四电极电导率传感器设计

分类：论文报告    更新时间：09-02    来源：网络

 一、课题综述及研究意义

电导率的传统测量方法是采用两电极技术,测量原理如图a所示,电导率的测量过程中,两电极间加上恒定振幅的电压信号，电极上流经一定的电流Ix,电流大小取决于溶液中所含离子的数量,被测介质的电导率与运算放大器的输出电压成正比。这种两电极技术测量过程中， 电极既是电流电极，又是电压电极。实际上，只要电极上有电流流过，溶液与电极的接触面上就会产生极化电压，使测量产生一定的误差。消除极化电压影响的主要措施是使电流尽量小，接近于零。 四电极技术正是应用这一论点设计的。

 

            图a                            图b

四电极法测量的原理如图b所示，其中b、b’为电流电极，a、a’为电压电极，5为正弦波信号电压发生器。 由于集成运放A的输入阻抗足够高，所以流经电压电极a、a’的电流近似为零，这样测量电极a、a’上就不会产生极化电压，从而消除了极化电压对测量的影响。

目前，国外一些技术先进国家已相继开发出了具有高技术水平的四电极、六电极、七电极、八电极电导率传感器。国内的电极式电导率传感器一般都为二电极、三电极，远远落后于国际水平。近年来，四电极法测量电导率技术发展迅速，但国内开发四电极电导率仪的公司较少，用户使用的电导率仪主要是美国哈希公司、意大利HANNA 公司等国外产品，而且国外的产品价格过高。

二、课题拟采取的研究方法和技术路线

运用所学理论知识研究和验证四电极电导率传感器的实现方法与误差，同时与二电极电导率传感器相比较。

 

三、主要参考文献

 

[1] 李建国.开放式四电极电导率传感器的研制与实验[J].海洋技术, 2005, 03: 5-9+21.

[2]　李学胜,卢欣春,罗孝兵,刘冠军,王军涛,袁颖华.一种四电极电导率传感器的研制[J].传感器与微系统, 2013, 02: 105-107.

[3]　贾文娟,兰卉,李红志.三电极电导率传感器测量电路的研制[J].海洋技术, 2013, 03: 33-36+45.

[4]　周明军,尤佳,秦浩,傅巍,刘其中,徐振忠.电导率传感器发展概况[J].传感器与微系统, 2010, 04: 9-11.

[5]　张高燕,吴少华,赵湛.基于MEMS工艺的硅基四电极电导率与温度集成传感器芯片的研制[J].传感技术学报, 2011, 07: 966-969.

[6]　郑联英.水溶液电导率的测量方法研究[D].北京化工大学,2007.

[7]  胡宗定,王一平.工程电导测试技术[M].天津:天津大学出版社.1990

[8]  童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].第四版.北京:高等教育出版社. 2006. 5 

[9]  杨孙楷,张潞群,曹澄等.电化学式分析仪器[M].北京:机械工业出版社. 1993

[10] 史健芳等.智能仪器设计基础[M].北京:电子工业出版社. 2012. 9

[11] 李建国.开放式四电极电导率传感器的研制与实验［J］.海洋技术, 2005, 24(3) : 5-9.

 

二、毕业设计（论文）工作实施计划www.EEelw.com

（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果

理论分析：

四电极探头结构由两对电极构成。电流电极为圆柱形，相向固定于支架的两平行绝缘壁面上，测量时在其两端施加一交流信号并通过电流，在溶液中建立电场，以消除极化作用的影响，此时被测溶液可等效为纯电阻; 电压电极为圆环形，分别与电流电极精确同轴，用来感应由电流电极产生的电压。通过反馈电路控制电流电极间的交变电流，使电流Ic维持恒定，当溶液的电导率发生变化时，电压电极两端的电压Uc相应发生变化。电压电极回路的电压对应于被测溶液的电导率存在某种对应关系，根据这种关系可通过测量电压电极回路的电压来求得溶液的电导率，即有C = K/Rc= K Ic/Uc，式中C 为电导率; K 为电导池常数; Rc为电导池的阻抗;Ic为通过电流电极的恒定电流; Uc为Rc两端电压降。

软硬件要求：

根据软件要求，尽量制作一个简易四电极电导率传感器并进行验证其特性。

（二）毕业设计（论文）工作进度与安排

起讫日期 工  作  内  容  和  要  求 备  注

4月1日-4月10日 确定课题，了解理论与原理并撰写开题报告

4月11日-4月22日 查资料并提出具体设计方案与研究重点

4月23日-4月30日 着手硬件设计的准备，并整理好整条思路

5月1日-5月18日 依据方案，进行硬件设计

5月19日-5月22日 进行硬件测试与检测，并同时进行数据分析与研究

5月23日-5月26日 质疑与检查硬件

5月26日-5月28日 整理材料，撰写初稿论文

5月28日-5月29日 检查论文并进行相似度检查与调整

5月29日-6月10日 最终修改论文，准备答辩