智能电导率测试仪器研制

摘要

在生产过程检测中，电导率的测量在电厂、水利、化工、冶金、医药及污水处理和水质监测以及利用电导率测量溶液浓度方面应用十分广泛，由于生产力水平和自动化程度的提高，需要先进的检测仪器和仪表作为基础，电导率作为工业过程自动化测量的一个重要指标量，长期以来一直是技术研究人员和电导率仪生产厂家关注和研究的重要课题。 首先，电导率的测量通常采用电极法，然而在电极电导率测量方法中，测量电极表现为复杂的电化学系统，影响电导率准确测量的因素主要有三方面：极化效应、电容效应和温度。 其次，由于工业过程自动化水平的提高，对测量仪表在实时性、准确性以及在线测试等方面提出了更高的要求。 在测量溶液电导率过程中，应消除极化效应、电容效应和温度的影响，从而准确测量电导率。人们提出了相敏检波、双脉冲、动态脉冲、频率等方法，本文分别从技术原理、特点和适用范围等方面进行对比，均有不同程度的不足，引起不同程度的测量误差，以及实时性较差和不能在线检测，不能满足工业过程自动化提高的要求。 本文在分析电导率测量过程中溶液的导电机理，测量过程中所面临的问题及处理问题的方法基础上，在消除极化效应、电容效应，和温度补偿方面。提出了选频电导率的测量方法，该方法应用迭代法解非线性方程以消除电容效应，应用0～4000Hz且幅值很小的交流方波作为激励源，将极化效应影响降至最低。应用多档位分压电阻R<,1>识别溶液电阻的变化。应用基于数字信号处理器(DSP)硬件的温度补偿方法，研制了电导率测试仪器。 首先，硬件电路设计，基于数字信号处理器(DSP)的硬件外围电路设计，包括电导率和温度信号滤波、放大、采集、方波激励源、人机接口以及串行通信电路等。 其次，系统软件设计，包括电导率信号采集程序、频率可调的方波激励源子程序、A/D转换子程序以及中值滤波子程序等。 最后，应用实验电路进行误差分析，通常溶液的电阻在1K～1M范围时，测量误差分布在1％以内。在解决准确测量一定温度溶液电导率基础上，在实时性、测量精度、集成度方面有极大的提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景、意义及项目来源

1.2国内外有关研究现状

1.2.1电导率测量方法研究现状

1.2.2测量仪器仪表研究现状

1.3本课题主要研究内容

1.4主要技术指标

1.5本章小结

第二章常见电导率测量方法与硬件电路比较

2.1表征溶液导电能力的参数

2.1.1电导与电导率的关系

2.1.2电解质溶液的导电机理

2.1.3影响溶液电导率大小的因素

2.2电导率测量所面临的问题

2.3电导率传统的测量方法的应用概况

2.3.1相敏检波法

2.3.2双脉冲法

2.3.3动态脉冲法

2.3.4频率法

2.4本章小结

第三章选频电导率测量方法理论

3.1选频测量电导率的原理

3.2迭代法理论

3.3本章小结

第四章智能电导率测量仪硬件系统实现

4.1系统硬件总体框架

4.2 TMS320LF24007 DSP硬件结构特点

4.3电平转换

4.4电导率测量激励源

4.5片外存储器

4.6键盘与液晶显示

4.7电导数据采集和温度补偿传感器设计

4.7.1电导信号调理与A/D转换

4.7.2电导传感器变送单元

4.7.3温度传感器变送单元

4.7.4温度信号调理与低通滤波器

4.8本章小结

第五章电导率的温度补偿

5.1电导率的温度补偿公式

5.1.1对于一般电解质溶液电导率的温度补偿公式

5.1.2高纯水电导率的温度补偿公式

5.2电导率的温度补偿方法

5.2.1传统的温度补偿方法

5.2.2运用数字信号处理器进行温度补偿

5.3本章小结

第六章系统软件程序设计

6.1下位机数据采集程序。

6.2电导率数据A/D转换子程序

6.3中值滤波子程序

6.4迭代算法求电导率子程序

6.5本章小结

第七章智能电导率测量系统的数据处理

7.1智能电导率测量仪采集数据分析与处理

7.1.1实验数据分析与可行性论证

7.1.2实验结论

7.2本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间研究成果