ADI公司针对pH计和电导率仪的水分析解决方案

应用简介

电导率衡量溶液导电的程度，测量电导率是一种极其广泛且有用的质量控制方法。监测水的纯度、控制饮用水和过程用水的质量、估算
溶液中离子的总数等，全都可以通过电导率测量来实现。一般而言，测量电导率可以快速且廉价地确定溶液中离子的总浓度。然而，它
无法区分不同类型的离子，只能提供一个与所有离子的综合效应成正比的读数。

系统设计考虑因素

稳定性：在pH计和电导率仪的设计中，随时间和温度的漂移是非常重要的考虑因素。为了实现这一目标，需要低漂移的精确信号链，这
正是ADI公司所擅长的领域。

分辨率：为了充分发挥传感器动态范围的优势，信号链和电源设计需要考虑低噪声和高分辨率要求，实验室仪器尤其如此。

低功耗：便携性是近年来仪器领域的一大趋势。pH计和电导率仪也有便携式版本，应当能依靠有限的电池在室外长时间工作。这种情况
下，设计阶段就需要考虑低功耗需求。

ADI公司解决方案

1 下面是pH计的系统框图，包括pH电极、低漏电流输入级、增益级(可选)、微控制器(集成ADC和基准电压源)、电源管理和通信接口。

各个模块器件参考

利用测量电极和参考电极确定溶液中的氢离子浓度，可以实现pH测量。参考电极的作用是提供一个恒定的参考电位，它与电极所浸没的
溶液无关。测量电极的作用是产生一个相对于参考电极的电位差，它与溶液的pH值成正比。pH电极具有非常大的输出电阻，为了实现精
确的pH测量，应利用低偏置电流放大器作为缓冲器。经过低漏电流缓冲级后，信号提供给增益和低通滤波器级，以实现更高的分辨率。
信号最后进入Σ-Δ ADC。温度测量同样可以通过这个ADC实现，用以补偿最终结果。

稳定性：ADI公司致力于提供精密信号链产品，如低偏置电流和低失调漂移放大器、低噪声/漂移/迟滞基准电压源、高精度ADC等，以帮助设计师构建精确、稳定的pH测量系统。

上表中的放大器不光是在室温下，在0至50°C范围内也具有非常低的失调漂移和偏置电流(分别为大约1μV/C和1pA)，因而环境测试得以简化。

分辨率：多数pH计提供3½位的分辨率，这意味着16位Σ-Δ ADC即足够。某些实验室pH计的分辨率可能高达5½位，此时应当使用AD7793等
24位Σ-Δ ADC和低闪烁噪声放大器ADA4505-2/AD8626。

低功耗：我们知道，仪器仪表的一大趋势是小型化和便携化。上表中每个类别下的产品中都有低功耗器件，例如：ADA4505、AD8626、ADR291、AD7792/3、ADuCM361、ADP2503和ADP160。

2 电导率仪的系统框图，包括电导率电极、可编程交流电流源、电压检测、电流检测、微控制器(集成ADC和基准电压源)、电源管理和通信接口。

各模块器件参考选型

导电率衡量溶液中离子的总浓度，可通过施加交流电流来测量。此电流迫使离子来回流动，从而在导电率电极之间产生交流电位。导电
率计测量电压有两节点和四节点两种模式，系统精度需求决定使用何种模式。根据欧姆定律，溶液的电导率可通过测量电压和电流来计
算。如框图所示，可编程交流电流源利用基准电压源、运算放大器和多路复用器产生电流。电极上的电压通过仪表放大器检测，后接开
关和差动放大器。通过电极的电流由I/V电路检测，其后同样接有开关和差动放大器。开关和差动放大器解调电路可将交流信号转换为直
流信号，最终提供给Σ-Δ ADC。

稳定性：像pH计一样，ADI精密信号链产品可以帮助设计人员构建精密且稳定的电导率测量系统。精密基准电压源、低偏置漂移运算放
大器和低导通电阻多路复用器构成精密可编程电流源。低偏置电流仪表放大器、低导通电阻开关和差动放大器实现精确的电压测量。为
了获得准确的电导率结果，ADI公司内置电流源的ADC支持RTD进行温度测量。

低功耗：像pH计一样，上表中几乎每个类别下的产品中都有低功耗器件，可构成低功耗系统。