摘要 温度是影响pH值在线丈量精度和长时刻安稳性的重要因素之一，因而在收集电路中规划温漂低、安稳性高的前级处理电路和高精度的A/D收集电路至关重要。文中选用ADI公司最新出产的低偏置电流、低失调漂移扩大器ADA4505和高精度ADC芯片AD7792，规划的pH值丈量电路，分辨率高、安稳性好、结构简略、功耗低，试验成果表明，该计划能在10～60℃规模内坚持较高的丈量精度。
在pH值在线丈量中，电位分析法是完成在线监测和进程监控的仅有办法，该办法所用的电极被称为原电池，使化学反应能量转成为电能。原电池由两个半电池构成，其间一个半电池称作丈量电极，它的电位与特定的离子活度有关;另一个半电池为参比半电池，一般称作参比电极，它一般是与丈量溶液相通，而且与丈量外表相连。原电池的电压称为电动势(EMF)，依据能斯特方程，pH值与电动势E之间的联系如下
式(1)和式(2)中，aH+为水溶液中氢离子活度;R为气体常数;F为法拉第常数;T为绝对温度，E0为规范电极电位。
从式(1)和式(2)能够看出，pH值核算时的斜率与温度T成线性联系，因而有必要对方程中的斜率进行补偿。此外，因为pH丈量电极上发生的电动势较小，最大只要几百mV，因而关于pH值在线监测传感器，在规划信号扩大和收集电路时，有必要考虑扩大电路随时刻和温度的漂移对pH值的影响，以取得准确且成果可重复的PH值。
1 低温漂扩大和收集电路规划
1.1 DH丈量体系原理框图
一般pH丈量体系包含pH电极、信号扩大电路、A/D收集电路、微操控器和通讯接口，如图1所示。pH电极发生的电动势信号经过缓冲和增益扩大后进入A/D芯片进行模数转化，一起传感器输出的温度信号也送入到A/D芯片进行转化，MCU对收集到的pH信号进行滤波和温度补偿，核算出pH值，然后经过RS485接口送到长途操控主机，一起也可经过V/I电路转化成4～20 mA的电流信号。
如图1所示，要规划一套准确、安稳的pH在线丈量体系，首先要减小温度对信号处理和信号收集电路的影响，这就对处理电路和收集电路提出了更高的要求。
1.2 信号扩大电路规划
因为pH电极具有较大的输出电阻，要完成准确的pH丈量，作为缓冲器的前级，应选用低偏置电流的扩大器。经过低漏电流缓冲级后，信号再供给给增益扩大级，以完成更高的分辨率。为此，在电路规划中挑选ADI公司的ADA4505-2芯片作扩大器，规划的电路如图2所示。该芯片是双通道微功耗扩大器，具有较低的输入偏置电流(典型值0.5 pA)和超卓的PSRR和CMRR功能，其典型失调电压为500μV，0.1～10 Hz内具有2.95μV的低峰峰值电压噪声，满意电路中作为缓冲器和扩大器的要求。此外，该芯片在0～50℃规模内具有较低的失调漂移和偏置电流，对提高电路的温度安稳性具有重要作用。
1.3 信号收集和温度丈量电路
在pH外表的大都运用中只需要供给3位的分辨率，因而选用16位的∑-△ADC即可满意要求，考虑到pH丈量对低噪声和低温漂的要求，选用ADI公司的AD7792作为A/D转化芯片，该芯片内部结构如图3所示。如需更高的收集精度，可选用20位的转化芯片AD7793，其结构原理和引脚功能与AD7792彻底相同。
AD7792含有3个差分模仿输入，集成了片内低噪声外表扩大器，因而可直接输入小信号。当增益设置为64，更新速率为4.17 Hz时，均方根噪声为40 nV。芯片内置一个精细低噪声、低漂移内部带隙基准电压源，也可选用一个外部差分基准电压源。此外，芯片还内置了两个彻底匹配的可编程电流源，适协作RTD温度丈量，以便对pH丈量作温度补偿。温度丈量电路如图4所示。
运用AD7792两个彻底匹配的电流源，能够完成最佳的三线式RTD装备。在图4中，假如只运用一路电流，引线电阻将发生差错，因为鼓励电流流经RL1，将在AIN1+引脚和AIN1-引脚之间发生电压差错。如选用三线式装备，第2个RTD电流源可用于补偿因鼓励电流流经RL所发生的差错。当图中RL1和RL2持平，IOUT1与IOUT2匹配，第2个RTD电流流经RL2后，RL2的差错电压与RL1的差错电压持平，且AIN1+引脚和AIN1-引脚之间无差错电压。虽然在RL3上发生了两倍电压，但因为所发生的电压为共模电压因而，不存在电压差错，温度丈量精度高。
AD7792能够选用内部时钟或外部时钟作业，输出数据速率可经过软件编程设置，在4.17～470 Hz规模内挑选。
2 软件收集流程
MCU的主要功能是完成对pH信号、温度信号的收集和软件滤波，依据收集的温度信号，主动补偿和修正式(1)中的S斜率，核算出待测溶液的pH值，并依据需要转化成4～20 mA的电流信号或经过RS485总线传送到主控核算机。其主要软件流程框图如图5所示。
3 pH测验试验成果
在运用该计划组成的测验体系中，pH电极选用瑞士万通的复合pH玻璃电极。该电极自带pt1000温度传感器，耐温高、碱差小、温度改变呼应快，长寿命LL参比体系安稳性好，pH丈量规模0～14。在测验之前，首先用苯二甲酸氢盐规范缓冲溶液对pH电极进行了校对，然后别离运用磷酸盐规范缓冲溶液和硼酸盐规范缓冲溶液在各种温度下进行5次丈量。丈量均值和差错如表1所示。
从表1能够看出，两种规范缓冲溶液在10～60 ℃规模内，其丈量差错≤±0.02。
4 结束语
选用ADI公司的ADA4505和AD7792芯片规划pH值在线丈量电路，运用AD7792中内置的可编程电流源完成高精度的温度丈量，电路结构简略，实测成果表明该电路具有较高的丈量精度，在10～60℃规模内具有杰出的温度安稳性，能够满意pH丈量体系长时刻在线、高精度丈量。
