專利名稱：便攜式濃度光電比色計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種便攜式濃度光電比色計，被測溶液的吸光度，通過顏色測量裝置直接顯示被測溶液的濃度。
以往的光電比色計采用多個(通常為4個)比色皿逐一推拉式的進(jìn)樣方式，操作麻煩，浪費試液，特別是常因比色皿本身的差異和推拉時比色皿幾何位置的變化而影響分析結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。土壤中有效磷含量是科學(xué)施肥的重要依據(jù)，但是它的比色測定受到土壤中有機(jī)質(zhì)的嚴(yán)重干擾。為排除這種干擾，可以采用波長λ＝880nm測定。如在660～720nm處測定，則應(yīng)預(yù)先把試液用無磷活性碳脫除有機(jī)質(zhì)，但是目前國內(nèi)一般單位很少具有880nm的儀器，而市售活性碳又多含磷，活性碳除磷很麻煩，現(xiàn)有與分光光度計配套的流動進(jìn)樣裝置多采用蠕動泵的形式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種除可見光外增加紅外光源，以擴(kuò)展比色應(yīng)用范圍。比色計控制鈕各用一個電子開關(guān)就實現(xiàn)了三個波長的轉(zhuǎn)換和T、A、C功能轉(zhuǎn)換，(T透射比、A吸光度、C濃度)，并具有流動進(jìn)樣、結(jié)構(gòu)簡單的濃度直讀光電比色計。
本光電比色計由光源檢測部分、進(jìn)樣系統(tǒng)、主電路板、數(shù)字顯示四部分組成；依據(jù)光電比色原理，進(jìn)行溶液濃度測定；光源有三種a、帶有波長420nm濾光片的白熾燈，b、波長為590nm的發(fā)光二極管，c、波長為880nm的紅外發(fā)光器件(后二者b、c不用濾光片)，可根據(jù)實驗要求用儀器面板上的波長選擇按鈕切換，單色光照射到比色皿上。再經(jīng)1087光伏檢測器檢測，其信號經(jīng)主電路板的放大器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器、濃度示值調(diào)節(jié)器進(jìn)行T、A、C轉(zhuǎn)換再通過A／D轉(zhuǎn)換器在數(shù)字顯示屏上顯示。
光源采用直流穩(wěn)壓電源供電，發(fā)出波長為880nm，半寬度△λ＝40nm的紅外發(fā)光器件，達(dá)到國標(biāo)測定土壤有效磷的要求，按國家標(biāo)準(zhǔn)測定土壤中有效磷在不用活性碳脫除有機(jī)質(zhì)時，應(yīng)用880nm波長的光，然而目前國內(nèi)絕大多數(shù)單位沒有此設(shè)備，用普通的比色計或分光光度計(最高波長800nm左右)，測定土壤有效磷時必須加無磷活性碳脫有機(jī)質(zhì)，而市售活性碳多含磷，活性碳除磷困難增加了操作的麻煩程度，所以用波長880nm紅外發(fā)光器件可以直接簡便地測定土壤有效磷，排除有機(jī)質(zhì)的干擾，避免了煩鎖處理過程。
采用的另一光源是波長為590nm，半寬度△λ＝40nm的黃色發(fā)光二極管，它與由白熾燈和濾光片組成的單色光源相比，壽命長、省電、發(fā)熱少、從而提高了整機(jī)的穩(wěn)定性，特別是半寬度△λ＝40nm，不到普通玻璃濾光片(△λ＝90～100nm)的一半，半寬度越小，測定精度和靈敏度就越好，選用進(jìn)口1087光伏檢測器，保證了本實用新型的使用波長范圍寬、靈敏度高、線性好，用電動薄膜泵將比色溶液吸進(jìn)比色皿中，實現(xiàn)被測溶液半自動式更換，該泵受程序控制，并采取硅膠涂層和用防腐瓣膜等防腐措施，消除了現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的比色計或分光光度計推拉式進(jìn)樣的不同比色皿間的配對誤差和推拉時的幾何位置誤差，并極大地簡化了操作和提高了分析速度，不同波長光源的轉(zhuǎn)換及透射比T、吸光度A、濃度C的轉(zhuǎn)換均采用電子開關(guān)，通過計數(shù)譯碼器MC14017譯出不同碼，分別點亮不同光源燈，進(jìn)行波長選擇，或接通繼電器，切換不同的輸出端分別顯示T、A、C；轉(zhuǎn)換時分別按動波長選擇按鈕和功能選擇按鈕，使4×2與非門集成塊MC14011產(chǎn)生單脈沖，推動計數(shù)譯碼器輸出不同位置的譯碼實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，一般比色計T、A、C的轉(zhuǎn)換需用三個琴鍵開關(guān)，分別按下。