抛弃式海水电导率测量电路设计.pdf

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1、2010年仪表技术与传感器2010第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．1l抛弃式海水电导率测量电路设计范寒柏，彭安，王少仙(华北电力大学电气工程学院，河北保定071003)摘要：介绍了一套基于单片机的海水电导率测量系统，是国内正在研究的抛弃式盐温深测量系统中的一部分。在硬件的设计实现过程中，采用了温度补偿、低温漂整流等技术来克服海水温度变化40℃对传感器和电路的影响。经实验证明，该系统测量海水电导率的精度达到±0．08mS／cm．关键词：温度补偿；磁芯温度系数；高精密整流电路中图分类号：TH89文献标识码：A文章编号：

2、1002—1841(2010)11—0091—03DesignofExpendableSeawaterConductivityMeasurementCircuitFANHan—bai，PENGAn，WANGShao—xian(CollegeofElectricEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)Abstract：Asetofmieroeontroller—basedseawaterconductivitymeasurementsystemwasintrodu

3、ced，whichwasapartoftheexpendableconductivity，temperature、depthprofilemeasurementequipmentinthedomesticresearchatpresent．Inthehardwarede—sign，negative~edbackopampandlowtemperaturedriftrectifierfilteringtechniqueswereusedtoovercometheimpactonsensorsandPCB，becauseof40degreestempera

4、turechangesinseawater．Theexperimentprovesthattheaccuracyfortheseawatereonduc—tivitymeasurementsystemreaches±0．08ms／cm．Keywords：temperaturecompensation；coretemperaturecoeficient；precisionrectifiercircuit0引言抛弃式盐温深(以下简称XCTD)测量装置能够快速获取不同深度海域的温度和电导率剖面数据，这些数据对于海洋科学研究、国防建设等有重要的价值j。研制的电

5、导率测量系统是XCTD测量系统的一部分。探头测量范围是0～800m，因此，海水温度变化对探头内传感器和电路的影响不能忽视，要达到系统精度指标就要求设计补偿电路和低温漂的测量电路，国内对这方面的研究正在进行中。对电导率测量的一些关键技术进行了研究，选择了灵敏度很高的非晶材料磁芯，推导图1电导率测量系统框图了磁芯温度系数；运用负反馈的方法，解决了温度对电磁感应式传感器的影响；同时设计了一套适合较高频率的、无失真低加有激励信号，则在海水回路中感应出电流。该电流又在次级温漂高精密整流电路。线圈上感应出电动势。电动势的大小依赖于海水回1系统结构路的电流大小，即依

6、赖于海水电导率的大小。因此只要测出海水电导率测量系统如图1所示。系统采用了超低功耗的值，通过定标就能测出海水电导率值。16位单片机MSP430F169(以下简称169)作为主控制器，它负责交流信号的输出、电导率数据的采集，以及数据的存储和输出。放大电路主要由高档仪器运算放大器INA121组成；选用的ADC芯片为AD7791，特点是低功耗、小体积、高达24位的无误码性能；另外搭建了一个低温漂的高精密整流电路。2感应式传感器电路的改进2．1基本原理图2磁芯温度补偿电路双环形磁芯传感器的原理电路图如图2所示，虚线框中为对虚线框中的磁芯传感器的等效电路图，根据

7、回路定律写基本的双环形磁芯传感器原理示意图。海水构成耦合磁芯线3个回路方程：圈。与岛的单匝回路，其等效电阻为R。由于初级线圈●●————一●Vl：j，Jl，l+j∞lL2I2(1)●●—．———一收稿Et期：2010—03—08收修改稿13期：2010—08—170=(jto2L2+R)，2+j1￡2Il(2)InstrumentTechniqueandSensorNOV．2O1OAD637)和利用整流滤波电路等方法。前者精度很高，但是响V2=j∞~／，2(3)应时问很长，这不适合快速精度测量，后者虽然能满足响应时又因为海水回路是单匝，所以R≥，联立式

8、(1)、式间上的要求，但是其核心器件是二极管。二极管是典型的PN(2)、式(3)解方程，得到传