專利名稱：溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種具有電位測(cè)定和比較功能的儀器，特別適合在溶液氧化還原反應(yīng)中對(duì)電極電位進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)的監(jiān)測(cè)與控制中使用。
眾所周知，氧化還原反應(yīng)是生產(chǎn)中廣泛存在的一類很重要的化學(xué)反應(yīng)。例如，金屬的腐蝕、電解、電鍍，無(wú)機(jī)化工中重要酸堿鹽的制備，以及有機(jī)合成中都含有氧化還原反應(yīng)。而有色金屬的濕法冶煉工藝更與氧化還原反應(yīng)緊密相關(guān)。從某種意義上講，濕法冶煉技術(shù)就是研究溶液中氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)行與完成。為此，觀察測(cè)定溶液的電極電位就顯得尤為重要。但是，無(wú)論科研或工業(yè)流程中測(cè)定溶液電極電位的儀器都比較復(fù)雜陳舊，有的高溫、腐蝕性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)又不宜使用貴重的高阻直流數(shù)字電壓表，特別是連續(xù)測(cè)定和監(jiān)控更缺乏手段，國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)了一種名稱為《ORP－1氧化還原電位自控儀》，用于電鍍廢水氧化－還原處理過(guò)程，該儀器在PHGK－1型酸度自控儀的配合下，實(shí)現(xiàn)PH和ORP在線自動(dòng)監(jiān)控，從而達(dá)到除去廢水中有害離子的目的。由于它采用傳統(tǒng)的高阻輸入放大器，電路復(fù)雜，并需要配用該廠生產(chǎn)的ORP電極和PHGK－1發(fā)送器才能正常使用，因此，其價(jià)格昂貴，適用范圍窄，使用和維修都不方便。
本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，使一般電位測(cè)量?jī)x表，具有高輸入阻抗和電位比較的功能，使普通電極系統(tǒng)的信號(hào)直接進(jìn)入監(jiān)測(cè)儀器，并通過(guò)電位偏差顯示與報(bào)警電路，獲得監(jiān)控溶液氧化還原過(guò)程的直觀清淅的使用效果。為此，對(duì)通用測(cè)量電路做了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了電位雙向偏差顯示電路，無(wú)偏差顯示電路和雙限報(bào)警電路。擴(kuò)大了儀器的功能，達(dá)到了實(shí)用、價(jià)廉，便于維修和攜帶的目的。
本實(shí)用新型給出的溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，由穩(wěn)壓電源，數(shù)字毫伏定值器、比較放大電路，電位雙向偏差顯示電路和無(wú)偏差顯示電路、雙限報(bào)警電路五個(gè)部分組成。
其中，比較放大器是本實(shí)用新型的核心部分。根據(jù)電極系統(tǒng)的輸出特性，要求儀器有足夠高的輸入阻抗，這是儀器能否成功地測(cè)量電位的關(guān)鍵，在現(xiàn)有技術(shù)中通常先進(jìn)行阻抗變換，再進(jìn)行調(diào)制放大，并施以各種補(bǔ)償措施，方能實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型充分發(fā)揮線性集成電路這一特性，設(shè)計(jì)一種嶄新的將“比較”與“放大”合成一體，輸入阻抗至少為500MΩ的比較放大電路，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電平與設(shè)定電平的直接比較。這種比較放大電路系由采用同相輸入接法的集成運(yùn)算放大器(1)、(2)的對(duì)稱放大器和雙端輸入的比較器(6)、運(yùn)算放大器(1)、(2)的零點(diǎn)調(diào)整電位器(4)、(5)和放大倍數(shù)整定電位器(3)組成。
電位雙向偏差顯示電路和無(wú)偏差顯示電路，用來(lái)顯示被測(cè)電位與設(shè)定電位的偏差方向和程度，由正向偏差顯示起始電平調(diào)整電位器(7)，負(fù)向偏差顯示起始電平調(diào)整電位器(8)，無(wú)偏差顯示電路繼電器(9)、(10)，發(fā)光二極管指示燈和晶體管組成。
