纯水电导率的高精度测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种测量装置，具体涉及一种纯水电导率的高精度测量系统。

背景技术：

近年来，纯水机设备在医疗领域不断地被推广应用，电导率作为纯水的关键指标，常被用于确定纯水水质的合格与否，所以电导率的高精度测量显得非常必要。

目前，市场上销售及使用的电导率测量仪器，有的采用直流法，造成电极极化，影响实际电压数值；有的测量范围太大且采用单一采样电阻，电导率较大或较小时测量精度的提高非常困难；有的采用线性温度补偿，造成温度校正效果较差；以上所述都将造成纯水电导率的测量精度降低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种纯水电导率的高精度测量系统，消除电极极化，提高测量精度，稳定可靠地测量纯水水质。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述纯水电导率的高精度测量系统，包括激励源产生单元、采样电阻切换单元、热敏电阻电压采样单元和处理单元，采样电路切换单元采用多路复用器U2，多路复用器U2的选通端和使能端连接至处理单元，激励源产生单元输出端连接至多路复用器U2的输入端，多路复用器U2输出端设置若干并联的采样电阻，若干并联的采样电阻串联电极正极，电极正极和电极负极置入待测纯水中，热敏电阻也置入待测纯水中，电极正、负极间电压信号经纯水电压积分测量电路连接至处理单元，热敏电阻电压采样单元输出端经热敏电阻电压积分电路连接至处理单元。

本实用新型由激励产生单元产生激励源，将激励源通过多路复用器U2作用在选通的采样电阻及电极正负极串联的电路上，根据电极间纯水的电阻值变换合适的采样电阻，利用分压原理采样电极正负极间电压，进而通过纯水电压积分测量电路获得电极间电阻Rx，进一步计算得到电导率σx，然后根据ISO/DIN 7888将σx通过非线性温度补偿校正至25℃时的电导率σ25，补偿系数通过热敏电阻电压采样单元获取，热敏电阻电压采样单元利用电桥法测得热敏电阻的阻值，进而得到当前纯水温度，根据ISO/DIN 7888提供的非线性温度补偿系数表获得补偿系数，将电导率补偿校正至25℃时的电导率。

优选地，所述激励源产生单元包括电阻分压电路、集成运放和多用复用器U1，通过电阻分压电路获得+1V电压，集成运放将+1V电压反向放大1倍获得-1V电压，+1V电压和-1V电压分别连接至多路复用器U1的两个信号输入端，处理单元连接至多路复用器U1的选通端和使能端，多路复用器U1输出端输出激励源连接至多路复用器U2的输入端；为了降低测量过程对纯水水质的影响及保证测量的精度，选用幅值为1V频率为50Hz的等电量正负脉冲作为激励源，利用电阻分压的方法得到+1V电压，通过集成运放将+1V电压反向放大1倍即可获得-1V电压，处理单元定时控制选通开关将+1V选通或-1V选通，以便获得所需激励源。

优选地，所述采样电阻设置四个，分别选用0.51KΩ、5.1KΩ、51KΩ和510KΩ，电极间的纯水电阻范围大概在0-1000KΩ之间，通过四个采样电阻将纯水电阻测量范围细化为0-1KΩ、1-10KΩ、10-100KΩ、100-1000KΩ四个等级，对应的采样电阻分别选用0.51KΩ、5.1KΩ、51KΩ、510KΩ。通过分压原理测得电极间的纯水电阻落在上述的哪个范围，就选用其对应的采样电阻测算。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型消除电极极化，提高测量精度，稳定可靠地测量纯水水质。系统由激励产生单元产生激励源，将激励源通过多路复用器U2在选通的采样电阻及电极正负极串联的电路上，利用分压原理采样电极正负极间电压并根据电极间纯水的电阻值实时变换合适的采样电阻，然后通过纯水电压积分测量电路获得电极间电阻Rx，进一步计算得到电导率σx，通过补偿系数进行温度补偿后即可25℃时的电导率σ25。

