电厂锅炉给水pH值检测系统课程设计论文 pH传感器调理电路

pH值的测控广泛应用于食品、制药、化工、表面处理、水处理等领域，它以实时的数据为生产控制带来了极大的方便，解决了化验室跟踪分析时数据严重滞后、不能完全代表装置生产状况的问题。在化学分析和化工过程中，溶液的pH值是一个基本参数。为了实时的测量溶液的pH值，经常会用到pH计（即酸度计）。pH计分为两部分：pH复合电极和变送电路。pH复合电极是传感器，用于拾取溶液的pH值，把pH值转换成与之成正比的微弱电信号；变送电路的作用是把微弱电信号进行放大，并转换成标准的电信号，如电压信号，电流信号或频率信号等。

本次课设主体任务是电厂锅炉给水pH值检测系统设计，分三个阶段进行，此阶段是第一阶段：仪器仪表电子工艺课程设计。此阶段的任务是pH值传感器信号调理电路设计与仿真。设计目的有：了解常用电子元器件基本知识，如电阻、电容、电感，二、三极管，集成电路，包括外观、极性、测试。了解印刷电路板的设计和制作过程，PCB电路设计的基本过程，PCB制造工艺基本过程。掌握电子元器件选型的基本原理和方法，如类型、参数、功率、性价比等方面。了解电路焊接基本知识和基本焊接的方法和技巧、注意事项、助焊、阻焊。了解印制电路板(PCB)设计加工的基本过程及相关概念，单面板、多层板、元器件封装形式。了解信号调理电路的主要功能和存在的必要性，滤波、放大、转换、量程变换等。掌握常见传感器信号调理电路的设计方法，根据具体传感器特点，考虑上述电路实现。掌握相关EDA软件的使用和设计、仿真、调试能力：Protel、Multisim、Proteus。

pH值传感器信号调理电路设计与仿真，要求根据所学的相关电子电路知识给出详细的元件选型表（费用计算），明确电路工作的基本原理和实现方法，对电路的可靠性设计和抗干扰性进行设计说明。在课设的时间里，要每天撰写读书笔记，记录读书内容和心得。提供一份系统硬件电路原理图和电路PCB图。完成上述任务后，要对原理图可行性仿真。

依据设计方案，器件选型、完成原理图设计。信号调理电路的仿真以验证电路可行性，仿真通过后进行PCB图设计。给出元器件封装形式表，要有PCB三维效果图。

为了设计方便，采用Proteus软件进行原理图设计、仿真以及PCB的设计，具有操作简单，视图明了的特点。

在Proteus软件中画出pH值传感器信号调理电路的原理图，如图4-1所示：

图4-1 调理电路原理图

印制电路板（PCB，Printed Circuit Board）设计，是电子产品中最重要的部件之一。电路原理图完成以后，还必须再根据原理图设计出对应的印制电路板图，最后才能由制板厂家根据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板产品。

在完成原理图设计后，应用proteus软件进行PCB电路设计，首先在原理图的设计界面点击ARES图标后，进入到PCB设计界面。选择Board Edge，画出方框，点击Tools–Auto Placer，进行自动布局，然后点击Tools–Auto Router，软件便根据已经设置好的布线规则进行布线。得到pH值传感器信号调理电路的PCB图，如图4-2所示：

图4-2 调理电路的PCB图

如图4-3所示为PCB图的3D效果：

图4-3 PCB图的3D效果

仪器仪表电子工艺设计包括传感器的选型，电量信号的放大，温度测量等内容。其任务是完成非电信号的被测量信息的测量与变送。整个系统在进入A/D转换前的电路均属于信号测量与信号调理的部分，该部分是整个系统的基础，测量信号的准确与否、测量精度和测量误差的决定因素是该部分电路的品质优劣。设计好仪器仪表的电子工艺的任务的重要性可想而知。

仪器仪表电子工艺设计是测控系统的基础，掌握好如何进行仪器仪表电子工艺的设计才能更好地进行自动化的测控设计。所以，仪器仪表电子工艺设计是我们必须掌握的专业技能。仪器仪表是自动化控制系统的前端，是测量、控制反馈的重要部分，我们要懂得仪器仪表如何工作，才能解仪器决仪表所出的故障，保障自动控制系统的正常运行。我们应该在这次课程实际中，学有所得，提高自己的实践操作能力，理论联系实际，为毕业之后的工作做好充分的准备。作为测控技术与仪器专业的学生，我们要学好自己的本职专业，在以后的工作中才能充分发挥自己的专业特长，才能为社会做贡献。

制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调快等等。这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这次课程设计，针对集成运算放大器在Proteus仿真软件中的应用仿真出现了一些问题，但经过不断地查找资料，对比不通电路的构成，与电阻阻值的匹配，终于完成了原理图的绘制与仿真。

完成此次课程设计是掌握专业技能的一个重要环节，我在设计过程中受益匪浅，平时专业课上学习的理论知识只是进行实践设计的基本理论而已，实践的学习很重要，以后要经常把自己所学的东西应用到实践，才能真正学好这门专业课程!