自適應離子計及其測量離子濃度的方法
2023-07-08 17:47:26 1
自適應離子計及其測量離子濃度的方法
【專利摘要】本發明公開了自適應離子計，包括數據處理器和離子測量探頭，還包括與所述數據處理器的輸入埠電連接的A/D轉換電路和溫度檢測電路；所述A/D轉換電路採用24位∑-Δ型AD轉換器，其輸入埠採用BNC接口，所述BNC接口與所述離子測量探頭的BNC接口匹配連接；所述溫度檢測電路包括測量環境溫度的數字溫度傳感器檢測電路和測量溶液溫度的熱敏電阻檢測電路。本發明簡單易用、適應能力強、測量精度高。
【專利說明】 自適應離子計及其測量離子濃度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及離子計及其測量離子弄得的方法，更具體的說，涉及自適應離子計及其測量離子濃度的方法，屬於電化學【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前分析化學的教學與實驗及化學工程，能源，環保中大量應用對離子的微量分析，使用離子選擇性電極(ISE)組成的離子計來測量離子的濃度，是我們常用的方法。離子計是用以測量溶液中離子濃度的儀器，是建立在離子選擇性電極的電化學反應的基礎上的，但是，離子選擇性電極的電動勢同溫度呈一定相關係數關係，同時離子選擇性電極由於製造或使用的原因，會隨著使用時間的延長而造成劣化的現象，從而影響測試的精度，如何研製易用，精確的離子計，是長期以來困擾工程技術人員的一個難題。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種簡單易用、適應能力強、測量精度高的自適應離子計。
[0004]同時，本發明還提供一種解決上述問題的基於能斯特方程原理測量離子濃度的方法。
[0005]為了解決以上技術問題，本發明提供自適應離子計，包括數據處理器和離子測量探頭，還包括與所述數據處理器的輸入埠電連接的A/D轉換電路和溫度檢測電路。
[0006]所述A/D轉換電路採用24位E - A型AD轉換器，其輸入埠採用BNC接口，所述BNC接口與所述離子測量探頭的BNC接口匹配連接。24位E -A型AD轉換器的測量精度達到百萬分之一，符合被測電動勢及其微弱的需求，提高了測量的精度。BNC接口接口與離子測量探頭的BNC接口直接匹配連接，簡單易用。
[0007]所述溫度檢測電路包括測量環境溫度的數字溫度傳感器檢測電路和測量溶液溫度的熱敏電阻檢測電路，增加了離子計的適應能力並進一步提高了離子計的測量精度。
[0008]本發明技術方案的進一步限定為，所述24位E -A型AD轉換器為晶片HX530，所述晶片HX530採用震蕩頻率為11.0592MHZ的內部晶振，並設定增益為4倍或8倍，晶片HX530既保證了精度又降低了成本，自帶的內部晶振，直接完轉換動作，並且最大可能的減少外部器件，使離子計體積小，便於攜帶。
[0009]進一步地，所述A/D轉換電路的輸入端連接阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路採用的運算放大器晶片為TLV271C或TLV271B⑶，所述運算放大器晶片採用雙電源處理電路，當運算放大器晶片為TLV271C時，其輸入阻抗高達IO12歐姆，滿足阻抗的要求，其VIOMAX在IOmv ;當運算放大器晶片為TLV271B⑶時，其VIOMAX在2mv，噪聲更低，其精度更高。
[0010]進一步地，所述A/D轉換電路的電源輸入埠與基準電源連接，所述基準電源採用基準電壓晶片MCP1541，提供的基準電壓為4.096V,使測量的電動勢的精度達到
4.096*10_3mv。[0011 ] 進一步地，所述數字溫度傳感器檢測電路採用數字溫度傳感器DS18B20，溫度傳感器DS18B20檢測溫度的範圍為-55°C~+125°C。
[0012]進一步地，所述熱敏電阻檢測電路包括NTC熱敏電阻、電壓分配電路和運算放大電路，所述NTC熱敏電阻與所述電壓分配電路的輸入埠連接，所述電壓分配電路的輸出埠與所述運算放大電路的輸入埠連接，所述運算放大電路的輸出埠與所述數據處理器的輸入埠連接，NTC熱敏電阻插入溶液中，直接測量溶液的溫度，保證實際溫度的測量，提高測量精度。
[0013]進一步地，所述熱敏電路檢測電路還包括穩壓電源電路，所述穩壓電源電路包括穩壓源晶片TL431，所述穩壓電源電路的電壓輸出埠分別與所述NTC熱敏電阻和所述採集電路連接，穩壓電源電路為採集電路的單片機提供基準電壓2.5V，為NTC熱敏電阻提供電壓。
[0014]本發明還提供自適應離子計測量離子濃度的方法，按如下步驟進行:
