智能電導率儀采用交流測量法來測量電導率。正弦激勵的產(chǎn)生是通過阻抗測試芯片AD5933來實現(xiàn)的。AD5933輸出的正弦激勵加在電導池的電極上，AD5933可以計算出溶液阻抗經(jīng)過傅里葉變換后阻抗的實部R和虛部I（結果保存在AD5933的寄存器中），然后再計算出校準系數(shù)A，就可以通過單片機計算出溶液的真實阻抗，進而計算出溶液的電導率。溫度補償電路測量溶液溫度，用于修正溫度對測量帶來的影響。

　　設計背景

　　電導率是一個衡量水溶液導電能力的電學物理量， 電阻率的倒數(shù)為電導率，用希臘字母κ表示（或者γ［1］），κ=1/ρ。一般意義上，電導率的測量溫度是標準溫度（25℃）。在液體中，水的電導率是衡量水質(zhì)的一個重要指標。電導率的測量在日常生產(chǎn)和生活中有著比較廣泛的應用，如測量飲用水的電導率用來檢測水中所含電解質(zhì)的濃度，用來測量沿海地下水的電導率來查看其地下水收海水的入侵程度，還可以用測量電導率的方式來辨別地溝油等。本文就是鑒于測量電導率的廣泛應用而設計出了一種測量溶液電導率的智能測量儀。

　　主控芯片單片機

　　電導率測量儀采用的微控制器是LPC932單片機，LPC932具有集成度高和成本低的特點。該單片機的封裝體積比較小，有利于減小PCB板的面積。比較高的集成度也可以減少單片機外圍器件的數(shù)量。LPC932只需要二到四個時鐘周期的指令執(zhí)行時間，與普通的80C51器件相比，其速度要快很多。

　　AD5933阻抗測量和正弦信號發(fā)生電路

　　電導率測量儀測量所需要的正弦激勵是由芯片AD5933來實現(xiàn)的。正弦信號的幅值和頻率可以通過該芯片進行調(diào)節(jié)。當AD5933的外部接入負載時，負載阻抗經(jīng)過傅里葉變換后的實部R和虛部I可以由AD5933計算出來并保存在內(nèi)部寄存器中。由此可以計算出傅里葉變換后。

　　AD5933的硬件連接圖如圖1所示。

　　圖1 AD5933的硬件連接圖

　　為了提高AD5933輸出信號的精度，采用有源晶振芯片為其提供外部時鐘，芯片的頻率為16.384MHz。AD5933內(nèi)部ADC的采樣頻率是外部時鐘MCLK的1/16，這樣最終進入內(nèi)部ADC的頻率就是16.384/16=1.204MHz，由此得到芯片的分辨率為1.024MHz/1 024=1kHz，，確保了掃描頻率是1 000的整數(shù)倍，這樣就可以防止DFT計算時發(fā)生頻譜泄露，保障其變換后結果的正確性。最后經(jīng)過DFT變換后阻抗的實部和虛部保存到AD5933的寄存器中，單片機可以通過AD5933的SCL引腳和SDA引腳用C 總線的方式讀取寄存器中的結果。AD5933輸出的正弦波經(jīng)過兩個大小為100μF和100nF的電容并聯(lián)進行直流分量的隔離，對運算放大器AD8605 的輸出端也采取了同樣的措施來隔離輸出信號中的直流分量。由于AD5933內(nèi)部運放的同相輸入端有一個1/2VDD的正向偏置電壓，所以在AD8605的同相輸入端也加入了一個1/2VDD的正向偏置電壓，以保證正弦信號在達到峰值3V時不失真。