一种新型高精度溶解氧传感器的设计.pdf

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1、112传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第2期一种新型高精度溶解氧传感器的设计郑贵林，徐沾伟(武汉大学计算机学院，湖北武汉430072)摘要：采用极谱式溶解氧电极，以低功耗、高稳定性能的NEC单片机为核心处理器，设计了一种新型高精度溶解氧传感器。详细介绍了传感器的工作原理、NEC单片机的各项性能参数、硬件结构以及电路分析、软件设计。针对极谱式溶解氧电极激化时间长的缺点，提出一种实用的解决方案，大大缩短了测量时间。采用18位的A／D转换器与高精度的仪表运算放大器，提高了测量精度。关键词：极谱式；溶解氧；NEC单片机中图分

2、类号：TP232文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)02-0112-03A▲neWd1esi‘gnOtn’hi·g-h-preci·si·ondli-sso’lVeC1IoxygenSenS0rZHENGGui-lin．XUZhan-wei(SchoolofComputer，WuhanUniversity，Wuhan430072，China)Abstract：UsingpolarographicdissolvedoxygenelectrodeandNECmicrocontrollerascoreprocessor，whichhaspropertyoflowpowercons

3、umption，highstability，anewtypeofhigh—precisiondissolvedoxygensensorisdesigned．Theprincipleofthesensor，theperformanceparametersofNECMCU，hardwarearchitectureandcircuitanalysis，softwaredesignareintroduced．Aimingatshortcomingofpolarographicoxygenelectrodethattheintensificationtimeistoolong，apracticalso

4、lutionisproposed，themeasurementtimeisgreatlyreduced．18一bitA／Dconveaerandhigh—precisioninstrumentation0p—ampareused，themeasurementprecisionisimproved．Keywords：polarographic；dissolvedoxygen；NECmicrocomputer0引言后需要有4-6h的激化才能正常使用。本文针对极谱溶解氧是指空气中的分子态氧溶解在水中的浓度。天式溶解氧电极的特点，设计了一种新型的溶解氧传感器，在然水中溶解氧近于饱和值，水中微生物繁殖

5、旺盛；水体受到保证测量精度、设备功耗的情况下，大大缩短了溶解氧测量有机物与还原性物质污染，溶解氧浓度下降。当溶解氧消时间。耗速度大于空气中氧气向水中的溶解速度时，水中溶解氧1工作原理浓度趋于零，此时厌氧菌得以繁殖，使水体恶化，所以，溶解极谱式溶解氧电极由阴极、阳极、KC1电解液以及氧扩氧浓度能够反映出水质的受污染程度。同时，对于水产养散膜组成，在阳极加上0．685V直流电压激励，氧通过膜扩殖业来说，水中溶解氧对鱼类等的生长也有着至关重要的散进入电解液与Au电极和鲰电极构成测量回路，阴极会影响。当溶解氧低于4mg／L时，就会引起鱼类窒息死亡。输出与氧浓度呈比例关系的nA级的弱电流信号。对于人类

6、来说，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg／设备工作原理如图1所示，主要由极谱式溶解氧电极、L。因此，水体溶解氧含量的测量，对于工农业的发展都MCU、激励、信号处理与A／D转换、温度传感器、RS-485通具有重要意义。信接口六部分组成。MCU是设备的核心部件，负责电极模目前，溶解氧测量方法主要有碘量法，光纤法，荧光法，拟信号的采集、温度传感器的数据读取、电源控制电路的控电流测量法]。碘量法是纯粹的化学法，不适合做在线监制以及与上位机的通信。为实现设备的低功耗设计，设备测。光纤法与荧光工艺复杂，成本高。电流测量法主要是工作分为休眠与工作两种模式。休眠时只有单片机与Rs一采用极谱式溶解氧电极，

7、通过在电极阳极加0．685V直流485通信接口电路处于上电模式，其余电路均处于断电状电压作为激励，电极阴极会输出nA级的弱电流。电流测态。当上位机需要读取传感器数据时，通过RS--485发送读取数据命令，唤醒处于休眠状态的设备，设备立即转为工作量法测量原理简单，精度高，但是，极谱式溶解氧电极断电收稿Et期：2011—12—12第2期郑贵林，等：一种新型高精度溶解氧传感器的设计113模式，设备各部分电路上电，M