本實用新型只用一個按鈕就實現(xiàn)了T、A、C的轉(zhuǎn)換。另一個按鈕實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換，克服了普通比色計手工更換濾光片的麻煩操作和機(jī)械位置不易對準(zhǔn)的缺點。
優(yōu)點效果1、在880nm波長下測定有機(jī)質(zhì)的干擾很小，可忽略不計，因而勿需用活性碳脫除有機(jī)質(zhì)，這是本比色計的優(yōu)點，沒有能力用880nm進(jìn)行檢測的單位只需很少的投資就可獲得這種檢測的能力。
2、本比色計盡量采用發(fā)光二極管作光源，就半寬度來說，發(fā)光二極管比光學(xué)玻璃濾光片半寬度窄得多，(前者30～40nm，后者90～120nm)，所以本比色計有更高的靈敏度和選擇性。發(fā)光二極管耗電量小，發(fā)熱少，因此提高了整機(jī)的穩(wěn)定性，使測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
3、各用一個電子開關(guān)代替三只互鎖的按鍵，使儀器的面板更加緊湊，操作方便，并由于指示燈與之同步變化，就使得波長選擇和功能選擇更直觀。
4、以對數(shù)／反對數(shù)放大器組件為核心元件專門設(shè)計的電路，保證了吸光度A對透射比T的高精度的跟蹤，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
5、全部采用集成電路和板塊插接式結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)、調(diào)試、維修方便，并使整機(jī)的線性度好，能準(zhǔn)確地進(jìn)行濃度直讀。
6、采用電動薄膜泵和流通式比色皿的進(jìn)樣系統(tǒng)，簡化了操作，消除了普通儀器的比色皿間的配對誤差和幾何位置誤差，提高了實驗精度。
本比色計體積小、重量輕、便于攜帶、適合在農(nóng)業(yè)、化工生產(chǎn)等部門推廣使用。
附圖的圖面說明如下

圖1本比色計外形圖。
圖2本比色計結(jié)構(gòu)框圖。
圖3本比色計光源檢測器結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖4本比色計主電路板電路圖。
圖5本比色計功能選擇電路圖。
圖6本比色計波長選擇電路圖。
本實用新型的實施例結(jié)合附圖作進(jìn)一步的描述圖1將電源線接于電源插座(12)，打開電源開關(guān)(11)，波長指示燈(2)的最上面燈亮，表示此時儀器使用波長為420nm，功能指示燈(3)之T燈亮，表示此時面板上的顯示屏(10)顯示之值為透射比T，處于外殼(13)表面上的進(jìn)樣泵(14)自動啟動，此時如將進(jìn)樣管(1)插于被測溶液中，溶液將被吸進(jìn)比色皿中而由排液管(15)排出，波長指示燈(2)共有3支，從上至下分別表示420，590和880nm的三個光源的狀態(tài)。功能指示燈(3)也共有3支，從左至右分別表示透射比T，吸光度A和濃度C，輕觸波長選擇按鈕(9)可以選擇本比色計三個光源中的一個，而相應(yīng)的波長指示燈同時點亮。輕觸功能選擇按鈕(8)儀器將按T→A→C的程序處于不同的功能狀態(tài)，而相應(yīng)的功能指示燈亦同時點亮。進(jìn)樣泵(14)的運轉(zhuǎn)時間為6秒，到時自動停止。重新輕觸泵啟動按鈕(7)進(jìn)樣泵將重新工作6秒。
