一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括酸堿濃度電極以及脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)組成，其中，酸堿濃度電極包括電極芯和電極套管，所述電極套管套設(shè)在電極芯上，與電極芯之間形成環(huán)狀測(cè)量通道，所述電極芯與脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端相接。該新型的便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置可以測(cè)量7種以上常用酸堿濃度，測(cè)量濃度范圍0-15％，準(zhǔn)確度±2％讀數(shù)值。儀器采用防水設(shè)計(jì)，適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室使用。
【專利說(shuō)明】一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電化學(xué)儀器，具體涉及酸堿濃度測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]市售的電化學(xué)儀器中，便攜式和臺(tái)式酸堿濃度計(jì)很少，因?yàn)樗釅A濃度的測(cè)量通常采用測(cè)量電導(dǎo)率，再換算為酸堿濃度的方法。由于酸堿溶液的電導(dǎo)率非常大，高濃度的酸堿溶液電導(dǎo)率接近1000mS/cm，當(dāng)采用電極常數(shù)為I的電導(dǎo)電極時(shí)，溶液電阻只有幾個(gè)歐姆，流過(guò)電極表面的電流密度相當(dāng)大，在測(cè)量時(shí)電極會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，另外這樣小的電阻也不容易測(cè)量準(zhǔn)確。
[0003]要解決上述問(wèn)題，必須采用電極常數(shù)10-50的電導(dǎo)電極，使溶液電阻增加10-50倍，而通常這樣的電極體積比較大，在便攜式和臺(tái)式儀器中使用不便。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有酸堿濃度測(cè)量裝置存在體積大、使用不方便的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的便攜式或臺(tái)式酸堿濃度測(cè)量裝置，以方便用戶在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溶液的酸堿濃度值。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括酸堿濃度電極以及脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)組成，所述酸堿濃度電極包括電極芯和電極套管，所述電極套管套設(shè)在電極芯上，與電極芯之間形成環(huán)狀測(cè)量通道，所述電極芯與脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端相接。
[0007]在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)例中，所述電極套管可拆卸的套設(shè)在電極芯上。
[0008]進(jìn)一步的，所述電極芯由電極桿、第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭以及溫度傳感器組成，所述第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭依次設(shè)置在電極桿上，所述溫度傳感器設(shè)置在電極頭內(nèi)，其中第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端連接到脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端。
[0009]進(jìn)一步的，所述第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端的引線從電極桿中心引出與四芯屏蔽線連接，四芯屏蔽線通過(guò)防水插頭連接到脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端。
[0010]進(jìn)一步的，所述脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)包括溫度測(cè)量模塊、微處理器、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述微處理器控制連接溫度測(cè)量模塊、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述溫度測(cè)量模塊與電極芯中的溫度傳感器相接通、跟隨器與第一環(huán)狀白金電極相接通，電流放大器與第二環(huán)狀白金電極相接通。
[0011]再進(jìn)一步的，所述微處理器為MSP430微處理器。
[0012]進(jìn)一步的，所述酸堿濃度電極為電導(dǎo)率測(cè)量范圍2-2000mS/cm的酸堿濃度電極。
[0013]本實(shí)用新型提供的便攜式或臺(tái)式酸堿濃度測(cè)量裝置中電極在保持與普通電導(dǎo)電極外形尺寸相同的情況下，電極常數(shù)從I提高到10或大于10，有效地降低了電極表面的電流密度，消除電極極化對(duì)高電導(dǎo)率測(cè)量的誤差，不僅克服了酸堿溶液極高的電導(dǎo)率測(cè)量困難的問(wèn)題，而使得酸堿濃度測(cè)量裝置體積很小巧，方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需要。
[0014]本測(cè)量裝置可以測(cè)量7種以上常用酸堿濃度，測(cè)量濃度范圍0-15%，準(zhǔn)確度±2%讀數(shù)值；整個(gè)測(cè)量裝置采用防水設(shè)計(jì)，適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0016]圖1為本實(shí)用新型中酸堿濃度測(cè)量電極的示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型中酸堿濃度測(cè)量電極的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為酸堿濃度測(cè)量電極中電極芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為酸堿濃度測(cè)量電極中電極套管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型中脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0022]本實(shí)用新型提供的便攜式和臺(tái)式酸堿濃度測(cè)量裝置主要由電導(dǎo)率測(cè)量范圍2-2000mS/cm的耐腐蝕、可清洗的酸堿濃度電極(如圖1所示)和脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)(如圖5所示)組成。
