高性能交流恒流电路模拟与实测.pdf

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1、第12期张梦玲等．高性能交流恒流电路模拟与实测高性能交流恒流电路模拟与实测张梦玲黄扬明周黎斌(华南理工大学化学与化工学院，广州510640)摘要采用信号发生器、集成运算放大器及仪表放大器等多个模块设计高性能交流恒流源电路，用于工业在线电板电导仪对溶液电导率的准确测量。采用4个挡住电阻控制电流输出，提供401xA一40mA的输出电流。分析负载电阻与挡住电阻和测量电压的关系，为电导率仪的进一步设计提供了高效的电路基础。模拟与实例测试结果表明：该恒流电路有较好的恒流输出稳定性，精度高、数字调整功能可靠。关键词交流恒流电路挡

2、位电阻负载电阻电导率中围分类号TH89文献标识码A文章编号1000-3932(2015)12-1353-05在金属表面处理的金属清洗工艺中，通过检测溶液电导率来达到实时监控溶液中有效离子浓度的目的⋯。电极式电导率仪由于结构简单、造价低廉且测量范围广，目前在工业现场中应用广泛¨o。电极式电导率仪的测量原理是：当给激励电极对通入幅值和频率稳定的交流电流时，测量电极对上的输出电压幅值与液体的电导有确定的对应关系”1，因此将电导池看成电阻，其倒数为电导，则利用高性能、高精度的交流恒流电路测得电导电极两端的输出电压值后，再根据

3、恒流电路特性即可计算出电导值。X影响电导率测量精度的因素有极化效应及电容效应等H】，而对于工业现场在线检测的电极，由于测量流体介质的复杂性，长时间运行极易导致电导率仪电极发生结垢现象，从而使测量结果出现较大的误差。为了减少极化效应、电容效应和结垢对电导率测量的影响，笔者采用高性能集成芯片设计了一种交流恒流源电路，用于工业在线电极电导仪对溶液电导率的准确测量。1硬件电路1．1电源模块图I所示为±5V模拟电源模块电路。220V图1-4-5V模拟电源模块电路收穗日期：2015-05-24(修改稿)化工自动化及仪表第42卷交

4、流电压经变压器转换为4-15V交流电压，再经过稳压芯片MC7805T和电容滤波滤去电源中的杂波信号，将±15V交流电压转换成4-5V直流电压，给信号发生器模块供电。1．2信号发生器模块信号发生器电路采用MAX038芯片，该芯片是一款高精度、高频率、低输出电阻且驱动能力强的新一代函数数字可编程波形信号发生器”1。MAX038内部含有精密带隙电压基准、鉴相器和TTL同步输出，能以最少的外部元件构成多波形高频函数信号发生器，是目前较为理想的信号产生集成芯片冲1。实验采用MAX038产生高精度频率的正弦信号，20kfI可调电

5、阻控制MAX038的LIN引脚电流调节信号的输出频率(0．1Hz～20．0MHz，最高可达40．0MHz)，各波形的输出幅度均为2V(P—P)。图2所示为根据MAX038特性设计的信号发生器模块。MAX038采用±5V双电源供电，由电源模块产生，+5V接MAX038的V+引脚，一5V接MAX038的V一引脚。OUT引脚输出设定频率为20kHz的波形。经示波器检测，由MAX038产生的高频高精度输出波形，系统运行稳定、失真小、C图2信号发生器模块漂移小且频率范围宽。1．3测量电路高精度恒流源电路如图3所示，由精密运算放

6、大器LM6172IN、LM7171AMJ—QML及高速FET输入仪器放大器INAl28PA等组成。由图3可知，仪表放大器INAl28PA的1脚和8脚问的电阻RG=∞，则电导G=1+50K／RG=1，电压‰=图3高精度恒流源电路PA第12期张梦玲等．高性能交流恒流电路模拟与实测RA，：。x，、Us。=RA522×，。实验设计的电路负载电阻分别为1001l、1kO,、10kn、100kll、1MQ，采用对称0．5n电阻比拟污垢阻值，该设计能较好地排除结垢产生的阻值对电导电极测量的影响。2软件模拟一>襄錾对所设计电路用Al

7、tiumDesigner软件进行分析，模拟结果如图4所示。由图4可得，‰=2VIN，Us。=VIN。由RA。=100Q、RA抛=5011可得，怠=瓦W‘so，因此可知该电路输出电流恒定。信号发生时间／斗s图4软件模拟结果3实例测试交流恒流电路实例测试的目的主要是为了分析负载电阻与挡位电阻和输出电压值之间是否满足特定的关系式，实现通过测量该恒流电路的输出电压，就可以计算出电导池的电导，便于在工业在线电导率检测仪上的应用。测试之前，需要调节信号再发生器模块的可调变阻器，使信号稳定输出，然后再加上负载电阻，待电路稳定后，开

8、始测量。设WⅣ=331．29mV，依次改变挡位电阻RA蜘的阻值(100fl、1kll、10kll、100kQ)，然后，分别改变可调负载电阻RA522的阻值(5—50Q、50一500Q、0．5—5．0kn、5～50kft)，利用台式万用表HIOKl3228分别测出其有效输出电压值，每组重复3次测量，测试间隔约为1h，取其平均值，并记录输出电压‰和