專利名稱：電離平衡常數(shù)綜合測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測定儀，特別涉及一種測定弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)的實驗儀器。
在本實用新型作出之前，在實驗中，尤其是大學物理化學實驗中，通常使用硒整流器或直流穩(wěn)壓電源向蜂鳴器傳輸一個5～6伏相對穩(wěn)定的直流信號，由蜂鳴器將其轉(zhuǎn)換為一組不規(guī)則的鋸齒波，并以脈沖信號的形式提供給工作電橋，從而測定電導池阻值。
但該方法使用的技術(shù)設(shè)備陳舊，加之工作電橋(四臂單電橋)的局限性，使得實驗測定值與理論值有一定差距，甚至差距較大，導致教學實驗效果不理想。這其中包括蜂鳴器發(fā)出的是一組不規(guī)則的鋸齒形脈沖信號，該波形存在著上半周與下半周的不對稱性，以及脈沖信號的沖擊效應，使得無論怎樣調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值和滑線電阻的阻值，都無法在檢測裝置示波器的顯示屏上觀察到一條理想的水平直線，而只能在波形振幅相對較小時記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。而這樣就存在著相當?shù)恼`差。
采用交流信號可以防止電解而改變電解質(zhì)溶液濃度以及極化作用影響改變?nèi)芤旱碾妼?，但電導池對于交流信號而言是一個介質(zhì)損耗較大的電容器，而電容器都存在著功率損耗，等效于一個理想電容器和一個無感電阻的串聯(lián)或并聯(lián)組合；電容和電阻在交流信號的作用下存在相位差，四臂單電橋的工作電橋在測定電導池阻值時，不可避免會受到阻抗的干擾，使得實驗中無論怎樣調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值和滑線電阻的阻值，示波器都無法采集到一條理想的水平直線，必然會產(chǎn)生測定誤差。
實驗裝置中采用接線柱固定和護導線連接，而在示波器采集測試信號時，護導線必然使信號產(chǎn)生失真。
采用單信號波形水平收斂法觀察鋸齒波或正弦波的變化情況，沒有考慮到阻抗Zi＝Ri+jxi虛部對測試結(jié)果的影響，導致測量結(jié)果的精確度和靈敏度低。
滑線電阻采用0～1000Ω，其刻度值以5Ω遞增或遞減，0～5Ω區(qū)間值只能估計讀數(shù)，比較粗糙，因而達不到較高的檢測要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就在于克服上述缺陷，設(shè)計一種采用新測定方法的電離平衡常數(shù)測定儀。
本實用新型的技術(shù)方案是電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其主要技術(shù)特征在于整流穩(wěn)壓電路輸出接正弦信號源，正弦信號源一路接示波器垂直通道，另一路接放大電路，放大電路輸出接并聯(lián)電容比較電橋，輸出至示波器平行通道。
其進一步的技術(shù)方案是并聯(lián)電容比較電橋包括電容、電導池、變阻器、滑線電阻，其中的電容是分段電容，與變阻器并聯(lián)。
本實用新型的優(yōu)點和效果在于(1)用正弦信號源避免了波形不對稱及脈沖信號的沖擊效應；(2)根據(jù)電導池常數(shù)和待測液KCl及HAc的濃度鎖定電容器的電容值；(3)示波器采集測試信號用屏蔽線取代護導線，避免了信號失真；(4)用并聯(lián)電容比較電橋及李沙育圖形法實現(xiàn)對阻抗參數(shù)的精密測量，有效地排除了阻抗虛部對測試結(jié)果的影響，從而最終實現(xiàn)通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻和滑線電阻的阻值以及電容器的電容值，示波器上得到一條理想的水平直線。其測定的實驗數(shù)值與文獻值一致，正確度、精密度高，實驗重復性好(理論與實際一致，在教學實驗中顯得尤其重要)。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積也小，如采用集成分檔可調(diào)精密電阻裝置取代了旋轉(zhuǎn)式電阻箱。


圖1—本實用新型原理方框示意圖。
