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      纤维表面电荷检测方法的研究(十一)


      4. 2几种常见的电导率测量方法

          目前,国内外电极电导率测量方法有很多种,按所施加的激励源形势可分为

      两种:C1)交流激励源。一般采用交流方波或正弦波,防止电极极化。C2)脉冲

      法。用正负等电量直流脉冲消除溶液中的极化作用。电导测量中,激励源不能采

      用直流。按电极在测量电路中的位置也可以分为四种:C1)电桥法(包括平衡电桥

      和不平衡电桥)。电极作为电桥的一臂。这种方法常用十高要求的实验室分析。C2)

      电流法。电极一般在运放的输入端,激励源在电极中将产生一正比十被测电导率

      的电流,该电流经标准采样电阻产生正比十电导率的交变电压,再经放大、整流

      I滤波将交变电压变成正比十电导率的直流电压。(3)分压法。电极与分压电阻

      相串联,从电极两侧或电阻两侧取电压。分压电阻分档可调,后接放大、检波(

      )和滤波电路,这是一种相当成熟目_应用广泛的测量方法。(4)频率法。用电

      阻一频率转换电路,或用时基电路与电导电极传感器构成多谐振荡电路将电导率

      转化为频率信号,电极作为振荡电路的一部分。这种方法提供了高精度远距离的

      传输方式,目_结构简单,成本低,易做成便携电导率仪。

      4. 2. 1相敏检波法[41]

      (1)工作原理

          由原理框图4. 2所示,振荡器产生正弦波电压加到电导池电极两端,溶液电

      [}} R二和双电层电容C构成一个通道,引线分布电容C},也构成一个通道。如果在高

      溶液电阻下或者激励源频率很高,以至C容抗足够小,可以将其忽略,则可以视

      为正弦信号通过一个电阻和一个电容,正弦信号通过电容会产生90。的相移。根

      据这一特点,利用相敏检波器,用与输入激励源信号同相的开关信号控制整流回

      路,将通过电容的一路信号转化为纯交流信号,Ifu通过电阻的一路信号由十相对

      十激励源无相移,正常整流,再经过低通滤波,交流信号被滤除,即引线电容的

      影响被消除。Ifu滤波得到的直流分量只与溶液电阻(即电导率)有关,故由输出

      直流量可以求出电导率。

      该方法所用到的关键电路是相敏检波器,相关电路有很多种,图4. 2就是其中的一种。该检波器[[42]CMOS模拟开关CC4066构成,它开关特性好,功耗小。用它进行相敏检波,电路简单、兀件少、调试方便。

      激励正弦信号首先经过电压比较器(A,)进行过零检测,通过两个反相器产

      生两个相位相反的对称方波,控制两组开关交替通断。

          在激励信号的正半周,模拟开关TGzTG3导通,TG,TG4关断。相当十电

      R,的左端接地,R2的左端接信号。输入信号经人同相放大。

          在激励信号的负半周,开关状态与正半周相反,变成TGzTG3关断,TG,

      T}凡导通。电阻R2的左端接地,R,的左端接信号。十是电路成了反向放大器。输

      入信号经人反相放大。

          R5CZ组成低通滤波器,输出直流量。

          输入信号经R};C,祸合电离进入模拟开关,输入信号为两个正弦信号的叠加。

      一个信号与激励信号同相,另一个信号与激励信号相差900

          从上述分析可知,与激励信号同相的正弦信号输入后相当十全波整流,滤波

      得直流分量。Ifu与激励信号相位差90。的正弦信号输入后,得到的仍是交流信号,

      无直流分量,滤波为00

      (2)相敏检波法的特点

          相敏检波法滤除通过引线分布电容的电压信号,使引线分布电容对输出直流量

      没有贡献,输出直流量只和溶液电阻有关,即和溶液电导率有关,从Ifu消除了引

      线分布电容的影响。相敏检波电路简单,思路明确,应用较广。

          但相敏检波存在固有的缺点,要求通过溶液电阻的信号与通过引线分布电容的

      信号相位差900。实际上,由十极化效应不可能被根除,双电层电容的存在使溶

      液不可能保持纯阻特性,这时通过溶液电阻的信号与通过引线分布电容的信号相

      位差小十900,相敏检波后的引线分布电容引起的电压信号不能被完全滤除,Ifu

      目‘相敏检波对双电层电容的影响无能为力。

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