自適應(yīng)離子計(jì)及其測量離子濃度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了自適應(yīng)離子計(jì)，包括數(shù)據(jù)處理器和離子測量探頭，還包括與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端口電連接的A/D轉(zhuǎn)換電路和溫度檢測電路；所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用24位∑-Δ型AD轉(zhuǎn)換器，其輸入端口采用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(huán)境溫度的數(shù)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(fā)明簡單易用、適應(yīng)能力強(qiáng)、測量精度高。
【專利說明】 自適應(yīng)離子計(jì)及其測量離子濃度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子計(jì)及其測量離子弄得的方法，更具體的說，涉及自適應(yīng)離子計(jì)及其測量離子濃度的方法，屬于電化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前分析化學(xué)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)及化學(xué)工程，能源，環(huán)保中大量應(yīng)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(jì)來測量離子的濃度，是我們常用的方法。離子計(jì)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(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上的，但是，離子選擇性電極的電動勢同溫度呈一定相關(guān)系數(shù)關(guān)系，同時(shí)離子選擇性電極由于制造或使用的原因，會隨著使用時(shí)間的延長而造成劣化的現(xiàn)象，從而影響測試的精度，如何研制易用，精確的離子計(jì)，是長期以來困擾工程技術(shù)人員的一個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種簡單易用、適應(yīng)能力強(qiáng)、測量精度高的自適應(yīng)離子計(jì)。
[0004]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種解決上述問題的基于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(shù)問題，本發(fā)明提供自適應(yīng)離子計(jì)，包括數(shù)據(jù)處理器和離子測量探頭，還包括與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端口電連接的A/D轉(zhuǎn)換電路和溫度檢測電路。
[0006]所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用24位E - A型AD轉(zhuǎn)換器，其輸入端口采用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(zhuǎn)換器的測量精度達(dá)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(huán)境溫度的數(shù)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(jì)的適應(yīng)能力并進(jìn)一步提高了離子計(jì)的測量精度。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定為，所述24位E -A型AD轉(zhuǎn)換器為芯片HX530，所述芯片HX530采用震蕩頻率為11.0592MHZ的內(nèi)部晶振，并設(shè)定增益為4倍或8倍，芯片HX530既保證了精度又降低了成本，自帶的內(nèi)部晶振，直接完轉(zhuǎn)換動作，并且最大可能的減少外部器件，使離子計(jì)體積小，便于攜帶。
[0009]進(jìn)一步地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路采用的運(yùn)算放大器芯片為TLV271C或TLV271B⑶，所述運(yùn)算放大器芯片采用雙電源處理電路，當(dāng)運(yùn)算放大器芯片為TLV271C時(shí)，其輸入阻抗高達(dá)IO12歐姆，滿足阻抗的要求，其VIOMAX在IOmv ;當(dāng)運(yùn)算放大器芯片為TLV271B⑶時(shí)，其VIOMAX在2mv，噪聲更低，其精度更高。
[0010]進(jìn)一步地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端口與基準(zhǔn)電源連接，所述基準(zhǔn)電源采用基準(zhǔn)電壓芯片MCP1541，提供的基準(zhǔn)電壓為4.096V,使測量的電動勢的精度達(dá)到
4.096*10_3mv。[0011 ] 進(jìn)一步地，所述數(shù)字溫度傳感器檢測電路采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，溫度傳感器DS18B20檢測溫度的范圍為-55°C~+125°C。
[0012]進(jìn)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(yùn)算放大電路，所述NTC熱敏電阻與所述電壓分配電路的輸入端口連接，所述電壓分配電路的輸出端口與所述運(yùn)算放大電路的輸入端口連接，所述運(yùn)算放大電路的輸出端口與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端口連接，NTC熱敏電阻插入溶液中，直接測量溶液的溫度，保證實(shí)際溫度的測量，提高測量精度。
[0013]進(jìn)一步地，所述熱敏電路檢測電路還包括穩(wěn)壓電源電路，所述穩(wěn)壓電源電路包括穩(wěn)壓源芯片TL431，所述穩(wěn)壓電源電路的電壓輸出端口分別與所述NTC熱敏電阻和所述采集電路連接，穩(wěn)壓電源電路為采集電路的單片機(jī)提供基準(zhǔn)電壓2.5V，為NTC熱敏電阻提供電壓。
[0014]本發(fā)明還提供自適應(yīng)離子計(jì)測量離子濃度的方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0015](I)將離子測量探頭置于去離子水中，測量去離子水的電動勢即為標(biāo)準(zhǔn)電極電動勢Etltl,通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理器；將離子測量探頭置于離子濃度為C2的溶液中，測量電動勢E2，通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理器；測量實(shí)際溫度Tx，將實(shí)際溫度傳輸至數(shù)據(jù)處理器；
