溫度補償
盛群推BM25S2021-1數位感測器
盛群(Holtek)推出BM25S2021-1電阻式溫溼度數位感測器(Humidity and Temperature Digital Sensor),產品整合濕度及溫度Sensor,經過溫濕度校準及溫度補償,具有高精度、低功耗、容易使用等特性,減少產品開發時程,適合在溫溼度量測、監控等相關產品,如除濕機、冷暖空調、IoT應用。
BM25S2021-1含電源為4-pin接腳,同時提供標準I2C及1-Wire通訊介面。透過接線彈性選擇,產品提供藍牙展示平台,讓使用者快速了解產品特性。
結合溫度補償機制 隔離式pH值量測系統更精確
本文將探討在系統中加入高精準隔離機制。對於包括監視遠離系統的水體pH值、監視持續變化的基準值、或是在發生誤差時保護系統不受高電壓影響等應用情境而言,這種機制至關重要。
pH值衡量液體的酸度與鹹度,其數值是無單位的讀數,定義為氫離子活性對數的負值,公式如下:
pH = –log10 a(H+)
純水的pH值為7,pH值低於7定義為酸性水,高於7則為鹹性水。一般常用的指示劑會根據pH值變成相對應的顏色以用來量測pH值,但這類量測法僅能提供概略的數值。圖1顯示的電路,作用是裝在組合式玻璃電極中執行檢測。其精準度為0.5%的pH值,範圍從0~14,並對溫度進行補償。該電路支援種類眾多的pH感測器,支援高阻抗值,範圍從1 MΩ~數GΩ。
圖1 pH感測器電路連至組合電極
pH值探棒包含一個量測電極以及一個參考電極,整個迴路的作用相當於一個電池。當探棒浸入到受測溶液時,量測電極會根據氫離子活性高低產生相對應的電壓。典型的輸出值是攝氏25度下每個pH值單位為59.14 mV。由於具溫度相依性,這個值可能隨著溫度升高到70 mV/pH。之後這個電壓值再和參考電極比較。若受測溶液為酸性(低pH值)則探棒的輸出值會大於零; 鹹性溶液則會低於零。輸出值再根據以下公式進行計算:
這裡的E是探棒的輸出電壓,E0是標準電極的電動勢(一般為0伏特),實際數據依探棒而異。
R是通用氣體常數。R = 8.31447 J mol−1 K−1。
T為溫度,單位為克耳文(Kelvin)。
n是轉移電子的數量(或當量數)。
F為法拉第常數。F = 96485.34 C mol−1。
pH是已知溶液的氫離子濃度。pHREF = 7,參考電極的參考值。
隔離式ADC構造簡單/精度高
電路的三個主要元件包括偵測的緩衝區、類比數位轉換器(ADC)、以及電壓輸送的隔離器。這裡選用的是緩衝運算放大器,因為它具備低功耗、低雜訊、以及極低的輸入偏壓電流。低輸入偏壓電流通常為200 fA,確保經過內部電阻的電流導致的電壓降會減至最低程度。另一個重要元件為ADC,這裡所選用的是AD7793,這個24位元∑-Δ 轉換器內含整合式電源以及可編程放大器。整合式電流電源產生的電流會經過Pt1000,在這個設計中,會在處理器中進行必要的量測溫度補償步驟。相同的電流還會經過5 kΩ電阻(0.1%容許公差),進而產生1.05伏的參考電壓。電阻的第二功能是拉高共模電壓。經過上述元件以及參考電壓之後,系統就會完全利用ADC的輸入範圍:探棒輸出±414 mV~最高±490 mV。隔離器選用的是ADuM5411,這個隔離式直流對直流轉換器還能同時為ADC的SPI介面提供隔離功能。
為了達到高精準度,選用的運算放大器其輸入偏壓電流為200...