[0023]參見(jiàn)圖2，酸堿濃度電極主要由電極芯100和電極套管200組成，其中電極套管200采用可拆卸的方式套設(shè)在電極芯100上，與電極芯之間形成環(huán)狀測(cè)量通道201，同時(shí)電極芯100的輸出端與脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)300 (如圖5所示)的輸入端相接。
[0024]參見(jiàn)圖3，電極芯100主要由電極桿101、第一環(huán)狀白金電極102、電極體103、第二環(huán)狀白金電極104、電極頭105以及溫度傳感器106配合組成。
[0025]其中，第一環(huán)狀白金電極102、電極體103、第二環(huán)狀白金電極104、電極頭105依次設(shè)置在電極桿101上，同時(shí)溫度傳感器106設(shè)置在電極頭105內(nèi)，由此形成酸堿濃度電極中的電極芯。
[0026]具體的，電極桿101為橫截面為T形的中空結(jié)構(gòu)，其頂部大端1011的外側(cè)設(shè)置有螺紋，小端1012上開(kāi)設(shè)有與電極桿101內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)導(dǎo)通的電極體安置槽1013。
[0027]電極體103同樣也為內(nèi)部中空的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的通孔用于容相關(guān)引線通過(guò)。電極體103的頂端1031為橫截面呈“凸”字形的凸臺(tái)狀，并與電極桿101的小端上的安置槽1013配合；其底端1032為開(kāi)設(shè)有與電極體103內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)導(dǎo)通的電極頭安插槽1033。電極體103通過(guò)頂端與電極桿101小端配合，安插在電極桿101中。
[0028]電極頭105的頂端1052為連接端，為橫截面呈“凸”字形的凸臺(tái)狀，其與電極體底端1032上的電極頭安插槽1033對(duì)應(yīng)配合。電極頭105通過(guò)頂端與電極體底端1032上的電極頭安插槽1033配合，安插在電極體底端1032上。同時(shí)電極頭105在沿其延伸方向上由頂端向底端設(shè)置有一溫度傳感器安置槽1051，該安置槽1051的深度與電極頭5的長(zhǎng)度接近，以保證溫度傳感器測(cè)量的精度。
[0029]溫度傳感器106安置在電極頭105的安置槽1051中，用于測(cè)量溶液溫度。[0030]第一環(huán)狀白金電極102套設(shè)在電極體103與電極桿101之間的連接處；第二環(huán)狀白金電極104套設(shè)在電極體103與電極頭105之間的連接處。
[0031]第一環(huán)狀白金電極102、第二環(huán)狀白金電極104以及溫度傳感器106輸出端的引線1021、1041以及1061通過(guò)電極體3的內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)從中空的電極桿I中心引出與四芯屏蔽線連接，四芯屏蔽線通過(guò)防水插頭連接到脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)相應(yīng)的輸入端。
[0032]參見(jiàn)圖4，為了配合上述的方案形成的電極芯100，電極套管200的頂部端口 202設(shè)置有螺紋與電極芯100中電極桿101的大端1011配合，并與其螺紋相接，實(shí)現(xiàn)與電極芯100的可拆卸相接；同時(shí)，電極套管200的深度、大小與電極芯100配合，使得電極套管200能夠套設(shè)在電極芯100上，并在兩者之間形成環(huán)狀測(cè)量通道201 (如圖2所示)。
[0033]由上述方案形成的酸堿濃度電極，利用可拆卸的電極套管200，在電極使用時(shí)，使電極芯上的二個(gè)環(huán)狀白金電極與外部電解液隔離，它們之間的測(cè)量電流通道只能是由電極芯與電極套管形成的環(huán)狀測(cè)量通道201，從而使得電極參數(shù)由電極尺寸決定的現(xiàn)狀改變?yōu)橛扇芤簻y(cè)量電流通道(即環(huán)狀測(cè)量通道201)決定，其具體原理如下:
[0034]電導(dǎo)電極有一個(gè)重要參數(shù)即電極常數(shù)K=L/A，在現(xiàn)有方案中，電導(dǎo)電極的二個(gè)白金電極是浸沒(méi)在溶液中的，它們之間通過(guò)測(cè)量電流的溶液截面積A等于白金電極的面積A’，電極常數(shù)K=L/A=L/A’。在被測(cè)溶液電導(dǎo)率很大的情況下，為了降低電極表面的電流密度，需要增加電極面積，為了保持電極常數(shù)不變或使電極常數(shù)更大，電極之間的距離L將不得不大大增加。使電極不具有實(shí)用性和方便性。
[0035]而，本方案中，通過(guò)電極套管，使通過(guò)測(cè)量電流的溶液截面積A與白金電極的面積A’無(wú)關(guān)。例如，在本方案中，通過(guò)測(cè)量電流的溶液截面積A = 0.2cm2, L = 2cm, K=L/A=2/0.2=10,而白金電極的面積A’ = 1.2cm2。
[0036]由此，本方案中的酸堿濃度電極能夠在保持與普通電導(dǎo)電極外形尺寸相同的情況下，電極常數(shù)從I提高到10或大于10，從而能夠有效地降低了電極表面的電流密度，消除電極極化對(duì)高電導(dǎo)率測(cè)量的誤差，極大的方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需要。
[0037]再者，一般情況下，現(xiàn)有的測(cè)量高電導(dǎo)率溶液的電導(dǎo)電極表面需要鍍上一層鉬黑以進(jìn)一步增加電極表面積，降低電極極化的影響。因?yàn)殂f黑是一種極細(xì)粉末狀的金屬鉬，因此鍍鉬黑的電極表面是不能擦拭清洗的。而本方案中的酸堿濃度電極上的白金電極面積比現(xiàn)有的電極常數(shù)10的電極面積增大了 24倍，在不鍍鉬黑的情況下，完全符合高濃度酸堿溶液電導(dǎo)率測(cè)量的要求。
[0038]同時(shí)，本方案中，電極套管采用可拆卸的設(shè)置方案，這樣在使用時(shí)可以拆下電極套管，可以很方便地清洗白金電極表面。
