基于C8051F021单片机的电导率表的研制

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1、2013年第9期中州煤炭总第213期基于C8051F021单片机的电导率表的研制祁俊涛(郑煤集团公司米村煤矿，河南新密452382)摘要：针对传统电导率表存在的稳定性差、精度低、功耗大、数据传输不便等缺点，研制了一种基于C8051FO21单片机的新型电导率表，该新型电导率表采用双极性脉冲电压作为电导率测量的激励源，削弱了介质电极化现象，简化了电路设计。实验表明，该电导率表精度和可靠性高，使用灵活方便。关键词：电导率表；单片机；双极性脉冲电压；温度补偿；电极中图分类号：TD614．5文献标志码：B文章编号：1003—0506(2

2、013)09—0032—03电导率的测量技术广泛应用于科研、工业生产此，激励源的频率选择非常重要，应该选择合适的频及水处理等各个领域，因此，实现电导率的准确测量率使得双电层电容c对测量的影响最小，忽略C及其数据传输的灵活方便具有重要意义。目前，电的影响后，等效电路如图1(b)所示。导率表的智能化程度虽然已得到很大提高，但还存在稳定性差、精度低、功耗大、数据传输不便等缺点。本文在分析研究电导率测量原理和干扰因素的基础上，设计研制了一种新型电导率表，采用双(a)电导池(b)高阻溶液电导池极性脉冲电压作为激励源，可以连接温度传感器分

3、图1等效电路别为PT100和PT1000的2种电极，并具有RS232接口、RS485接口、无线3种可选通信方式。根据计算和实验分析，选用频率为1kHz的双1测量原理极性脉冲方波作为激励源具有较高的精度和较好的适应性。激励信号前半周期和后半周期中，激励电电解质溶液为第2类导体，具有导电作用，因其流同值反向，可以减小介质的极化现象。同时，通过温度系数为负，所以用电阻的倒数即电导来表示其单片机控制采样时间时，采样点控制在电压波形稳导电能力的强弱。两者关系如下：定后的那一部分，被测溶液相当于受到恒定的直流G=1／R=A／(pL)=o'

4、／K(1)电压信号激励，省去了后续复杂的硬件电路处理，简式中，G为溶液的电导；p为电阻率；K为两电极问的化了系统结构，加快了数据的采集速度。距离与导体的有效横截面积A的比值；o为溶液由图1可知，电路中存在引线分布电容和双电的电导率。层电容，因此，正负脉冲切换时会产生电容效应。为则=K／R=KI／U=KG(2)避免电容效应产生的误差，要控制数据采集时间t由此可知，要测量电解质溶液的电导率，测出其远小于时间常数(即与C的乘积)，这时可忽略电阻即可，由于电导率在测量过程中会受到电容效c上的电压，C充满了电，等效于断路。在t时刻应、温

5、度变化等因素的影响，在此，简化得到电导池采样得到的瞬时电流，=V／R，经过后续运放电的等效电路如图1(a)所示，通常情况下，c(F路，将电流转化为电压供测量使用，由此可得电导池级)≥C(pF级)。激励源的频率较高时可以减少的电阻：C的影响，这在低阻溶液测量时效果明显，而在高R=一V。·R／V。(3)阻溶液测量时，却会使C引起较大测量误差。因电导率为：or=lJD。／(1兄F)l(4)收稿日期：2013—06—02其中，为瞬时电压；V．．为输出电压；R为射作者简介：祁俊涛(1981一)，男、河南通许人，技术员，2011年毕业于河

6、南理工大学，现从事井F定额员工作。频电阻。·32·2013年第9期祁俊涛：基于C8051F021单片机的电导率表的研制总第213期处理，计算出温度值。以PT100温度传感器为例，2系统设计其测量电路如图3所示。新型电导率表主要由微控制器、双脉冲激励模块、电导测量模块、温度测量模块、通信模块、液晶显示器、键盘、报警器等部分组成。系统工作原理：双脉冲激励模块产生正负脉冲电压作为激励源，加到l电极两端，电导测量电路和温度测量电路分别采集溶液的电导、温度信号，经信号调理电路送入单片图3测温电路机，并通过软件完成这两路信号的数据处理，得

7、到电导率和温度值，并通过液晶屏幕显示。总体结构如3．3通信模块图2所示。根据实际要求，可以给仪表配置不同的通信方式，该系统具有RS232接口、RS485接口、无线3种ll一通信方式可选。RS232接口电路简单易行且成本较0低，可以实现上位机与单片机的串行通信功能；l皇曩卜主控制器RS485接口通信距离长，能够满足工业现场对通信IC8051F021距离的要求；无线通信需要配置无线通信芯片，成本}键盘较高，但在布线困难或者需要远程监控的场合，使用【l无线通信非常方便，可以提高工作人员对数据的实图2系统总体结构时观测和处理能力。无线

8、收发部分使用微功率短距离无线通信芯片NRF905，工作时，将该芯片设置为3硬件设计433MHz工业频段，加上微控制器和少量外围元器件构成专用无线通信模块，其传输距离可达3003．1微处理器[21m该电导率表的主控制器选用C8051F021型单片机。C8051F021单片机是完