[0015](I)將離子測量探頭置於去離子水中，測量去離子水的電動勢即為標準電極電動勢Etltl,通過A/D轉換電路進行轉換後傳輸至數據處理器；將離子測量探頭置於離子濃度為C2的溶液中，測量電動勢E2，通過A/D轉換電路進行轉換後傳輸至數據處理器；測量實際溫度Tx，將實際溫度傳輸至數據處理器；
[0016](2)標定不同溫度的能斯特方程的係數，S實際(Tx) = (Ecitl-E2)Zln(C2^Yx)，其中，Ecio為標準電極電動勢，E2為離子濃度為C2的的溶液的電動勢；Yx:為活度係數；Tx為離子濃度為C2的溶液的實際溫度；
[0017](3)將離子測量探頭置於待測溶液中，測量實際電動勢Ex，通過A/D轉換電路進行轉換後傳輸至數據處理器；測量實際溫度Tx，將實際溫度傳輸至數據處理器；；
[0018](4)數據處理器 根據能斯特方程對數據進行處理，得到溶液中的離子濃度
【權利要求】
1.自適應離子計，包括數據處理器和離子測量探頭，其特徵在於，還包括與所述數據處理器的輸入埠電連接的A/D轉換電路和溫度檢測電路； 所述A/D轉換電路採用24位E - A型AD轉換器，其輸入埠採用BNC接口，所述BNC接口與所述離子測量探頭的BNC接口匹配連接； 所述溫度檢測電路包括測量環境溫度的數字溫度傳感器檢測電路和測量溶液溫度的熱敏電阻檢測電路。
2.根據權利要求1所述的自適應離子計，其特徵在於，所述24位E-A型AD轉換器為晶片HX530，所述晶片HX530採用震蕩頻率為11.0592MHZ的內部晶振，並設定增益為4倍或8倍。
3.根據權利要求1所述的自適應離子計，其特徵在於，所述A/D轉換電路的輸入端連接阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路採用的運算放大器晶片為TLV271C或TLV271B⑶，所述運算放大器晶片採用雙電源處理電路。
4.根據權利要求1所述的自適應離子計，其特徵在於，所述A/D轉換電路的電源輸入埠與基準電源連接，所述基準電源採用基準電壓晶片MCP1541，提供的基準電壓為4.096V。
5.根據權利要求1所述的自適應離子計，其特徵在於，所述數字溫度傳感器檢測電路採用數字溫度傳感器DS18B20。
6.根據權利要求1所述的自適應離子計，其特徵在於，所述熱敏電阻檢測電路包括NTC熱敏電阻、電壓分配電路和運算放大電路，所述NTC熱敏電阻與所述電壓分配電路的輸入埠連接，所述電壓分配電路的輸出埠與所述運算放大電路的輸入埠連接，所述運算放大電路的輸出埠與所述數據處理器的輸入埠連接。`
7.根據權利要求6所述的自適應離子計，其特徵在於，所述熱敏電路檢測電路還包括穩壓電源電路，所述穩壓電源電路包括穩壓源晶片TL431，所述穩壓電源電路的電壓輸出埠分別與所述NTC熱敏電阻和所述採集電路連接。
8.根據權利要求1所述的自適應離子計測量離子濃度的方法，其特徵在於，按如下步驟進行: (1)將離子測量探頭置於去離子水中，測量去離子水的電動勢即為標準電極電動勢Etltl,通過A/D轉換電路進行轉換後傳輸至數據處理器；將離子測量探頭置於離子濃度為C2的溶液中，測量電動勢E2，通過A/D轉換電路進行轉換後傳輸至數據處理器；測量實際溫度Tx，將實際溫度傳輸至數據處理器； (2)標定不同溫度的能斯特方程的係數，S剪示(Tx)= (E00-E2)/In (C2*YX)，其中，E00為標準電極電動勢，E2為離子濃度為C2的的溶液的電動勢；Yx:為活度係數；Tx為離子濃度為C2的溶液的實際溫度； (3)將離子測量探頭置於待測溶液中，測量實際電動勢Ex，通過A/D轉換電路進行轉換後傳輸至數據處理器；測量實際溫度Tx，將實際溫度傳輸至數據處理器；； (4)數據處理器根據能斯特方程對數據進行處理，得到溶液中的離子濃度
9.根據權利要求8所述的自適應離子計測量離子濃度的方法，其特徵在於，步驟(2)中標定不同溫度的能斯特方程係數S@#(Tx)的方法有如下兩種:(一)在不同的溫度下測量S(Tx)，然後做成溫度與係數關係表，存儲在離子計中； (二)測量溫度為T1時的S實際(Tl)然後通過
10.根據權利要求8所述的自適應離子計測量離子濃度的方法，其特徵在於，步驟(1)和步驟(3)中測量實際溫度Tx的方法有如下兩種:①通過離子計的溫度傳感器測量環境溫度，將環境溫度直接等效為溶液的實際溫度Tx ； ②通過離子計的熱敏電阻插入待測溶液中，直接測量溶液的實際溫度Tx。
【文檔編號】G01N27/26GK103616416SQ201310510808
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】趙勇, 王知非 申請人:江蘇蘇威爾科技有限公司