056；TP216学校代号：10561学号：201520117456华南理工大学硕士学位论文高精度嵌入式电导率仪的研制作者姓名：李登指导教师姓名、职称：黄扬明副研究员申请学位级别：硕士学科专业名称：化学工程研究方向：过程系统工程与计算机控制论文提交日期：2018年4月25日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：常杰委员：潘朝群、王卫星、黄扬明、蒋翔摘要电导率是一个描述溶液性质的重要电化学参数，电导率仪的应用从传统的水质检测、农业灌溉、铝材厂工艺控制等领域逐渐扩展到白酒鉴别、盐度检测

3、、中药提取等其他新型问题中。同时市场应用对电导率仪检测精度要求不断提高，测量范围更加宽广。电导率测量技术中，电磁式测量法由于系统原因主要适用高电导率检测，电极测量法在实际生产应用中更广泛。本文分析了国内外电导率仪和电极传感器发展现状，研究了溶液电导率测量影响因素，提出一种实现高精度测量的双极性脉冲法，并设计了一种高电导电极传感器和一种低电导电极传感器，适用于不同电导率溶液的测量。通过采用双极性脉冲激励电导池减少测量过程中极化效应和电容效应的影响，采用温度补偿提高电导率仪在不同温度下的适应性。电导率仪使用STM32F407芯片作为微处理器，具有数据显示、定

4、时存储、与其他设备进行数据交换等功能。硬件电路分为控制主板和变送板两块印刷电路板，控制主板主要包括时钟、通讯、显示、存储等电路，变送板主要有电导信号检测、控制信号隔离、电导信号处理等电路。电导率仪通过串口通讯和CAN通讯实现与其他设备的数据交换，使用电容触摸屏提供人机交互。微处理器通过PWM控制高速电子开关的通断，将±5V电压周期性加载在电导池两端，就实现了双极性脉冲激励效果。将正、负激励信号分开采样，每半个周期信号在放大器处理时等同于直流信号，降低了信号处理难度。利用ADI公司高精度、低噪声的AD7124-8模数转换器作为ADC采集单元，其增益编程可变

5、对测量不同范围电导率提供了极大的便利。使用稳定性较好的PT1000作为温度传感器，电路采用四线制接法消除引线电阻的误差。经过硬件和软件调试，电导率仪测量精度较高，且系统重复性较好。关键词：嵌入式系统；电导率；双极性脉冲；温度补偿；AD7124-8IABSTRACTConductivityisanimportantelectrochemicalparameterfordescribingthecharacteristicofasolution.Theapplicationoftheconductivitymeterhasbeengraduallyexpan

6、dedfromtraditionalhydrologicaltesting,agriculturalirrigation,andaluminumplantprocesscontroltoothernewissuessuchasliquoridentification,salinitytesting,andChinesemedicineextraction.Meanwhile,theaccuracyrequirementsoftheconductivitymeterareconstantlyincreasing,withwidermeasurementra

7、ngeinpracticalapplications.Intheconductivitymeasurementtechnology,theelectromagneticmeasurementmethodismainlysuitableforhighconductivitydetectionduetosystemreasons,andtheelectrodemeasurementmethodismorewidelyusedinpracticalproductionapplications.Thispaperanalyzesthedevelopmentsta

8、tusofconductivitymetersandelectrodesenso