附图说明

图1采样电阻切换单元电路原理图。

图2热敏电阻电压采样单元电路原理图。

图3纯水电压积分测量电路原理图。

图4激励源产生单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-3所示，本实施例所述纯水电导率的高精度测量系统，包括激励源产生单元、采样电阻切换单元、热敏电阻电压采样单元和处理单元MCU，采样电路切换单元采用多路复用器U2，多路复用器U2的选通端和使能端连接至处理单元MCU，激励源产生单元输出端连接至多路复用器U2的输入端，多路复用器U2输出端设置若干并联的采样电阻，若干并联的采样电阻串联电极正极，电极正极和电极负极置入待测纯水中，热敏电阻Rt也置入待测纯水中，电极正、负极间电压信号经纯水电压积分测量电路连接至处理单元MCU，热敏电阻电压采样单元输出端经热敏电阻电压积分电路连接至处理单元MCU，热敏电阻电压积分电路与纯水电压积分测量电路相同，以纯水电压积分测量电路为例，将U分作为Uin通过集成运放做积分，定义为正向积分，到达正向积分设定时间(一般取20ms)后，再将基准电压-1/2V作为Uin通过集成运放做积分，定义为反向积分，积分至过零点时，将输出电压Uout作为比较器LM311的输入将使其产生边沿触发处理单元MCU中断，如此可得到反向积分时间T，经计算得到需要测量的电压，从而获得纯水电阻Rx，进一步计算得到电导率σx，同理，通过热敏电阻电压采样单元和热敏电阻电压积分电路测得热敏电阻Rt当前阻值，获得补偿系数后对纯水电阻Rx进行温度补偿，获得25℃时的电导率σ25。

热敏电阻电压采样单元如图2所示，热敏电阻Rt的范围约为6-33KΩ，据此R1选用51KΩ，R2选用5.1KΩ，电桥获得的压差经放大器放大后为电压UC，测得UC即可获得Rt，查表得纯水温度，根据ISO/DIN 7888提供的非线性温度补偿系数表可获得补偿系数。

如图4所示，所述激励源产生单元包括电阻分压电路、集成运放和多用复用器U1，通过电阻分压电路获得+1V电压，集成运放将+1V电压反向放大1倍获得-1V电压，+1V电压和-1V电压分别连接至多路复用器U1的两个信号输入端，处理单元连接至多路复用器U1的选通端和使能端，多路复用器U1输出端输出激励源连接至多路复用器U2的输入端；为了降低测量过程对纯水水质的影响及保证测量的精度，选用幅值为1V频率为50Hz的等电量正负脉冲作为激励源，利用电阻分压的方法得到+1V电压，通过集成运放将+1V电压反向放大1倍即可获得-1V电压，处理单元定时控制选通开关将+1V选通或-1V选通，以便获得所需激励源。

所述采样电阻设置四个，分别选用0.51KΩ、5.1KΩ、51KΩ和510KΩ，电极间的纯水电阻范围大概在0-1000KΩ之间，通过四个采样电阻将纯水电阻测量范围细化为0-1KΩ、1-10KΩ、10-100KΩ、100-1000KΩ四个等级，对应的采样电阻分别选用0.51KΩ、5.1KΩ、51KΩ、510KΩ，通过分压原理测得电极间的纯水电阻落在上述的哪个范围，就选用其对应的采样电阻测算，开始测算时，首先选通0.51KΩ的采样电阻，待测电阻值与待测电压值成正比，待测电压值的大小与反向积分时间成正比，即待测电阻值与纯水电压积分测量电路的反向积分时间成正比，在0-1KΩ、1-10KΩ、10-100KΩ、100-1000KΩ四个等级内，每个等级的电阻峰值对应一个反向积分的时间峰值，预先设好，当反向积分时间超过前一个等级的时间峰值，立即将多路复用器U2的输出切换至下一个采样电阻，以获得更精准的测量结果。