近年來，隨著飲用純凈水、藥用蒸餾水、生物制品用水、動力鍋爐及大型發(fā)電機組冷卻用水需求量的急劇增加，以及木材烘干、糧食水份檢測等技術的廣泛應用，越來越多的產(chǎn)品、技術開始對介質(zhì)的導電性能、成份要求給出準確的分析和評價，而且在實時性、準確度等方面提出了更高的要求。基于上述原因，國內(nèi)外許多著名公司如美國的羅斯蒙特、中國石家莊科達儀表廠等相繼開發(fā)了相應的產(chǎn)品。國外產(chǎn)品的價格明顯偏高，如美國的1054B電導率分析儀離岸價為1600美元，不適于量大面廣的使用。國內(nèi)產(chǎn)品采用純硬件結構，對影響測量結果的介質(zhì)溫度只能作分段象征性的補償，效果不好、準確度低、穩(wěn)定性差。更有甚者，國內(nèi)外同類產(chǎn)品對介質(zhì)流速變化產(chǎn)生的測量誤差均沒有補償措施，儀表在不同條件下也需要人工多次調(diào)整才能使用，不僅影響了生產(chǎn)效率，而且增加了維護成本。基于上述背景，我們提出將專家系統(tǒng)和模糊推理應用于介質(zhì)的在線電導率測量過程中，提出了在線補償和在線學習推理的測量方法，這種方法同國內(nèi)外同類產(chǎn)品中的技術相比，人工參與的機會少，儀表自調(diào)整自學習的能力強。同時，這種方法也為其它相關領域的研究提供了可借鑒的方案。

1智能在線電導率分析儀的結構與功能

智能在線電導率分析儀的結構如圖1所示。這個系統(tǒng)以普通計算機為基礎，用硬件、軟件實現(xiàn)測量系統(tǒng)的功能。圖中激勵信號電路為自制電路，采用交流方波驅(qū)動電路來驅(qū)動電導率傳感器，與現(xiàn)有產(chǎn)品中所采用的橋式電路相比較，不僅在線性度、準確度和測量范圍上都有顯著提高，而且，交流驅(qū)動方式與現(xiàn)有產(chǎn)品中的直流驅(qū)動方式相比，徹底克服了電導率傳感器的極化現(xiàn)象，從根本上保證了測量的精度。通過TCP/IP協(xié)議把采樣數(shù)據(jù)送往上位機，上位機軟件采用LabVIEW程序設計，可以由用戶自己定義、自己設計，以滿足不同的要求。

智能在線電導率分析儀的功能為：

（1）能對本質(zhì)情況進行實時在線檢測，提供故障診斷依據(jù)，檢測參數(shù)為電導率和溫度值；

（2）建立網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，記錄電導率歷史運行數(shù)據(jù)，判斷報警狀態(tài)和報警數(shù)據(jù)；

（3）利用數(shù)字信號處理和統(tǒng)計技術，提供反映電導率的圖譜和統(tǒng)計分析結果；

（4）提供系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)功能，根據(jù)現(xiàn)場具體情況定義相關系統(tǒng)參數(shù)，完成系統(tǒng)重構，以滿足不同用戶的要求；

（5）在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)對水質(zhì)的運行實現(xiàn)遠程監(jiān)控與分析；

（6）實現(xiàn)虛擬儀器的網(wǎng)頁發(fā)布。

2智能在線電導率分析儀的硬件介紹

2.1程控放大部分

程控放大部分由1片CD4051、1片OP07和4個反饋電阻組成。采樣信號進入OP07的正向輸入端，CD4051的X（3腳）接OP07的負向輸入端，A端（11腳）B端（10端）分別與單片機的P3.6與P3.7連接，C（9腳）接地。程序通過對CD4051不同通道的選擇，來構成不同增益的同向放大器，實現(xiàn)對不同范圍的溫度與電導率信號的測量。