[0039]參見(jiàn)圖5，其所示為上述酸堿濃度電極配合使用的脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。該系統(tǒng)與酸堿濃度電極配合采用脈沖測(cè)量法進(jìn)行酸堿濃度的測(cè)量。
[0040]如圖可知,該測(cè)量系統(tǒng)300主要由微處理器301、溫度測(cè)量電路302、跟隨器303、電流放大器304以及顯示器305組成。
[0041]其中微處理器301為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中，其具體采用MSP430微處理器，控制連接溫度測(cè)量電路302、跟隨器303、電流放大器304以及顯示器305 ;而溫度測(cè)量電路302與電極芯中的溫度傳感器106相接通、跟隨器303與第一環(huán)狀白金電極102相接通，電流放大器304與第二環(huán)狀白金電極104相接通。[0042]由此，脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)300進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由MSP430微處理器301產(chǎn)生頻率為5千赫茲交流脈沖，經(jīng)跟隨器303加到第一環(huán)狀白金電極102上，在第一環(huán)狀白金電極102和第二環(huán)狀白金電極104之間的被測(cè)溶液中通過(guò)的電流與溶液的電導(dǎo)率成正比。這一電流由電流放大器304放大并轉(zhuǎn)換為電壓由MSP430微處理器301內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，得到溶液電導(dǎo)率讀數(shù)。
[0043]在測(cè)量電導(dǎo)率的同時(shí)，由溫度測(cè)量電路302通過(guò)酸堿濃度測(cè)量電極100內(nèi)置的溫度傳感器106測(cè)量溶液的溫度值，MSP430微處理器301根據(jù)溶液溫度對(duì)電導(dǎo)率值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將當(dāng)時(shí)溫度下測(cè)得的電導(dǎo)率值換算成基準(zhǔn)溫度下的電導(dǎo)率值，最后根據(jù)酸堿濃度與電導(dǎo)率的對(duì)應(yīng)關(guān)系直接由顯示器305顯示酸堿溶液百分濃度。
[0044]由上可知，本方案提供的酸堿濃度測(cè)量裝置克服了酸堿溶液極高的電導(dǎo)率測(cè)量困難的問(wèn)題，其采用簡(jiǎn)單、方便的電極法直接測(cè)量酸堿濃度，使得裝置體積很小巧，輕便，裝置采用電池供電適合在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室使用。
[0045]采用的電導(dǎo)法是一種穩(wěn)定而可靠的測(cè)量方法，從而裝置不需要經(jīng)常校準(zhǔn)，僅需要在首次使用前及每半年或一年進(jìn)行一次校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)需要配制濃度為1%和10%兩種溶液進(jìn)行二點(diǎn)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后將電極浸入待測(cè)溶液即可進(jìn)行測(cè)量。
[0046]為了驗(yàn)證便攜式和臺(tái)式酸堿濃度測(cè)量裝置的測(cè)量效果，用本裝置對(duì)常用的酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度測(cè)量結(jié)果如下:
[0047]表1鹽酸
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括酸堿濃度電極以及脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)組成，其特征在于，所述酸堿濃度電極包括電極芯和電極套管，所述電極套管套設(shè)在電極芯上，與電極芯之間形成環(huán)狀測(cè)量通道，所述電極芯與脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述電極套管可拆卸的套設(shè)在電極芯上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述電極芯由電極桿、第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭以及溫度傳感器組成，所述第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭依次設(shè)置在電極桿上，所述溫度傳感器設(shè)置在電極頭內(nèi)，其中第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端連接到脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端的引線從電極桿中心引出與四芯屏蔽線連接，四芯屏蔽線通過(guò)防水插頭連接到脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述脈沖電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)包括溫度測(cè)量模塊、微處理器、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述微處理器控制連接溫度測(cè)量模塊、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述溫度測(cè)量模塊與電極芯中的溫度傳感器相接通、跟隨器與第一環(huán)狀白金電極相接通，電流放大器與第二環(huán)狀白金電極相接通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述微處理器為MSP430微處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式酸堿濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述酸堿濃度電極為電導(dǎo)率測(cè)量范圍2-2000mS/cm的酸堿濃度電極。
【文檔編號(hào)】G01N27/07GK203490194SQ201320608641
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】許一鳴, 臧洪賢, 吳旭明 申請(qǐng)人:上海三信儀表廠