全自动高性能电导率测量系统

Circuits from the Lab®参考电路是经过测试的参考设计，有助于加速设计，同时简化系统集成，帮助并解决当今模拟、混合信号和RF设计挑战。 欲了解更多信息和/或技术支持，请访问：www.analog.com/CN0359。
连接/参考器件

全自动高性能电导率测量系统 评估和设计支持 电路评估板 CN-0359电路评估板(EVAL-CN0359-EB1Z) 设计和集成文件 原理图、源代码、布局文件、物料清单 电路功能与优势
图1中的电路是一套完整的、微处理器控制的高精度电导率测量系统，适用于测量液体的离子含量、水质分析、工业质量控制以及化学分析。 经过仔细选择的精密信号调理元件组合可在0.1 µS至10 S（10 MΩ至0.1 Ω）电导率范围内提供优于0.3%的精度，且无需校准。 针对100 Ω或1000 Ω铂(Pt)电阻温度检测器(RTD)提供自动检测功能，允许以室温为参考测量电导率。 系统支持双线式或四线式[本文中所有的电导电极全部改为电导电极]电导电极以及双线式、三线式或四线式RTD，以提高精度和灵活性。 该电路能以极小的直流失调产生精确交流激励电压，从而避免电导率电极上的极化电压[损伤]损伤。 交流激励的幅度和频率为用户可编程。 创新的同步采样技术可将激励电压和电流的峰峰值幅度转化为直流值，这样不仅提升了精度，同时简化了内置于精密模拟微控制器的双通道24位Σ-Δ型ADC对于信号的处理。 采用LCD显示器和编码器按钮实现直观的用户界面。 该电路可以按需使用RS-485接口实现与PC的通信，并采用4 V至7 V单电源供电。
图1. 高性能电导率测量系统（原理示意图： 未显示所有连接和去耦） 电路描述 电导电极的激励方波通过使用ADuCM360微控制器的PWM输出在+V激励和−V激励电压之间切换ADG1419产生。 方波必须具有精确的50%占空比和极低直流失调。 哪怕很小的直流失调都会在一段时间之后损坏电导电极。 +V激励和−V激励电压由ADA4077-2运算放大器（U9A和U9B）产生，这两个电压的幅度由ADuCM360的DAC输出控制，如图2所示。
图2. 激励电压源 ADA4077-2失调电压典型值为15 µV（A级），偏置电流为0.4 nA，失调电流为0.1 nA，输出电流最高为±10 mA，压差低于1.2 V。U9A运算放大器的闭环增益为8.33，可将ADuCM360内部DAC输出（0 V至1.2 V）转换为0 V至10 V范围的+V激励电压。U9B运算放大器反转+V激励，产生−V激励电压。 选择R22，使得R22 = R24