一种新型溶解氧测定仪的研制

　　0　引　　言

　　根据GB8587-88,标准溶解氧测定仪的精度是0.3mg/L,常用的溶氧仪(DO)为极谱型传感器(膜伏安法)[1～2],但这类传感器灵敏度受温度影响较大.本文提出一种采用单片机系统对温度影响进行补偿,并可对传感器进行校准,使DO的测定结果可达到0.1mg/L.另外,一般的电脑溶氧仪是将与其匹配的溶氧电极典型温度特性存入单片机的EPROM中,一旦输入就不再更改.然而同一品种电极之间的特性总有一定差异,再加上使用过程中电极的老化,尤其残余电流变大,其温度补偿会偏离正确值,这是目前市面上电脑溶氧仪不完善之处.本设计不仅能够连续、在线、自动监测水体的温度及溶解氧,而且用户可根据当时使用电极的温度特性输入至E2PROM中,长期获得正确补偿.

　　1　仪器概述

　　1.1　仪器的电路设计

　　本仪器采用交流220V为电源,经变压、整流、滤波后获得±5V稳直流电源,供给单片计算机及模拟部分应用.由于+5V耗电较多(约1A),故稳压电路由两个7805并联进行,这两个集成块尽量挑选性能接近者配对使用,并各加散热片.变压器为20W以上.系统组成框图如图1所示.

　　温度的测量:溶解氧传感器经过后级放大与变换,获得0～40℃变换为0.2～2.2V的输出电压,并送单片机实现显示与补偿功能;氧传感器放大电路:电极采用伏安方式.此外由于大气压力的变化会影响水的溶解氧的浓度,还要随时进行大气压力的补偿.

　　1.2　单片机硬件系统设计

　　微机系统以MCS-51单片机为仪器的核心组成部分,中央处理器为8031CPU,扩展了程序存储器E-PROM2764和E2PROM2864,MC14433 A/D转换器,键盘输入及LED显示系统等部分.

　　1.2.1　数据采集系统:　A/D转换是数据采集系统的核心,它将前置放大电路送来的温度信号或溶解氧信号换成数字信号送到CPU.MC14433双积分式A/D转换器[3]分辨率为3位半,满度字位为1999,转换速度为3～10次/s,抗干扰性好.由于MC14433只有一路输入信号,利用4066双向门控开关信号切换.数据采集系统电路原理图如图2所示.

　　1.2.2　键盘输入及LED显示系统:　8031的RXD串行口扩展了一片74LS164,分别用于“测量”,“温度”,“校正”,“调零”四个按键.显示系统采用四位LED显示,也由8031的串行输出,每次送四个数.键盘电路如图3所示,LED显示电路如图4所示.

　　1.2.3　8031控制及外部扩展系统:　根据设计的需要,8031分别外接了8K字节EPROM2764和8K字节E2PROM2864.2764用于存储汇编的监控程序和数据,2864用来存储每个性能各异的氧传感器的资料,当传感器性能有所变化时,可重新输入,以保证仪器的准确度且数据不会丢失.

　　1.3　单片微机软件系统设计