圖2的結(jié)構(gòu)框圖表明本比色計進(jìn)樣系統(tǒng)將樣品溶液抽進(jìn)比色皿中，光源和濾光片發(fā)出的單色光被比色皿中的溶液吸收后，照射到檢測器上，它將此光信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給下一部分一主電路板，在這部分信號依次經(jīng)放大器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器和濃度示值調(diào)節(jié)器后再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換由數(shù)字顯示屏(10)顯示。
圖3所示的光源檢測器中，光源有3個，它們分別是紅外發(fā)光器件(16)、黃色發(fā)光二極管(17)、白熾燈(18)和濾光片(19)發(fā)出藍(lán)光，依實驗要求選擇一種單色光經(jīng)比色皿(20)中的溶液吸收后被檢測器(21)(1087光伏探測器)接收，并由它轉(zhuǎn)換為電信號從其輸出端①和②輸出。
圖4主電路板電路圖。說明電信號的處理過程，1087光伏探測器(21)的輸出端①和②輸出的電信號，送到運算放大器LF353的②腳放大，由腳①輸出一路送(對數(shù)／反對數(shù))放大器組件755N的④腳進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，另一路經(jīng)繼電器J1接通數(shù)字顯示屏(10)UP135顯示透射比T。信號經(jīng)755N轉(zhuǎn)換成對數(shù)值后由腳①③輸出一路送LF353腳⑤以進(jìn)行濃度轉(zhuǎn)換，另一路經(jīng)繼電器J2接通數(shù)字顯示屏UP135顯示吸光度A。LF353腳⑦輸出的信號經(jīng)繼電器J3接通數(shù)字顯示屏UP135顯示濃度C。
對數(shù)轉(zhuǎn)換器的755N對數(shù)／反對數(shù)放大器組件的線路連接，經(jīng)穩(wěn)壓的2.4伏分壓，通過1K電位器向755N腳⑨提供100毫伏參考電壓并由755N的①③腳輸出，使器件按照K＝1的工作曲線工作，保證了吸光度A對透射比T的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，腳①和腳③短接其輸出的信號與由腳④輸入的信號關(guān)系就符合K＝1的器件工作曲線也完全符合朗伯一比耳比色定律A＝εbc＝－lgT A吸光度 ε摩爾吸收系數(shù)(L／(cm·mol)) b光路長度(cm) c濃度(mol／L) T透射比結(jié)合圖5和圖6，分析信號處理后的分段顯示以及器件聯(lián)接方式，圖5和圖6所示的電路，表明它們是各由三只美國莫托羅拉公司產(chǎn)的集成電路組成的切換電路用的電子開關(guān)，但圖5是依次驅(qū)動三只繼電器J1、J2、J3，而圖6則是依次驅(qū)動三只波長不同的光源燈(16)(17)(18)(燈在圖3中)。
圖5圖6集成電路MC14011是4×2與非門，集成電路MC14017是十選一計數(shù)譯碼器，集成電路MC1413是七達(dá)林頓陣列，開機(jī)通電后，由MC14011的二只2與非門A和B組成的開機(jī)清零電路，產(chǎn)生一個脈沖，由B的腳③輸出到MC14017的腳
使MC14017清零，MC14017輸出譯碼0，即在腳③輸出高電位，送入MC1413的腳④后增加驅(qū)動能力。在圖5電路此時繼電器J1吸合J1－1接通UP135數(shù)字顯示屏顯示LF353腳①輸出的透射比T，J1－2這組接點則接通數(shù)字顯示屏的小數(shù)點，透射比T滿度為100.0用旋鈕(6)調(diào)節(jié)。第二步應(yīng)顯示吸光度A。圖5電路中輕觸按鈕(8)，由MC14011的C和D兩個門組成的單脈沖發(fā)生器，便產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，由D的腳
輸入MC14017的腳
