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存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：姓名：闵松学院：电气工程及自动化学院专业：测控技术与仪器班级、学号：10电8110288019指导教师：丁启胜江苏师范大学教务处印制四电极电导率传感器的设计I摘要电导率传感器作为一种测溶液电导率的重要手段，被广泛应用于环保技术，如水质监测领域。而电极式电导率传感器作为电导率传感器的一种，具有测量电路相对简单、成本较低、结构尺寸小、工作稳定可靠和能较好地消除电极极化效应等优点得以快速的发展。测量溶液的电导率不仅离不开电导率传感器，而且也被广泛应用在国防、科学研究以及很多重工业等领域。相比于传统的两电极电导率传感器，且作为目前比较先进的测量方法，西方国家已经较为广泛地应用四电极的方法测量溶液电导率。为了有效的消除一定测量误差，也就是避免测量过程中的极化作用，四电极电导率传感器运用的方法是将电压电极与电流电极相互独立开来。本设计也同时采用了温度补偿实验，消除了测量过程中温度对电导率值的影响。本次设计流程是由电导池中测得的模拟量先经过放大滤波等处理后，再对模拟量的峰值进行检测，最后进行温度补偿的同时送给单片机进行A/D转换。最后通过计算得出电导率值并通过LCD显示。经过这样的一系列过程，四电极电导率传感器就可以比较准确的测出溶液的电导率了。关键词：四电极电导率传感器温度补偿IIAbstractConductivitysensorasanimportantmeansofmeasuringtheelectricalconductivityofthesolution,iswidelyusedinenvironmentaltechnologiessuchaswaterqualitymonitoring.Theelectrodeconductivitysensorasaconductivitysensorhasameasurementcircuitisrelativelysimple,lowcost,smallsizestructure,stableandreliable,andcanbettereliminatetheadvantagesofelectrodepolarizationeffects,etc.torapiddevelopment.Measuringtheconductivityofthesolutionisnotonlyinseparablefromtheconductivitysensor,butalsoiswidelyusedinthefieldsofnationaldefense,scientificresearchandalotofheavyindustry.Comparedtothetraditionaltwo-electrodeconductivitysensors,andmoreadvancedasthecurrentmeasuringmethod,theWesterncountrieshavebeenmorewidelyusedmethodoffour-electrodeconductivitymeasurementsolution.Inordertoeffectivelyeliminateameasurementerror,whichistoavoidthepolarizationofthemeasuringprocess,theuseoffour-electrodeconductivitysensorelectrodeisthevoltageandcurrentelectrodesareindependentopen.Thisdesignalsousesatemperaturecompensationexperimentstoeliminatetheinfluenceoftemperatureonthemeasurementoftheconductivityvalue.Theanalogdesignprocessismeasuredbytheconductivityofthepoolthroughthefirstfiltering,amplificationprocessing,andthentheIIIanalogpeakdetection,whilethefinaltemperaturecompensationtothesingle-chipA/Dconversion.FinallyconductivityvaluesobtainedbycalculationandthroughLCDdisplay.Afterthisseriesofprocesses,four-electrodeconductivitysensorscanmoreaccuratelymeasuretheconductivityofthesolution.Keywords:Four-electrodeConductivitySensorsTemperaturecompensationIV目录摘要....................................................IAbstract................................................II1绪论.................................................11.1课题的研究背景及意义........................................11.2国内外技术现状和发展趋势.....................................11.3课题主要完成的任务...........................................32四电极电导率传感器设计的理论依据.......................