【文章內(nèi)容簡介】 （）式（）中，R為電阻，L為導體有效長度，S為導體的有效橫截面積，ρ為電阻率。而電導 （）令，則我們稱K為電導率，是電阻率的倒數(shù)。令，所以 （J為電導池常數(shù)） （） 電導率K的單位為每厘米西門子，符號為S?,橫截面積為1cm2所具有的電導值，對電解質(zhì)導體來說相當于1cm3的溶液再相距1cm的兩電極間所具有的電導量[8]。測量溶液時，由于水質(zhì)測試儀的確定，使得測量儀器探針的有效長度L和有效橫截面積A不變，探針之間水的體積就可以固定，通過式（）可得到電導率K。 （）由于TDS與電導率之間存在顯著地相關(guān)關(guān)系，由資料[9]可知，溶解固體與電導之間的關(guān)系可用下面的經(jīng)驗公式估算： （）式（）中：TDS為水中溶解固體（mg/L）；K為25℃時水的電導率（S/m）。上式只是粗略的反映了溶解性總固體與電導率之間的數(shù)量關(guān)系，~。 TDS測量電路。 TDS測量電路該電路是被測溶液的電導率檢測多諧振蕩電。當排針上接的兩根探針插入被測溶液，形成了一個電極，使整個電路構(gòu)成封閉的諧振電路，而由該諧振電路產(chǎn)生的與被測溶液電導率有關(guān)的頻率f由555芯片的3引腳輸出。這個多諧振蕩電路是由探針與被測溶液構(gòu)成的電極和電容C5組成。 555定時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的的中規(guī)模集成電路，因輸入端設計有三個5KΩ的電阻而得名。555定時器是由兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電三極管，電阻分壓器和輸出緩沖器五個基本單元組成。有兩個基準電壓，分別為VCC/3，2VCC/3，是構(gòu)成多諧振蕩器的主要器件。使用555定時器的電路使用靈活、方便并且價格低廉，只需外接少量電阻電容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。，為555定時器結(jié)構(gòu)圖。 555定時器結(jié)構(gòu)圖由3個5KΩ的電阻串聯(lián)構(gòu)成的電阻分壓器為兩個電壓比較器C1 和C2提供參考電壓。如控制電壓輸入端5懸空，則比較器C1的參考電壓為1／3VCC，加在同相端；C2的參考電壓為2／3VCC，加在反相端。4腳是復位輸入端，當有效時，基本RS觸發(fā)器被置“0”，晶體管導通，輸出端3為低電平。正常工作時而應無效。6腳和2腳是信號輸入端。當6腳電壓2／3VCC，2腳電壓1／3VCC時，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被復位置0，晶體管導通，輸出端3為低電平。當6腳的電壓2／3VCC，2腳電壓1／3VCC時，比較器C1輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管截止，輸出端3為高電平。當6腳電壓2／3VCC，2腳電壓1／3VCC時，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變[10]。綜上所述，可得555定時器功能。 555定時器功能表 (輸入) UTH(輸入) U(輸入) U0（輸出） TD（輸出） 0 X X 低 導通 1 2VCC/3 VCC/3 低 導通 1 2VCC/3 VCC/3 不變 不變 1 2VCC/3 VCC/3 高 截止 1 2VCC/3 VCC/3 高 截止該電路工作原理：電路剛開始運行時電容C5上的電壓為0，實際電路處在置位狀態(tài)，引腳3輸出高電平。VCC通過電極向C5充電，Q2導通，充電過程為：VCCQ2—電極—C5。當上升到Vc≥2/3VCC時，6腳內(nèi)部高限比較器反轉(zhuǎn)，3腳輸出低電平，Q2截止，7腳內(nèi)集電極開路放電管導通，放電過程：C5—電極—7引腳。當放電至Vc≤1／3VCC時，腳2內(nèi)低限比較器反轉(zhuǎn)，引腳3再次輸出高電平，電容再次充電。如此以上過程循環(huán)往復形成振蕩輸出頻率f。