本發(fā)明涉及一種集成了測(cè)量溶液酸堿濃度、溶解氧濃度和電導(dǎo)率等信號(hào)調(diào)理的電路，具體說(shuō)是一種儀表一體化控制方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)從早期傳統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)模式轉(zhuǎn)移到了工業(yè)化生產(chǎn)上，國(guó)內(nèi)制造業(yè)對(duì)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)提出了旺盛的需求，只有發(fā)揮各儀器、儀表設(shè)備的輔助作用才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。隨著時(shí)間的推移,早期使用的儀器、儀表設(shè)備已滿足不了新時(shí)期工業(yè)生產(chǎn)的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，帶來(lái)了儀器、儀表設(shè)備產(chǎn)業(yè)的一次技術(shù)革命。儀器、儀表設(shè)備在實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理和通訊功能等多方面取得進(jìn)展。到20世紀(jì)90年代，在高精度、多功能的測(cè)量?jī)x器中基本上都采用了微處理器技術(shù)，這就為智能儀表的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的儀表設(shè)備輸出為模擬量，遠(yuǎn)距離傳輸容易受干擾，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多時(shí)，布線難度也隨之增加。智能儀表雖然帶有微處理器，并且強(qiáng)化了總線通訊功能，但是沒(méi)有控制功能。微處理器作為儀表的專用設(shè)備，其開(kāi)放性差，也造成了資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N儀表一體化控制方法，其在PLC的基礎(chǔ)上通過(guò)外置調(diào)理電路將一次表接入PLC，很好的解決了傳統(tǒng)儀表設(shè)備的傳輸問(wèn)題，憑借PLC豐富的I/O資源和強(qiáng)大的通訊功能，大大降低控制系統(tǒng)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案是：一種儀表一體化控制方法，具體為：

酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板、溶解氧信號(hào)調(diào)理板、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理板采集各自回路傳感器數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為可編程控制器能識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；

將可編程控制器的指令庫(kù)擴(kuò)充酸堿濃度測(cè)量、電導(dǎo)率測(cè)量、溶氧濃度測(cè)量等不同種類的功能塊指令；

根據(jù)接入信號(hào)的不同使用相應(yīng)的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信號(hào)的標(biāo)定、校準(zhǔn)和測(cè)量。

進(jìn)一步的，所述酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板，具體包括：隔離DC-DC輸出正負(fù)15V兩組電源，經(jīng)過(guò)整流濾波后送入降壓原件，產(chǎn)生一組正負(fù)12V電源供給放大電路使用；

PH電極輸出的兩根信號(hào)線直接接在U_PH+、U_PH-上，在電路輸入端由穩(wěn)壓管構(gòu)成保護(hù)電路；用高阻絕緣線將PH電極輸出信號(hào)引入印刷線路板；

進(jìn)一步的，溶解氧信號(hào)調(diào)理板，包括三電極電化學(xué)傳感器；所述三電極電化學(xué)傳感器，包含工作電極WE，參比電極RE和輔助電極CE；工作電極WE的作用是在電極表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；參比電極RE在沒(méi)有電流流過(guò)的情況下，用來(lái)維持工作電極與參比電極間電壓的恒定；輔助電極CE用來(lái)輸出反應(yīng)產(chǎn)生的電流信號(hào)，由I-V轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大。

更進(jìn)一步的，電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理板，具體為：雙極性脈沖對(duì)電導(dǎo)池進(jìn)行激勵(lì)；通過(guò)分壓電阻調(diào)節(jié)雙頻率幅值的大小，再經(jīng)過(guò)高通濾波器后，脈沖由單極性轉(zhuǎn)換為雙極性，運(yùn)放緩沖后激勵(lì)電導(dǎo)池。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，能夠取得如下的技術(shù)效果：本申請(qǐng)很好的解決了傳統(tǒng)的儀表設(shè)備的傳輸問(wèn)題。憑借PLC豐富的I/O資源和強(qiáng)大的通訊功能，大大降低控制系統(tǒng)成本；用戶可免去安裝二次儀表及變送單元，成本低且維護(hù)方便。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明共有附圖4幅：

圖1為實(shí)施例中儀表一體化控制器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例中酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板示意圖；

圖3為實(shí)施例中溶解氧信號(hào)調(diào)理板示意圖；

圖4為實(shí)施例中電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理板示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

酸堿濃度、電導(dǎo)率、氧含量作為水分析領(lǐng)域的重要電化學(xué)參數(shù)，與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，如何準(zhǔn)確有效地對(duì)其測(cè)量，具有重要的實(shí)際意義。智能傳感器具有信號(hào)標(biāo)定、測(cè)量、校準(zhǔn)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，使用方便但成本較高，對(duì)于大規(guī)模信號(hào)采集的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，設(shè)備與布線成本巨大。研究?jī)x表控制器一體化技術(shù)，在可編程控制器中增加多路信號(hào)調(diào)理與激勵(lì)電路，擴(kuò)展酸堿濃度、電導(dǎo)率、溶氧等儀表功能塊指令，實(shí)現(xiàn)低成本高精度的多路信號(hào)采集。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種儀表一體化控制方法，酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板、溶解氧信號(hào)調(diào)理板、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理板采集各自回路傳感器數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為可編程控制器能識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；將可編程控制器的指令庫(kù)擴(kuò)充酸堿濃度測(cè)量、電導(dǎo)率測(cè)量、溶氧濃度測(cè)量等不同種類的功能塊指令；根據(jù)接入信號(hào)的不同使用相應(yīng)的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信號(hào)的標(biāo)定、校準(zhǔn)和測(cè)量。

酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板的實(shí)現(xiàn)方法具體為：

隔離DC-DC輸出正負(fù)15V兩組電源，經(jīng)過(guò)整流濾波后送入78L12和79L12，產(chǎn)生一組正負(fù)12V電源供給放大電路使用。在這里使用了線性穩(wěn)壓器而沒(méi)有使用開(kāi)關(guān)電源，雖然開(kāi)關(guān)電源效率高，但由于其工作原理，難免產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)噪聲而且難以消除。一般來(lái)說(shuō)運(yùn)算放大器的電源抑制比會(huì)隨頻率滾降，所以開(kāi)關(guān)電源的紋波會(huì)體現(xiàn)在放大電路的輸出端，最終影響測(cè)量精度。

PH電極輸出的兩根信號(hào)線直接接在U_PH+、U_PH-上，在電路輸入端由穩(wěn)壓管構(gòu)成的保護(hù)電路可有效地保護(hù)運(yùn)放輸入端不被外界高壓擊穿。為消除電極引線漏電，用高阻絕緣線替換普通引線將電極輸出信號(hào)引入印刷線路板；為了防止線路板上電極引線連接端子漏電，故將電極引線直接焊在了印刷線路板上，從而不需要連接端子連接；為消除印刷電路板引線間漏電對(duì)測(cè)量電路輸入阻抗的影響，布線時(shí)在印刷電路板的正反面均用環(huán)線將接線端、運(yùn)放的正輸入端和保護(hù)元件包圍，并與運(yùn)放的負(fù)極輸入端相連，利用運(yùn)放正負(fù)兩個(gè)輸入端等電位相等特性，輸入信號(hào)在線路板上對(duì)其他部件的漏電均由絕緣環(huán)提供，而對(duì)輸入信號(hào)沒(méi)有影響，從而有效地提高了線路板的輸入阻抗，消除了電路板的絕緣電阻對(duì)放大電路輸入阻抗的影響。

溶解氧信號(hào)調(diào)理板的實(shí)現(xiàn)方法：

其電源電路與酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板類似，前級(jí)為隔離式DC-DC電路，后級(jí)經(jīng)線性穩(wěn)壓輸出供電。溶解氧平衡式三電極需要在0.6～0.8V直流激勵(lì)下進(jìn)行工作。本申請(qǐng)通過(guò)對(duì)2.5V基準(zhǔn)源MC1403輸出分壓，得到0.66～0.86V范圍可調(diào)的直流激勵(lì)源。

三電極電化學(xué)傳感器包含工作電極WE、參比電極RE和輔助電極CE。工作電極WE的作用是在電極表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；參比電極RE在沒(méi)有電流流過(guò)的前提下，用來(lái)維持工作電極與參比電極間電壓的恒定；輔助電極CE用來(lái)輸出反應(yīng)產(chǎn)生的電流信號(hào)，由I-V轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大。

如果直接在工作電極和參比電極間加電壓，在電壓的作用下，工作電極表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。由于此時(shí)工作電極和參比電極間形成回路，反應(yīng)所產(chǎn)生的電流將通過(guò)參比電極輸出，隨著反應(yīng)電流的變化，工作電極和參比電極間的電壓也會(huì)發(fā)生改變，無(wú)法保持恒定。加入輔助電極，就是要通過(guò)反饋?zhàn)饔檬构ぷ麟姌O和參比電極間的電壓保持恒定，保證參比電極沒(méi)有電流流過(guò)，強(qiáng)迫反應(yīng)電流全部通過(guò)輔助電極輸出。

電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理板的實(shí)現(xiàn)方法具體為：

其電源電路與酸堿濃度信號(hào)調(diào)理板類似，前級(jí)為隔離式DC-DC電路，后級(jí)經(jīng)線性穩(wěn)壓輸出供電。

頻率發(fā)生部分由74HC4060及其外圍電路構(gòu)成，通過(guò)可編程控制器的DQ輸出控制CD4052對(duì)74HC4060輸出的兩個(gè)頻率進(jìn)行切換。兩個(gè)輸出頻率分別為244Hz和31.250KHz，分別由74HC4060的Q13和Q6分頻得到。

為消除電導(dǎo)率測(cè)量過(guò)程中電容效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，須由雙極性脈沖對(duì)電導(dǎo)池進(jìn)行激勵(lì)。通過(guò)分壓電阻調(diào)節(jié)雙頻率幅值的大小，經(jīng)過(guò)高通濾波器后，脈沖由單極性轉(zhuǎn)換為雙極性，經(jīng)過(guò)運(yùn)放緩沖后激勵(lì)電導(dǎo)池。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。