52.1溶液的电导和电导率..........................................52.2电导率的测量原理及方法.......................................52.3影响检测的因素...............................................63电导率检测装置硬件设计.................................93.1系统的整体设计方案..........................................93.2总体结构设计................................................93.3各主要部分硬件设计.........................................104电导率检测装置软件设计................................214.1主程序流程图................................................224.2热敏电阻阻值与温度的对应关系、程序及温度补偿...............234.3显示模块设计...............................................255总结与展望............................................28附录....................................................30致谢....................................................30参考文献................................................31江苏师范大学本科生毕业设计四电极电导率传感器的设计11绪论1.1课题的研究背景及意义作为主要运用在实验室领域的一种传感器，电导率传感器在一般是用来测量超纯净水，纯净水，饮用水，污水等溶液电导率或水样的总离子浓度的。随着工业生产的发展和城市化的大力推进,工业污水和生活排污已严重影响城市的水质,有效监测污水和环境保护成了当务之急。首先，必须对其进行实时监测的污水管道，污水排放的实施，有必要测试水位和流动通道中的放电。与污水直接接触的测量方法是电极法，用电极法测量污水电导,用此种方法来获得污水液位深度具有简单、实用的特点。但是,因为污水液体的温度以及成分存在不确定性,所以污水的电导率值并不固定,而直接采用传统的测量法测量计算污水电导，往往会引起很大的测量误差,甚至是无法测量。对于四电极法电导测量的优点是可以避免测量时的极化误差，四电极法目前更多的使用在在线电导率仪上和外国实验室。由于电极极化的存在，用两电极电导率传感器测量，其测量范围和测量精度有很大的局限性，用四电极电导率传感器测量，在测量精度和测量范围方面，取得了突破性的进展。通过多年的钻研积累，四电极电导率传感器技术已相对成熟，并且商业化投产成功。设计应基于国内外相关技术的调查与分析，对于四电极电导率传感器，运用电极的方法，以及集成电路和电导检测装置的微控制器的设计，重点对电导率测试数据的信号调理电路和单片机数据处理软件设计，包括检测电极，模数转换，单片机及LCD的显示部分。1.2国内外技术现状和发展趋势1.2.1电导率测量方法与温度补偿方法目前，国内外有多种用电极法测量电导率。从激励源划分，AC测量和DC测量是主要的测量方法，交流测量方法多种多样，为了降低极化效应所造成的误差，交流励磁电源采用正弦波和方波脉冲。两电极法与四电极法是所使用的两种主要的测量电导率的方式。四电极电导率传感器不同于传统二电极，它由一对电压与一对电流电极组成。目前两电极依然是国内主要的电导率测量手段。根据电导率江苏师范大学本科生毕业设计四电极电导率传感器的设计2测量的原理方面的不同，所以测量方法大致可分四种：（1）平衡电桥法：用惠斯通电桥的设计，电导池作为桥梁，桥臂，然后调整可变电阻的另一座桥的桥臂达到平衡状态，即可计算电导率。（2）电阻分压法：电测量与分压器系列导电电阻，和电阻分压器使用的可调范围，然后放大，整流滤波电路，这种测量方法是比较成熟且应用广泛的。（3）比值法：运算放大器的反相输入端接电导池，通过在运放的输出端接反馈电阻就能得到和正比于输入信号的输出电压信号。（4）频率法：采用电阻频率变换电路,将电导率转换成正比于它的频率信号；或采用多谐振荡电路,电极作为振荡电路的一部分，将电导率信号转化为频率信号。这种方法除了成本和结构方面有优越性，且适合做便携式的电导率仪以外，还可以提供相对高精度远距离传输方式。温度对溶液电导率的变化，是最有影响的外部因素，通过温度补偿措施减少温度对电导率测量的影响，电导率的温度补偿的方法，主要是以下三种。（1）恒温法：将待测溶液放于恒温箱中，当温度达到基准温度时再进行测量。此方法需要精确但很昂贵的恒温箱，但不适用于工业现场。（2）手动温度补偿法：对电导率进行温度补偿，存在误差是补偿一大缺点，因为电解质溶液的电导率温度系数是2%。以测量纯水举例，必须要先测被测对象的温度才行。（3）自动温度补偿法：该方法包括热敏电阻温度补偿的方法，参考方法和温度补偿的方法逐点逼近。通过拟合的电导率与温度的经验公式，是常用的温度补偿方法。通过运用一个微处理器的存储和计算功能，通过直接计算，从而实现温度补偿，以查表或拟合公式作为计算基础的。1.2.2四电极电导率传感器技术现状四电极电导池是由两对同轴的电压电极与电压电极组成的，测量时候，两个电流电极浸在被测液体中，并在其缝隙中通过，电流电极两端施加一个交流信号和电流，在液体培养基中建立电场，两个电压电极感应电压，在两个电极电压两端的电压保持不变，液体电导率与通过两个电流电极极间的电流呈现线性关系。江苏师范大学本科生毕业设计四电极电导率传感器的设计31.2.3国内外概况及应用目前，先进技术一般集中在