雙限報(bào)警電路的功能是在被測(cè)電位與設(shè)定電位的正、負(fù)偏差超出各自的某一臨界值時(shí)給出燈光和音響報(bào)警，由正向偏差報(bào)警繼電器(11)，負(fù)向偏差報(bào)警繼電器(12)，發(fā)光二極管指示燈，晶體管和音響發(fā)生器(13)組成。
數(shù)字毫伏定值器是一個(gè)D－A轉(zhuǎn)換器，通過(guò)拔盤開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)由數(shù)字到與之成比例的電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換。
為使用者方便，在比較放大電路后還可設(shè)有分別以輸入偏差，輸出偏差同時(shí)來(lái)刻度的指針式偏差表，如將設(shè)定電位值與儀表指示偏差數(shù)相加減，則可得到溶液電極電位的實(shí)際值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)(1)、由于儀器的輸入阻抗高，電極系統(tǒng)的信號(hào)可以直接輸入。
(2)、由于儀器的抗干擾性能、溫度性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可應(yīng)用于因干擾、高溫和腐蝕等因素不宜使用貴重的高阻直流數(shù)字電壓表的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
(3)、根據(jù)溫度、濃度和酸度等參數(shù)與電極電位的已知關(guān)系，可對(duì)任意的溶液氧化還原過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，使用范圍廣。
(4)集成度高、體積小、重量輕、易攜帶。
本實(shí)用新型給出的實(shí)施例具有的主要技術(shù)參數(shù)為①輸入信號(hào)適用于各種電極系統(tǒng)。
②輸入阻抗大于500MΩ。
③設(shè)定范圍0～9999MV。
④偏差范圍信號(hào)0～±200MV，偏差電壓0～±10V。
⑤偏差顯示方式指針式電壓表和發(fā)光二極管電平顯示器兩種方式。
⑥繼電器觸點(diǎn)容量AC220V／1A。
⑦電源AC220V±10％，50HZ。
運(yùn)放電路和定值器電路±15V精密穩(wěn)壓電源。
偏差顯示電路±18V整流濾波電源。


圖1是本實(shí)用新型的比較放大電路原理圖。其中(1)是連接數(shù)字毫伏定值器，即設(shè)定電位端的集成運(yùn)算放大器；(2)是連接電極系統(tǒng)，即測(cè)量電位端的集成運(yùn)算放大器；(3)是放大倍數(shù)整定電位器；(4)是運(yùn)算放大器(1)的零點(diǎn)調(diào)整電位器；(5)是運(yùn)算放大器(2)的零點(diǎn)調(diào)整電位器；(6)是連接運(yùn)算放大器(1)、(2)的集成運(yùn)放，作為雙端輸入的比較器。
圖2是本實(shí)用新型的電位雙向偏差顯示電路和無(wú)偏差顯示電路原理圖。其中，(7)是正向偏差顯示起始電平調(diào)整電位器；(8)是負(fù)向偏差顯示起始電平調(diào)整電位器；(9)、(10)是無(wú)偏差顯示電路繼電器。圖3是本實(shí)用新型的雙限報(bào)警電路原理圖。其中，(11)是正向偏差報(bào)警繼電器；(12)是負(fù)向偏差報(bào)警繼電器；(13)是音響發(fā)生器。
以下結(jié)合附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明本實(shí)用新型的工作原理圖1中，運(yùn)算放大器(1)的輸入電位由數(shù)字毫伏定值器根據(jù)已知氧化還原電位值來(lái)設(shè)定，運(yùn)算放大器(2)的輸入電位由電極系統(tǒng)輸入。一般參比電極接地，測(cè)量電極接運(yùn)算放大器(2)。由于儀器已按測(cè)量電位與設(shè)定電位相等作為無(wú)偏差調(diào)整好，所以當(dāng)測(cè)量電位大于設(shè)定電位時(shí)，雙端輸入的運(yùn)算放大器(6)作為比較器即輸出正偏差電壓，這時(shí)正偏差顯示電路相應(yīng)的發(fā)光二極管紅色指示燈發(fā)光。監(jiān)控儀則表示，溶液中實(shí)際電極電位值大于所設(shè)定的某種離子電極電位，該離子的氧化作用正在發(fā)生(反之，負(fù)偏差則顯示還原作用)。