2.2AD部分

AD部分由1片CD4040、1片ICL7135、電阻與電容組成。本系統(tǒng)利用ICL7135進行模數(shù)轉(zhuǎn)換與時間成比例的關系，實現(xiàn)單片機與ICL7135的最簡連接。將AT89C52的ALE通過CD4040做8分頻后得到ICL7135所需500K的時鐘。將ICL7135的BUSY和POL分別與單片機的INT0和T1連接。程序?qū)NT0設成門控方式工作，即當INT0腳為高電平時，T0工作在計時方式來計高電平的時間。當ICL7135進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，BUSY信號為高電平，轉(zhuǎn)換結束時BUSY為低電平。由于T0、ALE與系統(tǒng)時鐘頻率之間有一定的比例關系就可以計算出要轉(zhuǎn)換結果。

2.3單片機部分

單片機部分由AT89C52、AT24C08、12M晶振和復位電路構成。其中AT24C08中存儲著系統(tǒng)參數(shù)以及溫度補償數(shù)據(jù)表。

多路開關部分電路如圖2所示，由1片CD4051、電阻、電容和穩(wěn)壓管等組成。CD4051的X接程控放大部分OP07的正向輸入端，A端和B端分別與單片機的P1.7和P1.6連接,C接地。程序通過對CD4051不同通道的選擇，選擇不同的輸入信號，實現(xiàn)對溫度與電導率信號的測量。其中X3通道是電導率信號輸入，X1通道是溫度信號輸入。

2.4激勵電路部分

激勵信號由CD4052的Y通道經(jīng)分壓電阻后激勵電導率傳感器，同時在U1點得到與電導率信號成正比的信號。該信號經(jīng)CD4053的X通道在經(jīng)阻容濾波后，進入CD4051的X0通道后進入程控放大部分。為了去掉CD4052中通道電阻帶來的誤差，在U2點處測得直接加在分壓電阻與電導率的激勵信號，由CD4051的X4、X5通道經(jīng)CD4053的Z通道在經(jīng)阻容濾波后，進入CD4051的X2通道后進入程控放大部分。這樣用U1、U2和分壓電阻的阻值就可以計算出電導率的值。采用CD4094將CPU傳來的轉(zhuǎn)行控制信號，轉(zhuǎn)換成并行的控制信號來控制多路開關選通的通道。

2.5通訊部分

儀表使用異步串行通訊接口,接口電平符合RS232C或RS485標準中的規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為1個起始位、8位數(shù)據(jù)、無校驗位。1個或2個停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為1200～19200bit/S。儀表采用多機通訊協(xié)議，如果采用RS485通訊接口，則可將1～101臺的儀表同時連接在一個通訊接口上。采用RS232C通訊接口時，一個通訊接口只能聯(lián)接一臺儀表。RS485通訊接口通訊距離長達1km以上，只需兩根線就能使多臺AI儀表與計算機進行通訊，優(yōu)于RS232通訊接口。為使用普通個人計算機PC能作上位機，可使用RS232C/RC485型通訊接口轉(zhuǎn)換器，將計算機上的RS232C通訊口轉(zhuǎn)為RS485通訊口。

3結束語

首先，該儀表采用交流方波信號作為激勵信號，提高了測量結果的線性度和精度，防止電導率傳感器在使用過程中的極化現(xiàn)象，延長了使用壽命；其次，該儀表采用專家系統(tǒng)技術和在線可編程技術對介質(zhì)溫度和介質(zhì)流速變化帶來的測量誤差進行的補償，使得測量結果更為精確，體現(xiàn)了儀表的智能化。在不增加制造成本的情況 下，用軟件技術降低了測量誤差，提高了測量精度。另外，雖然整個補償方法采用軟件進行，但是由于是按預置表進行的，因此計算量不大，程序執(zhí)行時間較短，從而保證了測量過程的實時性。為該儀表進入自動控制系統(tǒng)奠定了基礎。