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带微处理器的智能混浊度传感器

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 摘要:介绍了一种内置混浊度传感器、电导传感器、温度传感器、A/D转换器、微处理器(μP)和单线I/O接口的智能混浊度传感器APMS-10G,详细阐述了其测量原理及使用注意事项。

    关键词:混浊度;电导;温度;APMS-KIT.exe软件

混浊度(turbidity)亦称不透明度,主要用于表示水或其他液体的不透明程度。当单色光通过含有悬浮粒子的液体时,悬浮粒子引起的光散射会使单色光的强度被衰减,其衰减量即可用来代表液体的混浊度。混浊度是个比值,其单位用NTU来表示。测量混浊度对于环境保护和日常生活具有重要意义。我国早在1986年就制定了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85),规定城市供水企业出厂饮用水的混浊度不得超过3NTU。2001年卫生部制定的《生活饮用水卫生规范》又做出了更严格的规定,要求饮用水的混浊度必须达到1NTU才符合要求。测量混浊度的方法是采用浊度仪(turbimeter),又称浊度计。传统浊度仪的测试性能比较差而且功能单一,无法满足现代测量的需要。近年来,从国外引进的在线浊度仪因价格昂贵也难以大量推广(例如意大利哈纳公司的产品售价就高达7万元~12万元人民币)。最近,美国霍尼韦尔(Honeywell)公司推出了APMS-10G型带微处理器和单线接口的智能化混浊度传感器,该传感器能同时测量液体的混浊度、电导和温度,可用来设计多参数在线检测系统,因而可广泛应用于水质净化,清洗设备及化工、食品、医疗卫生等部门中。
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1 APMS-10G的性能特点

APMS-10G内含混浊度传感器、电导传感器、温度传感器、A/D转换器、微处理器(μP)和单线I/O接口,能直接测量液体的混浊度、电导及温度并转换成数字输出。它是基于软件的虚拟传感器,需要使用Honeywell公司的专用软件来完成检测任务(不包括控制)。APMS-10G的混浊度测量结果实际上是散射光强与发射光强之比,其输出范围是0~4000NTU(对应的输出数据为0.03~10),响应时间为1.3s。测量电导的范围是0.0001mS~15mS(所对应的输出数据为4~255),mS表示毫西门子。由于电导与电阻呈倒数关系,故所对应的电阻值为10MΩ~1kΩ。测量电导的响应时间为0.85s。测量混浊度及电导的误差均为±3个字。测量温度范围是+68°F~+140°F(即+20℃~+60℃),重复性误差小于±4°F,响应时间为0.03s,带微处理器的智能混浊度传感器达到稳定的时间为4min。

APMS-10G可通过9脚RS-232接口与计算机相连,计算机作为主机,传感器工作在从机模式。通信速率为2400b/s。

APMS-10G采用8V~30V直流电源供电,电源电流为16mA(典型值)。最大外形尺寸为φ39.4mm×60.7mm。

2 APMS-10G的测量原理

APMS-10G的内部框图如图1所示,3个引出端分别为电源端(UCC)、地(GND)和单线输入/输出接口(I/O)。内部主要包括四部分:第一是混浊度传感器部分,包括红外LED驱动控制电路、红外光源、发射光探测器、散射光探测器和A/D转换器Ⅰ;第二是电导传感器部分,含镀镍不锈钢探针、电导测量电路和A/D转换器Ⅱ;第三部分和第四部分分别是热敏电阻温度传感器和微处理器(μP)部分。

2.1 混浊度测量原理

测量混浊度的原理图如图2所示。测量时,将传感器的正面浸入被测液体,使液体进入凹槽中。然后采用波长为925nm的红外发光二极管(LED)做光源,并由红外LED驱动控制电路使之发射红外光,最后让红外光穿过液体射到散射光探测器上。由于散射光探测器与发射光探测器互相垂直,因此它只能接收被测液体中微小颗粒所散射来的光线。再把两路光电信号分别送至Δ-Σ式A/D转换器Ⅰ转换成数字量,最后通过μP计算出散射光强与发射光强的比值,即为被测混浊度。

在含有formazin(一种呈悬浮状态并具有光学特性的化学聚合物颗粒)的标准体试样中,实测APMS-10G的比率输出特性曲线如图3所示。测量应在室温下进行,以作为传感器的标定方法。

2.2 电导测量

测量混浊度只能反映出液体中悬浮固体微粒的多少,导电性则取决于溶解于液体中离子

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