完全隔离式电导率测量数据采集系统

AD5934的I-V放大级还可能轻微增加信号链的误差。I-V转换级易受放大器的偏置电流、失调电压和共模抑制比（CMRR）影响。通过选择适当的外部分立放大器（U2B）来执行I-V转换，可以提高精度。选择AD8606的原因是该器件具有低失调电压（最大值65μV）、低偏置电流（最大值1 pA）、高CMRR（通常为95 dB）、低噪声（最大值12 nV/√Hz）等特性。该内部放大器随后可配置成一个简单的反相增益级。如AN-1252应用笔记中所述，RFB仍根据系统的整体增益来选择。I-V转换器的输入和输出必须精确偏置为VDD/2.R12和R13（10 kΩ）两者均使用精度0.1%的电阻作为偏置电阻。

精度很大程度上取决于未知阻抗范围（电导率范围）相对于校准电阻RCAL的大小幅度（参见电路笔记CN-0217和应用笔记AN-1252）。选择接近未知阻抗的RCAL可实现更精确的测量，即以RCAL为中心的未知阻抗范围越小，测量精度越高。因此，对于较大的未知阻抗范围，可在各种RCAL电阻之间切换，如图2中所示。在RCAL增益系数计算期间可通过校准消除开关的导通电阻（RON）误差。使用不同反馈电阻（RFB）值（见图2）可优化ADC所获得信号动态范围。

为了改进图1中所示的大范围电导的精度，使用三个校准电阻RCAL（100Ω、1 kΩ和10 kΩ）、两个反馈电阻RFB（100Ω和10 kΩ），由软件和ADG715八通道开关控制。电路设置为在两个范围内运行：

低范围：μS至mS，RFB = 1 kΩ，RCAL =1 kΩ和10 kΩ

低范围：μS至mS，RFB = 1 kΩ，RCAL =1 kΩ和10 kΩ

使用这两个范围，整体测量范围为25μS t至200 mS，精度高于1% FSR，如测试数据所示。可以选择RCAL和RFB的其他值以覆盖不同的范围。

CN-0349评估软件允许电路在三种模式下工作。在模式1（图2中开关的位置1）中，低范围和高范围的校准程序都是自动执行的。在模式2（图2中开关的位置2）中，溶液的温度测量使用外部Pt100 RTD温度传感器自动执行。在模式3（图2中开关的位置3）中，测量溶液的实际电导率。

校准程序

对于图1显示的电路，校准程序使用三个精密电阻RCAL（R3 = 100Ω、R4 = 1 kΩ和R7 = 10 kΩ）进行三点校准，最大程度地减小失调和增益误差，在每个范围内使系统线性化。对于每个范围，校准程序在输入范围的开头和末尾执行，使用两个参考信号（校准电阻）YL和YH，如图3所示。参考信号的值预加载在微控制器的存储器中，也可以通过键盘输入。

对于低范围校准点，参考信号是YL（例如，YL = 1/R7 = 1/10 000Ω= 0.1 mS）。当参考信号YL连接时，将获取与参考信号YL相对应的代码NL（幅值ML）。同样，对于高范围校准点，参考是信号YH（例如，YH = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS）。当参考信号YH连接时，将获取与参考信号YH相对应的代码NH（幅值MH）。

图3 电导率测量的两点校准

然后按照公式1计算增益系数（GF）


对于高范围，程序是相同的，但参考信号如下：YL = 1/R4 = 1/1000Ω= 1 mS，YH = 1/R3 = 1/100Ω= 10 mS.

为了在低电导范围（高电阻）内实现更宽的测量范围，我们使用AD5934的2 V p-p激励输出电压。为了在高电导范围（低电阻）内扩大测量范围，在保持2 V p-p激励输出电压的同时，还串行连接了一个精密电阻R2 = 100Ω，具有未知电导YX.可以使用其他输出电压范围来优化高电导范围（低电阻）内的ADC动态范围。

测试数据结果

使用图1中的校准值和反馈电阻，按照"电路设计"部分和"校准程序"部分中所述，我们进行了一系列试验。

表1、表2和表3显示了低范围模式和高范围模式下的结果。表4、表5和表6显示了每个范围的相对误差和相应读数。具有0.1%或0.2%容差的精密非感性电阻定义了输入（未知电导YX）。表中使用的符号定义如下：

RX：参考电阻

YX：计算的参考电导率

YR：测量的电导率（读数）

RR：测量的电阻（读数）

RR：校正的电阻= RR– RR（对于RX = 0）

低范围电导率测量

表1显示了低范围测量的结果，图4显示了范围的相对误差百分比以及读数的相对误差百分比。在从25μS到2500μS的低范围中，读数的误差百分比不超过0.5%.

图4 低范围内的相对误差

表1.从25μS至2.5 mS的低范围测量数据，RFB = 1 kΩ，RCAL1 = 1 kΩ，RCAL2 = 10 kΩ

高范围电导率测量

表2显示了高范围测量的结果，图5显示了范围的相对误差百分比以及读数的相对误差百分比。在从0.2 mS到200 mS的高范围中，读数的误差百分比不超过3%.

图5 高范围内的相对误差