#環境監控 #水質監測 #感測器Sensor #訊號調節 #RS485 #運算放大器OP

【以「電導率」監測水質】

水質監測重要性日益升高，帶動許多相關感測器與訊號調節電路的開發。水質的檢測主要是量測細菌數量、pH 位準、化學物含量、濁度以及電導率等。所有的水溶液都有一定的導電度，添加鹽、酸或鹼之類的電解質到純水中，會提高電導率、降低電阻率。純水不會包含大量的電解質，且當其樣品被施加電壓時只會有少量電流被導通，電導率很低；反之，樣品中存在大量電解質會導致更多的電流被導通，電導率較高。通常我們會以電阻而非電導來思考 (這兩者是相反的)。

電導率系統採用將電極連結至感測器，稱為電導電池。由於電導率具有較大的溫度係數 (高達 4%/℃)，因此整合式的溫度感測器會被包含在電路當中，藉以調整其對於標準溫度的讀數，通常為 25℃ (77℉)。在量測溶液時，水本身電導率的溫度係數也須加以考慮。為精確補償溫度，必須使用第二溫度感測器及補償網路。接觸類型的感測器一般是由兩組相互絕緣的電極所組成，此電極 (一般為 316 不鏽鋼、鈦鈀合金或石墨) 具有特定尺寸與空間，藉以提供已知電池常數。

對於特定範圍內的作業，電池常數必須要與量測系統匹配。電導電池有兩種類型：具有兩組電極以及四組電極 (電極通常被稱為極點)。二極感測器較適合使用在低電導率量測方面，例如淨化水及各種生物與藥物液體；四極感測器較適合高電導率的量測，例如廢水及海水分析等——四極電池消除了因為電極的極化所導致的誤差，以及可能干擾量測的場效。實際的電極組態設定可以是平行環、同軸導體或其它類型，而非簡單平行板。

無論電池的類型為何，最重要的是不可將 DC 電壓用於任何電極上，因為液體中的離子會堆積在電極表面，造成電極的極化、量測誤差及損害。特別注意到具有保護層的感測器，例如，同軸感測器。當金屬容器保存液體時，保護層必須連結到相同的電位上；假如容器接地的話，保護層就必須連結到電路板的接地端，最終的預防就是不要超過電池的額定激磁電壓或電流。完全自給自足的電導率量測系統，適用於量測液體的離子含量、水質分析、工業品質控制及化學分析等。

延伸閱讀：
《完全自動化的自我校正電導率量測系統》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0615/35756.html
(點擊內文標題即可閱讀全文)

#亞德諾ADI #ADuCM360 #ADG1419 #ADG1211 #ADA4077-2 #ADA4000-1 #ADA4528-2 #ADA4627-1 #ADA4638-1 #AD8253 #AD8542 #AD8592 #CN-0359 #ADP2300 #ADP1613

★★【智慧應用開發論壇】(FB 不公開社團：https://www.facebook.com/groups/smart.application/) 誠邀各界擁有工程專業或實作經驗的好手參與討論，採「實名制」入社。申請加入前請至 https://goo.gl/forms/829J9rWjR3lVJ67S2 填寫基本資料，以利規劃議題方向；未留資料者恕不受理。★★

#高功率電源設計 #電源管理 #氮化鎵GaN

【不可不知的材料界新星：氮化鎵】

「氮化鎵」(GaN) 可望逐漸成為「高功率模組」的首選；未來更將擴及低電壓應用，如：高端音訊放大器、無人機、電動車、照明、運算、太陽能板、汽車影像技術，以及任何能接上插座的電器裝置。GaN 是一種由「鎵」和「氮」兩種元素合成的超高速半導體材料，近年來成為學術界和產業界共同關注和著力研發的熱點，矽基 GaN 功率器件更被視作聖杯。與傳統矽元件相較，GaN 在物理特性上具有明顯優勢：

1. 轉換效率高：GaN 的禁帶寬度是矽的 3 倍、臨界擊穿電場是矽 10 倍，意謂在同樣額定電壓下，GaN 的導通電阻約比矽元件低 1,000 倍，大幅降低開關的導通損耗、使功率密度倍增；
2. 工作頻率高：GaN 的電子渡越時間比矽低 10倍，電子速度比在矽中高兩倍以上、反向恢復時間基本可以忽略，因此 GaN 開關功率器件的工作頻率是矽的 20 倍以上！大幅減少電路中電容、電感等儲能元件的體積、模組尺寸可縮小 50%，連帶減少設備體積和原材料消耗，而開關頻率高可減少開關損耗，進一步降低總功耗；
3. 耐受溫度高：GaN 的禁帶寬度高達 3.4eV，本徵電子濃度極低，電子很難被激發，理論上 GaN 可耐受 800℃ 以上的高溫。

為降低 GaN 元件成本，業界設法從製程尋求變通：透過外延技術在更大尺寸的矽基取得 GaN 外延片。如此便可使用成熟的矽製程和設備大量生產，再將矽基 GaN 與光電元件、數控電路整合，集成直接面向終端應用的功能性模組。GaN-on-Si 晶圓仍有三大技術瓶頸待克服：一是失配問題，矽基與 GaN 之間存在晶格常數、熱膨脹係數和晶體結構不匹配；二是極性迥異，由於矽原子間形成的是「純共價鍵」，屬非極性半導體，而 GaN 原子間卻是極性鍵、屬極性半導體；三是矽基上的矽原子擴散，會降低外延層的晶體品質。

或許能以「增壓引擎」來比喻 GaN，只要搭配適合的驅動程式、封裝與其他元件，確實能提升伺服器和資料中心的系統效能；且可避免電子裝置或設備「散熱不佳」，拖累系統運作。當連網已成為日常生活的一部分，人們對高耗電的數位裝置，以及電力和發電廠的依賴也隨之激增；藉由 GaN 改善電路效率，既環保又節能。此外，小自手機，大至高端工業機具和伺服器，各種系統的電路皆需切換數百萬計的小型開關；每一次動作，都會產生熱能、減損供電效率。GaN 可減少生熱，讓開發者能在更小的電路板空間、納入更多的開關設計。

延伸閱讀：
《TI：製程、封裝相助集成，氮化鎵伺機而起》
http://compotechasia.com/a/____/2016/0706/32426.html
(點擊內文標題即可閱讀全文)

#德州儀器TI #http://compotechasia.com/microsite/view.php?aid=32761

[本文將於發佈次日下午轉載至 LinkedIn、Twitter 和 Google+ 公司官方專頁，歡迎關注]：
https://www.linkedin.com/company/compotechasia
https://twitter.com/lookCOMPOTECH
https://goo.gl/YU0rHY