[發明專利]一種基于薄膜鉑熱電阻進行自動溫度補償的pH值變送電路

有效

• 申請號: 202110411576.7
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113189172B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 管力明;陳德傳;馬雪晴
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/36;G01K7/18;G01K15/00;H03F3/45
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1.一種基于薄膜鉑熱電阻進行自動溫度補償的pH值變送電路，其特征在于，包括：薄膜熱電阻TD1、復合電極GE1、放大器IC1、信號運放IC2、補償運放IC3、基準源IC4、反相運放IC5、V/I運放IC6、跟隨器IC7、補償電位器RP1、基準電位器RP2、輸入電阻R1、偏置電阻R2、放大電阻R3、參考電阻R4、反相電阻R5、上分壓電阻R6、下分壓電阻R7、基準電阻R8、檢測電阻R9、檢測電阻R10、左分壓電阻R11、右分壓電阻R12、補償電阻R13、運算電阻R14、正端電阻R15、負端電阻R16、正反饋電阻R17、負反饋電阻R18、跟隨電阻R19、取樣電阻R20、負載電阻RL、濾波電容C1、跟隨電容C2；

薄膜熱電阻TD1的一端與輸出電阻R10的一端、信號運放IC2的輸出端OUT端連接，薄膜熱電阻TD1的另一端與補償電阻R13的一端連接，復合電極GE1的負端Eph-端接地，復合電極GE1的正端Eph+端與輸入電阻R1的一端連接，輸入電阻R1的另一端與濾波電容C1的一端、放大器IC1的正輸入端IN+端連接，濾波電容C1的另一端接地，基準源IC4的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，基準源IC4的地端GND端接地，基準源IC4的輸出端OUT端與偏置電阻R2的一端、參考電阻R4的一端、上分壓電阻R6的一端連接，參考電阻R4的另一端與反相電阻R5的一端、反相運放IC5的負輸入端IN-端連接，反相電阻R5的另一端與下分壓電阻R7的一端、反相運放IC5的輸出端OUT端、左分壓電阻R11的一端連接，反相運放IC5的正輸入端IN+端接地，反相運放IC5的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，反相運放IC5的負電源端-V端與電路負電源端-VSS端連接，左分壓電阻R11的另一端與右分壓電阻R12的一端、負端電阻R16的一端連接，右分壓電阻R12的另一端接地，下分壓電阻R7的另一端與基準電位器RP2的右端連接，基準電位器RP2的左端與上分壓電阻R6的另一端連接，基準電位器RP2的中心端與基準電阻R8的一端連接，偏置電阻R2的另一端與放大電阻R3的一端、放大器IC1的負輸入端IN-端連接，放大電阻R3的另一端與放大器IC1的輸出端OUT端、檢測電阻R9的一端連接，放大器IC1的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，放大器IC1的負電源端-V端與電路負電源端-VSS端連接，信號運放IC2的負輸入端IN-端與基準電阻R8的另一端、檢測電阻R9的另一端、輸出電阻R10的另一端連接，信號運放IC2的正輸入端IN+端接地，信號運放IC2的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，信號運放IC2的負電源端-V端與電路負電源端-VSS端連接，補償電阻R13的另一端與運算電阻R14的一端、補償運放IC3的負輸入端IN-端連接，運算電阻R14的另一端與補償電位器RP1的一端連接，補償電位器RP1的另一端與中心端均與補償運放IC3的輸出端OUT端、正端電阻R15的一端連接，補償運放IC3的正輸入端IN+端接地，補償運放IC3的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，補償運放IC3的負電源端-V端與電路負電源端-VSS端連接，正端電阻R15的另一端與正反饋電阻R17的一端、V/I運放IC6的正輸入端IN+端連接，正反饋電阻R17的另一端與取樣電阻R20的一端、負載電阻RL的一端連接，負載電阻RL的另一端接地，V/I運放IC6的負輸入端IN-端與負端電阻R16的另一端、負反饋電阻R18的一端連接，V/I運放IC6的輸出端OUT端與取樣電阻R20的另一端、跟隨電阻R19的一端連接，V/I運放IC6的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，V/I運放IC6的負電源端-V端與電路負電源端-VSS端連接，跟隨運放跟隨器IC7的正輸入端IN+端與跟隨電阻R19的另一端、跟隨電容C2的一端連接，跟隨電容C2的另一端接地，跟隨器IC7的負輸入端IN-端及其輸出端OUT端均與負反饋電阻R18的另一端連接，跟隨器IC7的正電源端+V端與電路正電源端+VCC端連接，跟隨器IC7的負電源端-V端與電路負電源端-VSS端連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于薄膜鉑熱電阻進行自動溫度補償的pH值變送電路，其特征在于電路參數配合關系如下：

設：E_pH：pH復合電極的電位，單位：V；E₀：電極零電位，單位：V，R：氣體常數，8.314單位：F：法拉第常數，96485，單位：C/mol；k_pH：電極變換系數，單位：V/pH；β：電極溫度因子，單位：1/℃；I₀：電路輸出電流，單位：A，I₀∈[I_0min,I_0max]；V_ref：電路基準電壓，單位：V；u_p：零電位補償信號，單位：V；u_i0：輸出偏置信號，單位：V；R_T0：熱電阻零溫度值，單位：Ω；t、t_max：使用環境溫度及其最大值，單位：℃；Vcc、Vss：分別為電路正、負電源電壓，單位：V，且|Vcc|＝|Vss|；

pH電極輸出信號：

薄膜鉑熱電阻特性：

R4＝R5 (4)

R6＝R7 (5)

R8＝R9

R13＝0.06755R_T0 (10)

R15＝R16 (11)

R17＝R18 (12)

式(15)為電路實現的輸出電流信號與pH值間的關系。