專利名稱:電腦酸度儀的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種新型的溶液酸堿度(PH)值測(cè)量?jī)x器，可廣泛地用于工礦企業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、商品檢驗(yàn)、科研院校作化學(xué)分析用。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的酸度儀已發(fā)展到三代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品以電子管為主要元器件(如雷磁25型)，該代產(chǎn)品精度差(±0.1PH)。第二代產(chǎn)品是以變?nèi)荻O管和晶體管等分立元件構(gòu)成的電子線路酸度儀(如PHG－21B型)，由于分立元件質(zhì)量不穩(wěn)定，零漂和失調(diào)電壓嚴(yán)重。第三代產(chǎn)品以PH－3型數(shù)字式酸度儀為代表，居國(guó)內(nèi)較高水平，它由場(chǎng)效應(yīng)管，集成運(yùn)放和小規(guī)模TTL集成電路組成，雖然它是數(shù)字顯示，但實(shí)際上是模擬儀器，它輸入阻抗低，失調(diào)電壓較大，零漂及線性均不甚理想，特別是使用電位器進(jìn)行調(diào)整，因而調(diào)整精度差，范圍窄，造價(jià)高。
本實(shí)用新型的目的，就是針對(duì)目前現(xiàn)有酸度儀存在的種種缺點(diǎn)，提供了一種電腦控制的完全數(shù)字化酸度儀，作為目前使用的酸度儀的換代產(chǎn)品。
本實(shí)用新型以電化學(xué)基本方程——能斯特方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了專用的數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)造性地引入了定位項(xiàng)，斜率補(bǔ)償項(xiàng)，完整地表達(dá)了酸度測(cè)量過(guò)程中的所有數(shù)學(xué)、物理量，奠定了軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。本實(shí)用新型利用測(cè)量電極和參比電極對(duì)被測(cè)溶液中不同酸度(氫離子濃度)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)ΔE通過(guò)一個(gè)由第四代運(yùn)算放大器組成的高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路輸入到一個(gè)由3 1/2 位雙積分大規(guī)模集成電路組成的高精度，高抗干擾的A／D轉(zhuǎn)換電路，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)接口電路及總線進(jìn)入Z－80專用微機(jī)單元，精確地按數(shù)學(xué)模型計(jì)算出結(jié)果，由操作鍵盤進(jìn)行校正處理，最后在顯示器上作數(shù)字顯示。為了防止斷電，還設(shè)計(jì)有斷電保護(hù)電路及斷電保護(hù)RAM區(qū)。
以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。
由于指示電極電阻極高，可達(dá)5×108Ω(玻璃電極)，高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路選用了第四代集成運(yùn)算放大器(阻抗達(dá)1×1012Ω)組成了高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路，它具有自動(dòng)穩(wěn)零以及低零漂的特點(diǎn)，給儀器提供了高穩(wěn)定性。
A／D轉(zhuǎn)換電路采用了3 1/2 雙積分大規(guī)模集成電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。該電路可同時(shí)接收輸入的正、負(fù)信號(hào)(PH值大于7為正，小于7為負(fù))。該電路達(dá)萬(wàn)分之五的誤差，可以滿足0.01級(jí)的要求，抗干擾能力很強(qiáng)。另外，在A／D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，還采取了軟件技術(shù)措施。當(dāng)采樣完后，用濾波程序進(jìn)行數(shù)字處理，找出真值，這樣可以進(jìn)一步提高儀器精度。
為提高抗干擾能力，對(duì)上述兩電路都進(jìn)行了金屬屏蔽。
微機(jī)是以Z－800CPU為中心構(gòu)成的專用微機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(數(shù)字濾波)和按能斯特方程推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。外部的功能鍵盤，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，能以數(shù)字增量的形式對(duì)定位、斜率、溫度進(jìn)行精度調(diào)整，并通過(guò)LED顯示器以數(shù)字形式循環(huán)顯示調(diào)整定位數(shù)、溫度補(bǔ)償數(shù)、斜率補(bǔ)償數(shù)以及測(cè)試結(jié)果等。通過(guò)數(shù)字形式顯示的斜率補(bǔ)償數(shù)和電極轉(zhuǎn)換率，可以判斷該電極的老化程度。這是國(guó)內(nèi)目前使用的酸度儀所不具備的。
斷電保護(hù)電路(圖六)的工作原理是在正常供電的情況下，繼電器J開路，穩(wěn)壓電源輸出的＋5V電壓通過(guò)D1和R直接給微機(jī)內(nèi)的RAM(圖2－U5)供電。當(dāng)穩(wěn)壓電源斷電時(shí)，繼電器吸合，通過(guò)干電池組(3V)、D2和R給低功耗RAM(U5)供電。因而即使在斷電情況下，也能使數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存，避免了開機(jī)時(shí)的重新調(diào)校，即可直接使用。