比較器(6)的輸出電壓信號(hào)，還可作為控制信號(hào)送給執(zhí)行元件，以控制溶液的氧化作用或還原作用達(dá)到約定狀態(tài)。
圖2中，當(dāng)測(cè)量電位等于設(shè)定電位時(shí)，兩組顯示電路的第1只晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極輸出電壓均為高電平(絕對(duì)值)，通過(guò)繼電電路，啟動(dòng)無(wú)偏差顯示電路，使發(fā)光二極管白色指示燈發(fā)光(原偏差顯示的紅色指示燈滅)，監(jiān)控儀則表示，溶液中，實(shí)際電極電位值已經(jīng)與設(shè)定數(shù)值相等，也就是離子的氧化還原反應(yīng)已經(jīng)趨于結(jié)束。
圖3中，當(dāng)由繼電器(11)或(12)控制的燈光和音響發(fā)生時(shí)，分別表示正向和負(fù)向偏差趨近臨界值(儀器通常按最大偏差90％調(diào)整好)而報(bào)警，從而保證控制溶液的實(shí)際電極電位值不會(huì)偏離約定值太遠(yuǎn)。
權(quán)利要求1.溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，包括有穩(wěn)壓電源、數(shù)字毫伏定值器，其特征在于還有將“比較”與“放大”合成一體，輸入阻抗至少為500MΩ的比較放大電路，電位雙向偏差顯示電路和無(wú)偏差顯示電路，以及雙限報(bào)警電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，其特征在于比較放大電路由采用同相輸入接法的集成運(yùn)算放大器(1)、(2)的對(duì)稱放大器和雙端輸入的比較器(6)，運(yùn)算放大器(1)、(2)的零點(diǎn)調(diào)整電位器(4)、(5)和放大倍數(shù)整定電位器(3)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，其特征在于電位雙向偏差顯示電路和無(wú)偏差顯示電路是由正向偏差顯示起始電平調(diào)整電位器(7)，負(fù)向偏差顯示起始電平調(diào)整電位器(8)，無(wú)偏差顯示電路繼電器(9)、(10)、發(fā)光二極管指示燈和晶體管組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，其特征在于雙限報(bào)警電路由正向偏差報(bào)警繼電器(1)、負(fù)向偏差報(bào)警繼電器(12)，發(fā)光二極管指示燈，晶體管和音響發(fā)生器(13)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所說(shuō)的溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，其特征在于比較放大電路后還設(shè)有分別以輸入偏差、輸出偏差同時(shí)來(lái)刻度的指針式偏差表。
專利摘要溶液氧化還原反應(yīng)監(jiān)控儀，由比較放大電路，電位雙向偏差與無(wú)偏差顯示電路，雙限報(bào)警電路等組成，可對(duì)溶液氧化還原電極電位進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，自動(dòng)顯示其偏差程度，并及時(shí)報(bào)警。該儀器采用集成電路，將“比較”與“放大”合成一體，輸入阻抗大于500MΩ，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電平與設(shè)定電平的直接比較，并對(duì)電位偏差有直觀醒目的雙向光顯示，偏差趨近臨界值有光、聲報(bào)警，并可向自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出控制信號(hào)。具有電路簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)，使用方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/416GK2056512SQ8921598
公開(kāi)日1990年4月25日 申請(qǐng)日期1989年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月30日
發(fā)明者裘鐵山, 劉會(huì)普 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)冶煉廠