，使其輸出譯碼1，即高電位移到腳②輸出，經(jīng)MC1413另一組達(dá)林頓管，驅(qū)動J2繼電器，J2－1接通UP135使它顯示755N①③腳輸出的吸光度A，J2－2這組接點則接通吸光度值A(chǔ)相應(yīng)的小數(shù)點，用旋鈕(5)調(diào)節(jié)。第三步應(yīng)顯示濃度C，再次輕觸圖5中的按鈕(8)，單脈沖發(fā)生器再次產(chǎn)生脈沖，使MC14017產(chǎn)生譯碼2，高電位由其腳④輸出，經(jīng)MC1413使繼電器J3吸合，把LF353⑦腳輸出接到UP135顯示濃度C。定位時調(diào)節(jié)濃度旋鈕(4)，使其顯示已知濃度值，如果再按按鈕(8)，MC14017輸出譯碼3，由腳⑦輸出，用它也可以把MC14017清零，此時的T.A.C切換又回到顯示透射比T。圖6和圖5的邏輯電路相同，使用方法也相同，區(qū)別在于圖6的執(zhí)行部件為三個不同波長的發(fā)光器，分別按選擇工作。圖5的執(zhí)行部件為三個繼電器，分別顯示T.A.C。
權(quán)利要求1.便攜式濃度光電比色計，由光源檢測部分、進(jìn)樣系統(tǒng)、主電路板、數(shù)字顯示四部分組成，單色光照射到比色皿上，再經(jīng)檢測器檢測，其信號經(jīng)主電路板的放大器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器、濃度示值調(diào)節(jié)器進(jìn)行T.A.C轉(zhuǎn)換，再通過A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)字顯示屏上顯示，其特征在于a、光源(16)采用直流穩(wěn)壓電源供電，發(fā)出波長為880nm，半寬度△λ=40nm的紅外發(fā)光器件，光源(17)波長為590nm，半寬度△λ=40nm的黃色發(fā)光二極管b、用電動薄膜泵(14)將比色溶液吸進(jìn)比色皿(20)中，實現(xiàn)被測溶液的半自動更換，該泵受程序控制，并采取用硅膠涂層和防腐瓣膜等防腐措施；c、不同波長光源的轉(zhuǎn)換，及透射比T、吸光度A、濃度C的轉(zhuǎn)換均采用電子開關(guān)(9)、(8)。通過計數(shù)譯碼器MC14017譯出不同碼，分別點亮不同的光源燈，進(jìn)行波長選擇，或接通繼電器，切換不同的輸出端分別顯示T.A.C；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電比色計，其特征在于對數(shù)轉(zhuǎn)換器的755N對數(shù)／反對數(shù)放大器組件的線路連接，通過1K電位器向755N腳⑨提供100毫伏參考電壓，并由755N的①③腳輸出，使器件按照K＝1的工作曲線工作，保證了吸光度A對透射比T的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。
專利摘要便攜式濃度光電比色計，由光源檢測部分、進(jìn)樣系統(tǒng)、主電路板、數(shù)字顯示四部分組成；光源采用波長為880nm的紅外發(fā)光器件，波長為590nm的發(fā)光二極管及帶有420nm濾光片的白熾燈。用電動薄膜泵將比色溶液吸進(jìn)比色皿中。不同波長以及T.A.C轉(zhuǎn)換，采用電子開關(guān)控制，對數(shù)轉(zhuǎn)換器線路保證吸光度A對透射比T的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，解決測磷時有機(jī)質(zhì)干擾、新舊比色溶液更換麻煩、波長、功能選擇切換等問題。本比色計簡化操作、實驗精度高、體積小、便于攜帶，適合在農(nóng)業(yè)、化工等部門推廣使用。
文檔編號G01N21/25GK2164042SQ9321858
公開日1994年5月4日 申請日期1993年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月19日
發(fā)明者趙蔚藩, 南春波, 陳璞翔 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所