經(jīng)電路原理得出以下公式： （）式（）中：G(t)=1/Rx，G(t)為電極實測的電導值；K0=，K0為電導頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)。由式（）可以看出，輸出頻率f與電導G(t)成正比，即頻率和電導率呈線性關(guān)系[11]。在設計過程中，探針的尺寸固定，即L/S=常數(shù)，L為兩探頭之間的間距，S為探頭浸入溶液深度與探頭橫截面長度的乘積。本實驗中L=，S=4cm*=，所以L/S==250m1；C5=。將兩探針之間的被測溶液也視為電阻，可確定f與K的線性關(guān)系，即:K=?105f,即推算出。由于溶液電導率測量受溫度影響很大，電解質(zhì)的電離度、溶解度、離子運動速度等都直接受溫度的影響，溶液溫度升高時，離子熱運行加快，導電能力增加，溶液電導率增大。反之亦然。而本設計是根據(jù)被測溶液電導率來計算溶液TDS值，所以溫度直接影響溶液電導率測量的精度，也就是直接影響TDS值的測量精度。如上面所述，溫度對TDS值的測量精度影響是非常大的。當被測溶液的溫度不是基準溫度，即25℃時，就必須進行溫度補償，也就是說需要將測量結(jié)果補償?shù)交鶞蕼囟认碌臄?shù)值，從而排除溫度對測量值的影響[12]。國內(nèi)外已經(jīng)商品化的儀器溫度補償?shù)姆椒ㄖ饕腥N：（1） 樣品恒溫法：就是加裝水樣預處理的恒溫裝置，先將被測溶液的溫度補償?shù)?5℃條件下再進行測量，但是這種方法需要昂貴精密的恒溫裝置，條件也很難控制，所以在現(xiàn)場很少被采用。（2）手動調(diào)整補償法：在電導率儀器上設置一個手動溫度補償調(diào)整器。這種方法在使用前必須先測量被測溶液的溫度值然后再調(diào)整溫度系數(shù)，一般為2%/℃。采用這種方法的儀器僅限于實驗使用表。（3）自動溫度補償法：在測量儀器中設置自動溫度補償電路，在測量任意溫度的溶液時，都能自動進行溫度補償并且顯示出補償至基準溫度25℃時該溶液的電導率值。該方法分為熱敏電阻補償法和擬合經(jīng)驗公式補償法。熱敏電阻補償法實際設計復雜，有局限性。使用軟件擬合公式處理法對測得的溶液的電導率和溫度進行處理，可以較好地得到溫度補償后的數(shù)值[13]。本設計采用軟件擬合公式補償法。 被測溶液的溫度每升高1℃，電導率就增加約2%，溫度校正系數(shù)與溫度成一元線性關(guān)系，當測量溫度為25℃左右時，其溫度補償公式為： Ks=Kt/[+)] （）式（）中，Ks為25℃下溶液的電導率，Kt為t℃下溶液的電導率，t為被測溶液的溫度。 當測量溫度偏離25℃時，由于以上公式所得的電導率誤差較大，為了提高測量精度，所以采用不同的溫度校正系數(shù)來進行計算，不同溫度范圍內(nèi)的溫度校正系數(shù)也不同。式（）式（）為不同溫度范圍下的溫度補償公式： Ks=Kt/(+)1℃≤t≤10℃ （） Ks=Kt/(+) 10℃≤t≤20℃ （） Ks=Kt/(+) 20℃≤t≤30℃ （） Ks=Kt/(+) 其他溫度范圍 （）本設計通過測量電導率和通過DS18B20防水型溫度傳感器測量溶液溫度，借助數(shù)據(jù)擬合的方法擬合出經(jīng)驗公式進行軟件溫度補償。這種方法不但使硬件電路變得沒有那么復雜，而且使該TDS水質(zhì)測量儀使用更加方便，測量也更加精確。 DS18B20引腳圖DS18B20數(shù)字溫度傳感器支持“單線總線”接口，測量溫度的范圍為－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177?！妫贿m應電壓范圍寬，～，采用外部電源供電的方式。該溫度傳感器有三個引腳，VCC為外接供電電源輸入端，GND為電源地，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端[14]。 溫度測量電路該溫度傳感器三個引腳，VCC接工作電源；GND接地；。在該電路中，VCC引腳與DQ引腳之間接一個上拉電阻，使電路不工作時處于高電平。DS18B20所采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字信號，然后將