全自动自校准电导率测量系统

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类似地，PWM2信号使U13采样保持缓冲器可在传感器电压的正周期采样，然后保持直至下一个采样周期。因此，U13采样保持缓冲器输出等于传感器电压方波正幅值对应的直流电平。

采样保持缓冲器（ADA4638-1）的偏置电流典型值为45 pA，而ADG1211开关的漏电流典型值为20 pA。因此，4.7 µF保持电容的最差情况漏电流为65 pA。对于100 Hz激励频率而言，周期为10 ms。由于65 pA漏电流而导致的半周期（5 ms）内压降为（65 pA × 5 ms） ÷ 4.7 µF = 0.07 µV。

ADA4638-1零漂移放大器的失调电压典型值仅为0.5 µV，其误差贡献可以忽略不计。

信号链上位于ADC前面的最后一级是ADA4528-2 反相衰减器（U12A和U12B），其增益为−0.16，共模输出电压为+1.65 V。ADA4528-2的失调电压典型值为0.3 µV，因此误差贡献可以忽略不计。

衰减器级可将±10 V最大信号降低为±1.6 V，共模电压为1.65 V。该范围为与ADuCM360 ADC输入范围相当，即采用3.3 V AVDD电源时为0 V至3.3 V （1.65 V ± 1.65 V）。

衰减器级同样提供噪声过滤功能，其−3 dB频率约为198 kHz。

电压通道VOUT1的差分输出施加到ADuCM360的AIN2和AIN3输入端。电流通道VOUT2的差分输出施加到ADuCM360的AIN0和AIN1输入端。

计算输出的两个等式如下所示：

电导池电流由下式确定：

V2P-P电压由下式确定：

求解等式8的IP-P，然后代入等式7，求得YX：

求解等式5和等式6的V1P-P和V2P-P，然后代入等式9，求得：

等式11显示电导率测量取决于G1、G2和R47，以及VOUT2和VOUT1的比值。因此，ADuCM360内置的ADC无需使用精密基准电压源。

AD8253增益误差（G1和G2）最大值为0.04%，并且R47选择0.1%容差的电阻。

从该点开始，VOUT1和VOUT2信号链的电阻便决定了总系统精度。

软件对每个AD8253的增益按如下所述进行设置：

? 如果ADC代码超过满量程的94%，则AD8253的增益在下一个采样减少10倍。

? 如果ADC代码低于满量程的8.8%，则AD8253的增益在下一个采样增加10倍。

系统精度测量

下列4个电阻影响VOUT1电压通道的精度：R19、R20、R29和R31。

下列5个电阻影响VOUT2电流通道的精度：R47、R37、R38、R48和R52。

假设所有9个电阻均为0.1%容差并包括AD8253的0.04%增益误差，则最差情况下的误差分析表明误差约为0.6%。分析内容在CN-0359设计支持包中。

在实际应用中，电阻误差更有可能采取RSS方式进行组合，且正或负信号链上的电阻容差导致的RSS误差为√5 × 0.1% = 0.22%。

使用1 Ω至1 MΩ（1 S至1 μS）精密电阻进行精度测量，以仿真电导池。图6显示了结果，最大误差不到0.1%。

图6.系统误差（%）与电导率（1 μS至1 S）的关系。

RTD测量

电导率测量系统精度只有经过温度补偿才能达到最佳。由于常见溶液温度系数在1%/°C至3%/°C或更高值之间变化，因此必须使用带有可调温度补偿的测量仪器。溶液温度系数在某种程度上是非线性的，通常还随着实际电导率变化。因此，在实际测量温度下进行校准可以达到最佳精度。

ADuCM360内置两个匹配的软件可配置激励电流源。它们可单独配置，提供10 μA至1 mA电流输出，匹配优于0.5%。电流源允许ADuCM360针对Pt100或Pt1000 RTD轻松执行双线式、三线式或四线式测量。软件还能自动检测RTD是否为Pt100或Pt1000。

下文给出了不同RTD配置如何工作的简化原理图。所有模式切换均通过软件实现，无需改变外部跳线设置。

图7显示了四线式RTD配置。

图7.4线RTD连接配置。

每个连接远程RTD的引脚寄生电阻以RP表示。激励电流（IEXC）流过1.5 kΩ精密电阻和RTD。片上ADC测量RTD（V6 – V5）两端的电压，并使用R13 （V7 – V8）两端的电压作为基准电压。

选择R13电阻和IEXC激励电流值，使得AIN7上的ADuCM360 最大输入电压不超过AVDD − 1.1 V，这一点非常重要；否则，IEXC电流源会工作异常。

RTD电压可以使用两个连接AIN6和AIN5的检测引脚进行精确测量。输入阻抗约为2 MΩ（无缓冲模式，PGA增益 = 1），并且流过检测引脚电阻的电流引起的误差极小。然后，ADC测量RTD电压（V6 − V5）。

随后便可按如下所示计算RTD电阻：

测量值是一个比例值，且与精确的外部基准电压无关，而仅与1.5 kΩ电阻容差有关。此外，四线式配置可消除引脚电阻相关的误差。

ADuCM360提供带缓冲与不带缓冲的输入选项。