本實(shí)用新型技術(shù)性能高，使用功能強(qiáng)，集成化程度高，精度高，使用范圍寬，造價(jià)低，是一種新型的電腦型數(shù)字化酸度儀，可作為目前酸度儀的換代產(chǎn)品，并通過(guò)了計(jì)量測(cè)試部門的性能測(cè)試。它主要具有以下特點(diǎn)1、無(wú)需預(yù)熱，即可測(cè)試。
2、能自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整，即無(wú)零位校正。
3、能對(duì)定位值、斜率補(bǔ)償值、溫度補(bǔ)償值進(jìn)行校正和長(zhǎng)期斷電保護(hù)，對(duì)調(diào)整值和結(jié)果進(jìn)行循環(huán)數(shù)字顯示。
4、能自動(dòng)指示出電極的老化程度。
圖1 電腦酸度儀工作原理框圖圖2 主機(jī)的CPU、存貯器、譯碼器電路斷電保護(hù)RAMU5圖3 高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路和A／D及接口電路U1高輸入阻抗轉(zhuǎn)換集成運(yùn)算放大器U2A／D3 1/2 位雙積分集成電路U3接口電路集成塊。
圖4 鍵盤和顯示及接口電路鍵盤定義 (1)－PH (5)－定位＋(2)－mV (6)－定位－(3)－溫＋ (7)－斜率＋(4)－溫－ (8)－斜率－圖5 穩(wěn)壓電源電路圖6 斷電保護(hù)供電電路下面以PH－4電腦酸度儀說(shuō)明實(shí)施例。附圖為實(shí)施例附圖。
測(cè)量電極選用玻璃電極，參比電極選用甘汞電極。高輸入阻抗轉(zhuǎn)換換電路的U1為一塊第四代集成運(yùn)算放大器1CL7650CPD或CA3140E。A／D轉(zhuǎn)換電路V2為MC14433或5G14433，其轉(zhuǎn)換精度可達(dá)萬(wàn)分之五的誤差。接口電路U3為74LS244。由Z－80CPU、74LS系列芯片，2732EPOM、2114RAM、CMOS、RAM等大規(guī)模集成電路組成一臺(tái)專用微機(jī)，完成對(duì)電極信號(hào)的轉(zhuǎn)換采樣，數(shù)據(jù)處理、計(jì)算功能，其中U5(2114RAM)用于斷電保護(hù)。外部配上八按鍵鍵盤，可對(duì)定位、斜率、溫度進(jìn)行校正。顯示器為六位LED顯示器，可循環(huán)顯示PH值、斜率補(bǔ)償值、溫度補(bǔ)償值以及電極轉(zhuǎn)換率。穩(wěn)壓電源有±12V、＋5V三組輸出。對(duì)于附圖虛線框內(nèi)的元器件須加以良好的金屬屏蔽。
本儀器的使用條件環(huán)境溫度0～40℃相對(duì)溫度50～80％主要性能指標(biāo)測(cè)量范圍PH值0～14PH離子選擇性電極用mV擋0～1999mV精度 PH擋 ±0.01PHmV擋 ±1mV溫度補(bǔ)償范圍 0～99℃最小溫度補(bǔ)償單位 0.5℃
權(quán)利要求
1.一種酸度儀，用于溶液PH值測(cè)定或離子濃度電位測(cè)定和滴定指示，由高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路，輸入信號(hào)到PH信號(hào)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路以及穩(wěn)壓電源組成，其特征是，利用測(cè)量電極和參比電極對(duì)被測(cè)溶液中不同酸度(氫離子濃度)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)ΔE通過(guò)一個(gè)由一塊第四代集成運(yùn)算放大器U1組成的高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路輸入到一個(gè)由3 1/2 位雙積分大規(guī)模集成電路U2組成的A/D轉(zhuǎn)換電路，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)接口電路U2及總線進(jìn)入以Z-80CPU為中心的專用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在微機(jī)內(nèi)還設(shè)置有斷電保護(hù)低功耗RAM區(qū)U5以及由二極管D1、D2，電阻R，繼電器J構(gòu)成的斷電保護(hù)供電電路。外部配置八位鍵盤能以數(shù)字增量形式對(duì)定位、斜率、溫度進(jìn)行精度調(diào)整，六位LED顯示器能對(duì)調(diào)校值和結(jié)果及電極老化進(jìn)行循環(huán)數(shù)字顯示。
專利摘要
本實(shí)用新型為一種新型的電腦酸度儀。它以第四代集成運(yùn)放作高輸入阻抗轉(zhuǎn)換電路，以一塊∴雙積分大規(guī)模集成電路完成A/D轉(zhuǎn)換，被測(cè)信號(hào)由接口電路進(jìn)入一臺(tái)以Z80GPU為中心的專用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)八位鍵盤和六位LED顯示器對(duì)定位、斜率、溫度進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)校，對(duì)數(shù)據(jù)和結(jié)果及電極老化作循環(huán)數(shù)字顯示。在微機(jī)內(nèi)設(shè)置了斷電保護(hù)RAM區(qū)以及相應(yīng)的斷電保護(hù)供電電路。該儀器精度高，可達(dá)±0.01pH級(jí)，造價(jià)低，性能穩(wěn)定，是一種智能化儀器，可作當(dāng)前使用的酸度儀的換代產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B01J19/00GK87205198SQ87205198
公開日1988年5月18日 申請(qǐng)日期1987年10月13日
發(fā)明者楊天啟 申請(qǐng)人:成都化工微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan