專利名稱：溶液酸堿值測(cè)量法及測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種用于測(cè)量溶液酸堿值(pH值)的測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x。
溶液酸堿值測(cè)量技術(shù)廣泛用于化學(xué)、化工、環(huán)境保護(hù)、教學(xué)、科研、生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)和冶金等領(lǐng)域，其發(fā)展速度也相當(dāng)迅速。從現(xiàn)有技術(shù)看，溶液酸堿值的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x已有多種，而最新推出的測(cè)量方法和測(cè)量裝置是日本。日本專利技術(shù)Jp60-7355它是將絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的離子傳感器，置于電介液，通過測(cè)定離子活度在絕緣膜上發(fā)生的膜電位變化，再測(cè)定與膜電位成比例的漏極電流，經(jīng)溫度校正后得出溶液酸堿值。然而，這種測(cè)量裝置所用元件較多，操作不太方便。其測(cè)量方法所用的電路，包括除法電路在內(nèi)均由模擬電路構(gòu)成，特別是溫度校正部份，易受環(huán)境溫度影響，容易帶來測(cè)量誤差。
本發(fā)明的目的在于，克服上述缺點(diǎn)，提出一種既能自動(dòng)進(jìn)行溫度校正，又能簡(jiǎn)化測(cè)量過程，提高測(cè)量精度，還可用數(shù)字顯示方式直觀顯示其測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明的原理是，用參比電極和對(duì)氫離子敏感的測(cè)量電極，置入待測(cè)溶液構(gòu)成一個(gè)原電池，通過測(cè)量原電池的電動(dòng)勢(shì)，再利用描述該電動(dòng)勢(shì)和溶液酸堿值之間關(guān)系的能斯特(NernSt)方程求出溶液的酸堿值。能斯特方程為
E＝EO(T)+K·T·pH方程中E為置入溶液中測(cè)量電極和參比電極之間的電動(dòng)勢(shì)T為絕對(duì)溫度，K為常數(shù)，pH為溶液的酸堿值，EO(T)為和絕對(duì)溫度有關(guān)的電極標(biāo)準(zhǔn)電位。由能斯特方程看出，測(cè)量電極與參比電極之間的電動(dòng)勢(shì)，不但與溶液的酸堿值有關(guān)，而且和溶液的溫度也有關(guān)。想要準(zhǔn)確測(cè)量溶液的酸堿值，就必須校正由于溶液溫度所產(chǎn)生的影響。本發(fā)明的具體方案是，利用玻璃電極和參比電極或由其二者組成的復(fù)合電極，作為酸堿值測(cè)量的傳感器，利用半導(dǎo)體pN結(jié)作溫度傳感器，再利用由電阻、電位器、恒流二極管、運(yùn)算放大器、雙積分型模-數(shù)集成塊及顯示器件組成能自動(dòng)進(jìn)行溫度校正的數(shù)字式酸堿值測(cè)量?jī)x。其測(cè)量方法是，對(duì)由玻璃電板和參比電板，或由二者組成的復(fù)合電極，置于溶液中所產(chǎn)生的電信號(hào)，和由置于同一溶液中pN結(jié)溫度傳感器所產(chǎn)生的電信號(hào)，通過運(yùn)算放大器進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算，然后同時(shí)進(jìn)行除法和模-數(shù)變換，最后給出溶液酸堿值的數(shù)字顯示。用上述測(cè)量?jī)x和測(cè)量方法，完成和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
下面結(jié)合本發(fā)明所附的原理圖作詳細(xì)說明。
圖中〔1〕為由玻璃電極和參比電極或由二者所組成的復(fù)合電極所構(gòu)成的酸堿值傳感器，〔2〕為高輸入阻抗運(yùn)算放大器，〔3〕為電位器，〔4〕為電位器，〔5〕為電阻，〔6〕為電阻，〔7〕為運(yùn)算放大器，〔8〕為電位器，〔9〕為恒流二極管，〔10〕為半導(dǎo)體pN結(jié)溫度傳感器，〔11〕為電阻，〔12〕為電阻，〔13〕為電阻，〔14〕為運(yùn)算放大器，〔15〕為開關(guān)(用于儀器調(diào)試，在正式測(cè)量時(shí)，開關(guān)處于“合”位置)，〔16〕為由雙積分型模-數(shù)變換集成塊和阻容元件所構(gòu)成的模-數(shù)變換電路，〔1〕為顯示電路，〔18〕為電阻，〔19〕為電阻。
由能斯特方程和本發(fā)明的原理及具體技術(shù)方案可以看出，溶液溫度的變化直接影響酸堿值傳感器輸出的電勢(shì)差，從而影響酸堿值的測(cè)量。要想準(zhǔn)確測(cè)定溶液的酸堿值，就必須對(duì)被測(cè)溶液溫度影響進(jìn)行校正，即對(duì)方程中EO(T)項(xiàng)的校正，并稱為定位補(bǔ)償，對(duì)方程中K·T·pH項(xiàng)的校正，并稱為溫度補(bǔ)償。本發(fā)明所用的復(fù)合電極，具有在某個(gè)確定的酸堿值的溶液中其電勢(shì)差不隨溫度變化的特點(diǎn)，即EO(T)是溫度的線性函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為EO(T)+K·T·pHO＝常數(shù)式中pHO是某個(gè)確定的pH值，一般pHO＝7。酸堿值傳感器〔1〕的輸出信號(hào)和電位器〔4〕的電壓信號(hào)在運(yùn)算放大器〔2〕進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算，然后，運(yùn)算放大器〔2〕的輸出信號(hào)和由運(yùn)算放大器〔14〕輸出的與溶液溫度有關(guān)的電壓信號(hào)在運(yùn)算放大器〔7〕進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算，以消除能斯特方程中EO(T)項(xiàng)所產(chǎn)生的電壓分量，從而完成定位補(bǔ)償。另外，把運(yùn)算放大器〔14〕輸出的與被測(cè)溶液溫度有關(guān)的電壓信號(hào)的一部份，作為雙積分型模-數(shù)變換電路〔16〕的基準(zhǔn)電壓，運(yùn)算放大器〔7〕輸出僅與K·T·pH項(xiàng)有關(guān)的電壓信號(hào)，作為雙積分型模-數(shù)變換電路的被測(cè)輸入電壓。這樣就可利用雙積分型模-數(shù)變換電路的特點(diǎn)，在進(jìn)行模-數(shù)變換的同時(shí)，完成被測(cè)輸入電壓和基準(zhǔn)電壓相除功能，從而在已經(jīng)消去EO(T)所產(chǎn)生的電壓的基礎(chǔ)上，再消去由于溶液溫度變化對(duì)K·T·pH項(xiàng)所造成的影響，從避免模擬電路作除法運(yùn)算時(shí)所造成的大的誤差。與此同時(shí)，從雙積分型模-數(shù)變換集成塊輸出的信號(hào)，已是可供顯示器件使用的七段碼信號(hào)，可直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示元件，達(dá)到顯示溶液酸堿值的目的。