圖2—本實用新型具體電路圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，220伏交流電經(jīng)過整流穩(wěn)壓電路1形成直流穩(wěn)壓信號輸入正弦信號源2，其中一路直接送至示波器3的垂直通道Y端，另一路輸出至放大電路4，經(jīng)放大后輸出至并聯(lián)電容比較電橋5。而該并聯(lián)電容比較電橋5包括電導池6、變阻器7、滑線電阻8及與變阻器并聯(lián)的電容9。電導池6由外接電導電極、待測溶液以及大試管組成；變阻器7采用集成分檔可調(diào)精密電阻裝置；滑線電阻8為高精度雙線滑線電阻；電容9采用的是分段可調(diào)電容。當測電導池常數(shù)時(用KCl溶液)，電容值在1300～1900PF區(qū)域之間連續(xù)可調(diào)；當測不同濃度HAc時(即測電離常數(shù))，電容值在0～600PF區(qū)域之間連續(xù)可調(diào)。并聯(lián)電容比較電橋5輸出至示波器3的X端，該端與Y端信號正好反相；同時，并聯(lián)電容比較電橋5輸出連接至阻值顯示電路10，阻值顯示電路10連接滑線電阻8滑動端，則并聯(lián)電容比較電橋5就將滑線電阻8一段阻值信號送至阻值顯示電路10。整流電路1提供阻值顯示電路10電能。采用李沙育圖形阻抗法對阻抗參數(shù)進行精密測量。
因采用的并聯(lián)電容比較電橋5是分段電容電橋，所以，在檢測電導池6時，首先將不同試劑在滿足醋酸電離平衡常數(shù)測定實驗要求的前提下，測出其電容值。如下表表1 不同試劑不同濃度時的電容值

根據(jù)上述表1，當用0.01000mol/L KCl溶液測電導池常數(shù)時，接通開關(guān)K，C1、C2并聯(lián)，溶液電容值在1300～1900PF區(qū)域之間連續(xù)可調(diào)；測HAc電離平衡常數(shù)時，斷開開關(guān)K，此時只C2電容值在0～600PF區(qū)域之間連續(xù)可調(diào)。
一般情況下，示波器3屏幕上出現(xiàn)一個任意傾角的橢圓，調(diào)節(jié)變阻器7中的可調(diào)電阻和滑線電阻的阻值，當并聯(lián)電容比較電橋5平衡時，根據(jù)橢圓的變化情況就可確定輸出電壓的幅度和相位變化，并且最后在示波器3屏幕上顯示一條水平直線，滑線電阻8的一段阻值顯示在阻值顯示電路10的屏幕上，一目了然，便于讀數(shù)、記錄。
實驗測定結(jié)果比較。如下表表2 醋酸電離平衡常數(shù)KHAC測定結(jié)果比較(298K) 根據(jù)上述測試結(jié)果比較，本實用新型測定效果優(yōu)于現(xiàn)有儀器。
示波器3采用的是屏蔽線。
權(quán)利要求1.電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其特征在于整流穩(wěn)壓電路輸出接正弦信號源，正弦信號源一路接示波器垂直通道，另一路接放大電路，放大電路輸出接并聯(lián)電容比較電橋，輸出至示波器平行通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其特征在于并聯(lián)電容比較電橋包括電容、電導池、變阻器、滑線電阻，其中的電容是分段電容電橋，與變阻器并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其特征在于阻值顯示電路顯示電阻值最小值為1Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其特征在于并聯(lián)電容比較電橋另一路輸出至阻值顯示電路，阻值顯示電路另一端接滑線電阻滑動端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其特征在于放大電路是負反饋，輸出至示波器水平通道，與示波器垂直通道得到的信號正好反相。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電離平衡常數(shù)綜合測定儀，其特征在于示波器連接線是屏蔽線。
專利摘要本實用新型涉及一種測定弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)的實驗儀器。采用正弦信號源至示波器Y端、放大電路，放大電路至并聯(lián)電容比較電橋，輸出至示波器X端，并聯(lián)電容比較電橋包括電容、電導池、滑線電阻、變阻器，電容為分段式電容。克服了蜂鳴器的波形不對稱、信號沖擊效應，避免了阻抗虛部對測試結(jié)果的影響，阻值顯示，李沙育圖形法實現(xiàn)對阻抗參數(shù)的精密測量，實驗重復性好，測定的實驗數(shù)據(jù)與文獻值一致。
文檔編號G01N27/04GK2648441SQ20032011045
公開日2004年10月13日 申請日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者周鋼, 蘭葉青 申請人:周鋼, 蘭葉青