TDS 检测电路设计笔记：读数差异的 5 个工程来源与对策
做净水机、饮水机、智能水杯的工程师，多半遇到过这类客诉：“我拿家里的 TDS 笔一测，和你们机器显示的差了几十 ppm，到底谁准？”
答案往往是：两边可能都没坏，只是测量链路里有几个环节不一样。 这篇笔记把 TDS 测量从探针到输出拆开，逐个看误差从哪里来，以及设计时怎么规避。
一、TDS 不是直接测出来的
TDS（溶解性总固体）的定义是水中溶解物的总质量浓度，严格测量要用称重法：过滤、蒸干、称重。在线和便携设备不可能这么做，实际做法是：
先测电导率（EC），再乘以一个换算系数 k，得到 TDS。
问题就在 k 上。水中不同离子的导电能力不同，同样 1 mg/L 的氯化钠和碳酸氢钙，贡献的电导率并不相同。天然水的换算系数大约在 0.55–0.9 之间，不同厂家按各自的标定溶液和应用场景选取 k 值。
这是读数差异最常见、也最容易被忽略的来源。 同一杯水电导率是 400 μS/cm，k 取 0.5 得到 200 ppm，取 0.7 得到 280 ppm，两支笔都“没错”。
设计建议：
在产品文档中写明所用的换算系数或标定溶液，方便售后解释；
面向特定场景（如 RO 出水）时，用该场景的典型水样标定 k，而不是只用单一标准溶液。
二、温度补偿
电解质溶液的电导率随温度升高而增大，常见天然水中每升高 1 ℃ 大约增加 2% 左右。同一杯水，10 ℃ 和 30 ℃ 时测得的原始电导率能差出三四成。
所以 TDS 读数通常要补偿到 25 ℃ 基准再输出。这里有两个常见坑：
NTC 参数不匹配。 补偿用的温度来自探头内置的 NTC。如果芯片或固件里设定的 NTC 常温阻值、B 值和实际探头不一致，温度算错，补偿就会系统性偏差。以 BA111 为例，默认 NTC 参数为常温 10 kΩ、B 值 3435；换用其他探头时，参考设计中与 NTC 匹配的电阻和指令设定的参数都要同步修改。
温度没平衡就读数。 探头刚放进冷水或热水，NTC 和水体还没达到热平衡，此时读数会持续变化。客诉“一直跳”很多是这个原因，固件里可以加稳定判据再输出。
三、电极极化
如果用直流电压激励探针，离子会在电极表面聚集，形成与外加电压方向相反的极化电势，等效电阻随时间增大，读数持续漂移。长期直流工作还会加速电极腐蚀。
常规做法是交替改变激励极性（双极性驱动或交流激励），让电极表面电荷来回抵消。顺带一提，这也是为什么市面上的“电解棒”演示能让水变色：它刻意用持续直流让电极发生电解，测量电路要做的恰恰相反。
四、探头、容器与安装
这部分误差和电路无关，但在整机里很常见：
容器形状和探头浸入位置会改变电场分布，带来读数偏差。BA111 规格书给出的经验是：这一影响在量程内近似线性，可以用一个已知点做修正。
两个探头测同一水体会互相干扰。 例如净水机进水、出水各放一个探头且距离很近。BA111 规格书建议这种情况下两个探针间距不小于 1 米；做不到时，可以考虑分时测量。
探针表面状态：结垢、油污、气泡附着都会改变有效电极面积。
五、供电与参数配置
电源纹波直接进入测量结果。BA111 要求 3.3 V 供电、纹波小于 20 mV，复杂电磁环境下建议使用隔离电源。
供电电压与标定条件不一致。 以 BA111 为例，芯片最高可以 5 V 供电，但检测结果会在量程内按倍数变大，规格书给出的修正系数是乘以 1.52。忘了这一步，读数就会整体偏高。
基线校准条件：BA111 的基线校准要求探头放入 25 ℃ ± 5 ℃ 的纯净水中执行。在温度不符合的条件下校准，误差会带进后续所有读数。
六、一个参考实现
下面以比特原子的两款 TDS 专用芯片为例，说明上述对策在芯片层面怎么落地。它们只是可选路线之一，用通用 MCU 加分立模拟前端同样可以实现，代价是需要自己处理激励、采集和补偿算法。
| 项目 | BA111 | BA112 |
|---|---|---|
| 测量范围 | 0–3000 ppm | 0–10000 ppm |
| 测量误差 | < 2% F.S. | 0–2000 ppm < 2% F.S.；2000–10000 ppm < 5% F.S. |
| 温度测量 | 0–100 ℃，± 0.5 ℃ | -10–100 ℃，± 0.5 ℃ |
| 通道 | 单通道 | 双通道 |
| 防极化 | 双极性驱动 | 双极性驱动 |
| 其他 | UART（9600 bps）、3.3 V、工作电流 < 3 mA | 探头悬空判断、NTC 开路短路判断、BURST 自动检测模式 |
| 封装 | SOP8 | SOP14 |
| 典型应用 | 反渗透净水机、饮水机、宠物饮水机、智能水杯 | 小家电、净水设备、便携检测设备、传感变送器 |
参数摘自各芯片规格书（BA111 V1.4、BA112 V1.2），以最新版规格书为准。
净水机进水、出水双路检测的场景，双通道方案可以在一颗芯片内完成两路采集，便于做分时测量，避免两个探头同时工作互相干扰。
七、设计检查清单
| 环节 | 检查项 |
|---|---|
| 换算 | 换算系数 k 或标定溶液是否写进产品文档 |
| 温度 | NTC 常温阻值、B 值是否与探头一致；是否有热平衡判据 |
| 激励 | 是否使用双极性或交流激励 |
| 安装 | 多探头间距或分时测量；探头浸入深度和位置是否固定 |
| 供电 | 纹波是否达标；供电电压是否与标定条件一致 |
| 校准 | 校准用水和温度条件是否符合要求 |
八、TDS 测不了什么
最后说一个边界：TDS 只反映溶解离子的总量，不能告诉你是哪种离子，也反映不了有机物、微生物和重金属。用 TDS 判断净水机“滤得干不干净”，只适用于 RO 这类能去除溶解离子的工艺；超滤出水 TDS 和进水基本一样，这是技术特性，不是故障。如果需要监测有机物，要用光谱法等其他手段，这是另一篇笔记的话题。
欢迎在评论区交流 TDS/电导率测量中遇到的工程问题。
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审核编辑 黄宇