本發(fā)明已有成功實(shí)施例，實(shí)施例中復(fù)合電極為65-1型，高輸入阻抗運(yùn)算放大器由絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為輸入級(jí)的運(yùn)算放大器構(gòu)成，雙積分型模-數(shù)變換集成塊為ICL7106，顯示器件用液晶顯示片3551，線路中所有電阻均為金屬膜電阻器，所用電位器均為線繞電位器。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、測(cè)量?jī)x所用元件數(shù)少，便于操作使用，所用方法簡(jiǎn)便可行;
2、本發(fā)明所用復(fù)合電極，具有在某個(gè)確定酸堿值溶液中其電勢(shì)差不隨溫度變化的特點(diǎn)，加上本發(fā)明對(duì)溫度影響項(xiàng)進(jìn)行溫度自動(dòng)校正，從而既提高了測(cè)量的精確度，還可節(jié)省人物力;
3、測(cè)量?jī)x所用模-數(shù)變換電路，取代一般測(cè)量?jī)x中的模擬電路，這樣在完成模-數(shù)變換的同時(shí)，就可完成除法運(yùn)算，從而帶來兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一方面改善了環(huán)境溫度對(duì)所測(cè)結(jié)果的影響，另一方面還避免了由于模擬電路在進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)所造成的誤差;
4、測(cè)量?jī)x采用液晶顯示器件，對(duì)所測(cè)結(jié)果能給出直觀的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種溶液酸堿值測(cè)量方法，是通過測(cè)定置于溶液中兩電極組成的原電池的電勢(shì)差，再根據(jù)描述該電勢(shì)差和溶液酸堿值之間關(guān)系的能斯特方程，經(jīng)過溶液溫度對(duì)酸堿值影響的校正，給出酸堿值；本發(fā)明的特征在于，原電池是由參比電極和測(cè)量電極組成，通過電極在溶液中所產(chǎn)生的電信號(hào)和置于同一溶液中半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器所產(chǎn)生的電信號(hào)，用運(yùn)算放大器進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算，然后同時(shí)進(jìn)行相除和模-數(shù)變換，從而給出溶液的酸堿值，且為數(shù)字顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的溶液酸堿值測(cè)量方法，其特征在于，用雙積分型模-數(shù)變換電路，在完成對(duì)運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)的模-數(shù)變換同時(shí)，完成該信號(hào)與被測(cè)溶液溫度有關(guān)信號(hào)的相除功能。
3.如權(quán)利要求1所述的溶液酸堿值測(cè)量方法，其特征在于，在對(duì)溶液酸堿值傳感器信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)變換之前，先消去德斯特方程中EO(T)項(xiàng)的電壓信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的溶液酸堿值測(cè)量法，其特征在于，其雙積分型模-數(shù)變換電路的基準(zhǔn)電壓輸入端，是一個(gè)和被測(cè)溶液溫度有關(guān)的電壓信號(hào)。
5.一種溶液酸堿值測(cè)量?jī)x，包括酸堿值傳感器，pN結(jié)溫度傳感器、運(yùn)算放大器、雙積分型模-數(shù)變換集成塊等電器元件;其特征在于酸堿值傳感器〔1〕的信號(hào)和電位器〔4〕的電壓信號(hào)在運(yùn)算放大器〔2〕進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算，然后運(yùn)算放大器〔2〕的輸出信號(hào)和運(yùn)算放大器〔14〕輸出的與溶液溫度有關(guān)的電壓信號(hào)在運(yùn)算放大器〔7〕進(jìn)行代數(shù)求和運(yùn)算。運(yùn)算放大器〔7〕的輸出信號(hào)作為雙積型模一數(shù)轉(zhuǎn)換電路的被測(cè)輸入電壓信號(hào)，運(yùn)算放大器〔14〕輸出信號(hào)的一部分作為該轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)。
全文摘要
一種溶液酸堿值測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x，包括溶液酸堿值傳感器、半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器、電阻、電位器以及顯示器等電器組成的電路所組成。通過測(cè)量電極電勢(shì)差，根據(jù)能斯特方程所描述電勢(shì)差和溶液酸堿值之間的關(guān)系，經(jīng)過溫度自動(dòng)校正后給出其結(jié)果，并由顯示器直觀顯示。
文檔編號(hào)G01N27/419GK1042608SQ8810761
公開日1990年5月30日 申請(qǐng)日期1988年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月2日
發(fā)明者楊華庭 申請(qǐng)人:核工業(yè)部輻射防護(hù)研究所