在磁環(huán)的線(xiàn)圈L1上施加一個(gè)交變的激勵(lì)信號(hào)U1,L2上就會(huì)產(chǎn)生交變的磁通Φ,這個(gè)交變的磁通在堿液回路中形成交變電流I,隨之產(chǎn)生交變磁通,并作用在線(xiàn)圈L2上,L2中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U2。通過(guò)檢測(cè)U2,就可以換算出被測(cè)溶液的電導(dǎo)率,從而得出溶液濃度。輸出電壓與溶液電導(dǎo)率的關(guān)系可用式(1)表示[5]:
U2=(U1ωL2/n1n2K)·k(1)
式中:K———流通池參數(shù)cm-1;
U1、U2———原邊和副邊電壓;
n1、n2———分別為原邊和副邊繞組匝數(shù);
L2———副邊自感系數(shù);
ω———角頻率;
k———溶液的電導(dǎo)率(μS·cm-1)。
1.3 溫度補(bǔ)償
溫度對(duì)電導(dǎo)率測(cè)量的影響很大,所以實(shí)際測(cè)量中必須對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在電路設(shè)計(jì)中,加上溫度測(cè)量裝置,其測(cè)量數(shù)據(jù)一部分作為溫度補(bǔ)償,另一部分以4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的方式輸出。
2 電路
傳感器的設(shè)計(jì)電路如圖4:
2.1 激勵(lì)信號(hào)源電路圖
激勵(lì)信號(hào)源的幅度和頻率必須相對(duì)穩(wěn)定,尤其是幅度,以確保測(cè)量精度。
以ICL-8038芯片為核心實(shí)現(xiàn)的激勵(lì)信號(hào)源見(jiàn)圖5。
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ICL-8038是性能優(yōu)良的集成信號(hào)發(fā)生器?？捎?0~30V的單電源供電,也可以用±5~±15V的雙電源供電;頻率可調(diào)范圍為0.001~300kHz;輸出正弦波的失真度小于1%。
圖5所示的電路中,通過(guò)改變RW1來(lái)調(diào)整RA和RB的數(shù)值。當(dāng)RA=RB時(shí),占空比是50%,引腳2輸出為正弦波。調(diào)整電阻R3、R4和電位器RW3、RW4所組成的電路,可以使正弦波的失真度減小到0.5%。在RA與RB不變的情況下,調(diào)整RW2可以改變電路的振蕩頻率。
2.2 測(cè)溫裝置電路圖
測(cè)溫裝置由集成溫度傳感器AD590及其外圍電路構(gòu)成,如圖6所示。
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AD590是內(nèi)部已作修正的電流型二端器件,工作溫度范圍-55~150℃。直流電源的電壓范圍寬(4~30V),并具有消除電源波動(dòng)的特性,如電壓從5V變化到15V時(shí),電流變化小于1μA。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓,因而器件反接也不會(huì)被損壞。AD590共有I、J、K、L和M五檔,其中M檔精度最高,在-55~150℃范圍內(nèi),其非線(xiàn)性誤差為±0.3℃,具有精度高、使用方便、線(xiàn)性和互換性好的特點(diǎn)。圖6中,電位器RW1用于調(diào)整零點(diǎn),RW2用于調(diào)整放大電路的增益,AD581是高精度集成穩(wěn)壓器。2.3 放大電路
放大與輸出電路以L(fǎng)M358為核心設(shè)計(jì)(圖7)。
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LM358內(nèi)部包括兩個(gè)獨(dú)立的高增益且內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式。在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其它所有可以用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。
2.4 輸出電路
輸出電路的作用是將1~5V的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成以電源負(fù)端為基準(zhǔn)的直流電流(4~20mA)信號(hào),如圖8所示。
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輸出回路由運(yùn)算放大器與復(fù)合晶體管組成。采用復(fù)合晶體管的目的是提高輸出管的電流放大倍數(shù)。為了提高轉(zhuǎn)換精度及恒流性能,而將輸出電流在R6上的壓降,反饋到LM358的輸入端。
3 試驗(yàn)與分析
試驗(yàn)中,線(xiàn)圈磁芯均選擇磁導(dǎo)率為7kT·m/A的鐵氧體磁環(huán),線(xiàn)圈繞線(xiàn)為0.21mm的漆包線(xiàn),原邊和副邊分別為200匝和250匝,線(xiàn)圈間距15mm。測(cè)試結(jié)果如圖9所示。
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