[0016](2)標(biāo)定不同溫度的能斯特方程的系數(shù)，S實(shí)際(Tx) = (Ecitl-E2)Zln(C2^Yx)，其中，Ecio為標(biāo)準(zhǔn)電極電動勢，E2為離子濃度為C2的的溶液的電動勢；Yx:為活度系數(shù)；Tx為離子濃度為C2的溶液的實(shí)際溫度；
[0017](3)將離子測量探頭置于待測溶液中，測量實(shí)際電動勢Ex，通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理器；測量實(shí)際溫度Tx，將實(shí)際溫度傳輸至數(shù)據(jù)處理器；；
[0018](4)數(shù)據(jù)處理器 根據(jù)能斯特方程對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到溶液中的離子濃度
【權(quán)利要求】
1.自適應(yīng)離子計(jì)，包括數(shù)據(jù)處理器和離子測量探頭，其特征在于，還包括與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端口電連接的A/D轉(zhuǎn)換電路和溫度檢測電路； 所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用24位E - A型AD轉(zhuǎn)換器，其輸入端口采用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(huán)境溫度的數(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)離子計(jì)，其特征在于，所述24位E-A型AD轉(zhuǎn)換器為芯片HX530，所述芯片HX530采用震蕩頻率為11.0592MHZ的內(nèi)部晶振，并設(shè)定增益為4倍或8倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)離子計(jì)，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路采用的運(yùn)算放大器芯片為TLV271C或TLV271B⑶，所述運(yùn)算放大器芯片采用雙電源處理電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)離子計(jì)，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端口與基準(zhǔn)電源連接，所述基準(zhǔn)電源采用基準(zhǔn)電壓芯片MCP1541，提供的基準(zhǔn)電壓為4.096V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)離子計(jì)，其特征在于，所述數(shù)字溫度傳感器檢測電路采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)離子計(jì)，其特征在于，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(yùn)算放大電路，所述NTC熱敏電阻與所述電壓分配電路的輸入端口連接，所述電壓分配電路的輸出端口與所述運(yùn)算放大電路的輸入端口連接，所述運(yùn)算放大電路的輸出端口與所述數(shù)據(jù)處理器的輸入端口連接。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)離子計(jì)，其特征在于，所述熱敏電路檢測電路還包括穩(wěn)壓電源電路，所述穩(wěn)壓電源電路包括穩(wěn)壓源芯片TL431，所述穩(wěn)壓電源電路的電壓輸出端口分別與所述NTC熱敏電阻和所述采集電路連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)離子計(jì)測量離子濃度的方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行: (1)將離子測量探頭置于去離子水中，測量去離子水的電動勢即為標(biāo)準(zhǔn)電極電動勢Etltl,通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理器；將離子測量探頭置于離子濃度為C2的溶液中，測量電動勢E2，通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理器；測量實(shí)際溫度Tx，將實(shí)際溫度傳輸至數(shù)據(jù)處理器； (2)標(biāo)定不同溫度的能斯特方程的系數(shù)，S剪示(Tx)= (E00-E2)/In (C2*YX)，其中，E00為標(biāo)準(zhǔn)電極電動勢，E2為離子濃度為C2的的溶液的電動勢；Yx:為活度系數(shù)；Tx為離子濃度為C2的溶液的實(shí)際溫度； (3)將離子測量探頭置于待測溶液中，測量實(shí)際電動勢Ex，通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理器；測量實(shí)際溫度Tx，將實(shí)際溫度傳輸至數(shù)據(jù)處理器；； (4)數(shù)據(jù)處理器根據(jù)能斯特方程對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到溶液中的離子濃度
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自適應(yīng)離子計(jì)測量離子濃度的方法，其特征在于，步驟(2)中標(biāo)定不同溫度的能斯特方程系數(shù)S@#(Tx)的方法有如下兩種:(一)在不同的溫度下測量S(Tx)，然后做成溫度與系數(shù)關(guān)系表，存儲在離子計(jì)中； (二)測量溫度為T1時(shí)的S實(shí)際(Tl)然后通過
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自適應(yīng)離子計(jì)測量離子濃度的方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(3)中測量實(shí)際溫度Tx的方法有如下兩種:①通過離子計(jì)的溫度傳感器測量環(huán)境溫度，將環(huán)境溫度直接等效為溶液的實(shí)際溫度Tx ； ②通過離子計(jì)的熱敏電阻插入待測溶液中，直接測量溶液的實(shí)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(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】趙勇, 王知非 申請人:江蘇蘇威爾科技有限公司