【正文】 倍數(shù)可調(diào)，便于儀器的調(diào)試：第三級(jí)與第四級(jí)結(jié)合起來調(diào)節(jié)輸人信號(hào)的零點(diǎn)。電壓放大倍數(shù) （31）13(2)?? =1500所以最小輸出電壓為 1500mV。本文設(shè)計(jì)的溫度采集電路運(yùn)用AD590溫度傳感器。被選信號(hào)通過 LM33l 進(jìn)行幅頻轉(zhuǎn)換。由于單片機(jī)采用+5V 電壓。對(duì)溫度信號(hào)的處理要求精度比較高。提高輸入阻抗；第二級(jí)反相放大，采用可調(diào)電阻做反饋電阻，放大倍數(shù)可調(diào)，便于儀器的調(diào)試；第三級(jí)與第四級(jí)結(jié)合起來調(diào)節(jié)輸人信號(hào)的零點(diǎn)。本系統(tǒng)就是以 MCS51 型單片微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理的核心部件，并擴(kuò)展一些外圍芯片，組成一個(gè)可以完成自檢、運(yùn)行、標(biāo)定等功能的智能型儀器。所以本設(shè)計(jì)采用三電極測(cè)量系統(tǒng)，可大大降低外界干擾的影響。其中還介紹了介紹參比電極和指示電極的基本概念和基本工作原理以及溫度對(duì)測(cè)量的影響以及測(cè)量下限與測(cè)量范圍。并且應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)。這種器件以電流作為輸出量指示溫度，其典型的電流溫度靈敏度是1 。鉑電阻與溫度的關(guān)系是： =R0(1+At+Bt*t) (217)Rt其中 是溫度為t℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值；R0是溫度為0℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值；Rtt為任意溫度值，A、B為溫度系數(shù)。可滿足40℃90℃測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，不適用于檢測(cè)小于1℃的信號(hào)；而且線性度很差，不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)該用硬件或軟件對(duì)其進(jìn)行線性化補(bǔ)償。按照熱敏電阻的性質(zhì)可以分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。由此可得，如果體系中沒有電流通過，都可以用雙電極體系。測(cè)量時(shí)，參比電極上通過的電流極小，不致引起參比電極的極化。如果可以確定輔助電極的電極電位在測(cè)試過程中是不發(fā)生變化或者變化可以忽略不計(jì)時(shí)，極測(cè)試系統(tǒng)，輔助電極的作用是在整個(gè)測(cè)試中形成一個(gè)可以讓電流通過的回路，只有一個(gè)電極外電路上是不可能有穩(wěn)定的電流通過的。因此，根據(jù)各電極的具體情況，也可以把電極的測(cè)量上限規(guī)定小于1mol/L。由于此點(diǎn)不易確定，又推薦用下述方法確定檢測(cè)下限：把E a直線部分外l推，再在電極的選擇性離子的濃度為無(wú)限低時(shí)，由E a曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)作平行于濃ln度對(duì)數(shù)軸的直線，兩直線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度值即為檢測(cè)下限，如圖26中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的a0點(diǎn)。 檢測(cè)下限與測(cè)量范圍電極的響應(yīng)斜率只在一定的濃度范圍內(nèi)維持不變，當(dāng)濃度小于一定值時(shí)，斜率明顯變小。對(duì)弱電解質(zhì)和溶液形成絡(luò)合物的電解質(zhì)溶液，還受它們的平衡常數(shù)的影響。是能斯特方程系數(shù)斜率項(xiàng)。這里的 與溫度有關(guān)，只有在溫度0 0不變時(shí)，E才僅由 決定。金 屬 與 溶 液 間 的 電 位 差 叫 做 該 電 極 的 電 位 。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 化 學(xué) 電 池 是 一 個(gè) 換 能 器 ， 它 是 一 個(gè) 化 學(xué) 電 源 ， 將 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 ， 它 由 兩個(gè) 電 極 和 接 通 兩 電 極 的 電 解 質(zhì) 溶 液 組 成 。電AgCl KHl極反應(yīng)為：gClegl?? ? ?電 極 電 位 為 ： （212）0lncRTEaF?? 當(dāng) 濃 度 和 溫 度 一 定 時(shí) ， 電 極 電 位 是 一 常 數(shù) 。 常 用 的 參 比 電 極 有 氫 電 極 、 甘 汞 電極 、 銀 氯 化 銀 電 極 、 固 體 參 比 電 極 和 其 他 參 比 電 極 本 設(shè) 計(jì) 使 用 的 是 銀 氯 化 銀 電 極 ， 它 是 一 種 方 便 可 靠 的 電 極 ， 在 電 位 穩(wěn) 定 性 和重 現(xiàn) 性 方 面 都 比 較 好 ， 特 別 是 在 高 溫 下 電 極 電 位 仍 然 比 較 穩(wěn) 定 。在一定測(cè)量范圍內(nèi)，相界面電位與離子濃度關(guān)系符合能斯特方程： (210)022lnRTEaF??式中 ， ——敏感膜兩邊溶液的離子濃度；1a2——離子濃度 =1，溫度為 時(shí)的電位值（溫度不同， 不同） 。各種離子選擇性電極的結(jié)構(gòu)雖然各有其特點(diǎn)，但都有一個(gè)被稱為離子選擇性膜的敏感元件，離子選擇性電極的性能主要取決于膜的種類及制備技術(shù)。最常用的 pH 指示電極是玻璃電極。 如 下 圖 ， 當(dāng) 離 子 活 度 從 大 變 小 直 到 無(wú) 限 稀 時(shí) ， E 曲 線 與lga直 逐 漸 彎 曲 ， 直 至 與 水 平 軸 平 行 。 各 種 離 子 選 擇 性 電極 都 有 一 個(gè) 被 稱 為 離 子 選 擇 性 膜 的 敏 感 元 件 。此時(shí)半電池電位或電極電位的大小取決于此種陰離子的活度。這種（如上所述）由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電極被稱為第一類電極。例如，一支電極由一根插在含有銀離子的鹽溶液中的一根銀導(dǎo)線制成，在導(dǎo)線和溶液的界面處，由于金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度，形成離子的充電過程，并形成一定的電位差。 電位分析法所用的電極被稱為原電池。是采用有些指示劑在不同的酸堿度下能呈現(xiàn)變化或變化為不同顏色這一特性來測(cè)量溶液酸堿度的一種方法。如圖 22 所示。?K由前所述，式中僅有 pH0、KK2 為未知，因此可由上式求得電極的零電位點(diǎn) pH0 以及 T1 溫度下的斜率 K1，并把 K1 換算成 25℃時(shí)的斜率 K25。對(duì)此，我們采用兩點(diǎn)標(biāo)定法。圖 21 三電極系統(tǒng) 兩點(diǎn)標(biāo)定法標(biāo)定方法很多，標(biāo)定是用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)液去校準(zhǔn)儀器。圖 21 是這種三電極測(cè)量電路的示意。因?yàn)?，在我?guó)標(biāo)準(zhǔn)緩沖液中，沒有 pH=。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文第二章 pH 測(cè)試儀的整體設(shè)計(jì) pH 測(cè)試儀的測(cè)量原理數(shù)學(xué)模型的建立:水溶液的酸堿度與被測(cè)溶液的 pH 值關(guān)系，可以用能斯特方程表示為 （21）*ERTFpH??：電極的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位；0E：氣體的常數(shù) R= 焦耳/摩；R：絕對(duì)溫度 =+t；T：法拉第常數(shù) =96500 庫(kù)/摩。用 4051 對(duì)進(jìn)來的溫度和 pH 信號(hào)進(jìn)行選擇并送入 MC14433，MC14433 將其中之一的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其送入單片機(jī)進(jìn)行下一步操作。③產(chǎn)品系列化，為滿足不同用戶的要求，儀器應(yīng)具有多種電極清洗方式，可供用戶選用。1989 年月本橫河電機(jī)又推出 EXAPH pH 200 G 型智能式工業(yè) pH 計(jì)， [11]儀器配有微處理機(jī)，據(jù)稱該EXA 型 pH 計(jì)是世界上第一臺(tái)智能 2 線式工業(yè) pH 計(jì)。該儀器能夠進(jìn)行 pH 自動(dòng)校正和電極的自動(dòng)清洗。自從 1971 年微處理機(jī)問世以來，由于其獨(dú)特的功能，引起了人們極大的興趣。1979 年，橫河電機(jī)在 8511 型 pH 變送器的基礎(chǔ)上,推出pH6F 型 pH 變送器；后又于 1982 年推出 pH8F 型 pH 變送器。由于生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)和控制的實(shí)際需要和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的開發(fā)，IC 和 FET 的出現(xiàn)，使工業(yè) pH 計(jì)在 7O 年代取得了突破性的進(jìn)展。 初期的 pH 測(cè)定裝置是由傳感器亦稱發(fā)送器(包括玻璃電極、參比電極、溫度補(bǔ)償元件)和阻抗變換、放大、指示的電子單元兩部分組成。 [9] pH 測(cè)試儀的發(fā)展概況pH 測(cè)試儀在日本發(fā)展很快，特別是 70 年代和 80 年代，日本的產(chǎn)品緊跟時(shí)代潮流，每個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品都具有時(shí)代的特點(diǎn)，都具有代表性及世界的先進(jìn)性。另外，由于離子電極分析法所依據(jù)的電位變化可供連續(xù)顯示與自動(dòng)記錄，因而使用這種方法有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)與自動(dòng)分析。采樣可以在水庫(kù)、江河、溪流的岸邊進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室外所用的方法與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的相同。電極法分析還可以節(jié)省時(shí)間，僅需幾分鐘，典型的單詞分析時(shí)間為 1 分鐘。終點(diǎn) pH值的重復(fù)性不好會(huì)直接影響染料吸收的效率及均勻度。染料的吸收率取決于纖維材料，終點(diǎn) pH 終點(diǎn)溫度，染色深度以及染色時(shí)間，特別是終點(diǎn)溫度及終點(diǎn) pH 尤其重要。隨著現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)向大型、高效、快速的方向發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高,工業(yè) pH 測(cè)試儀的應(yīng)用領(lǐng)域和需求量也日益擴(kuò)大。 [6] pH 測(cè)試儀研究的必要性溶液酸堿度的檢測(cè)，在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的意義。 [5]例如：在電廠水汽分析中，測(cè)定氫離子含量，過去我們常用化學(xué)分析法、如容量法，但是這種分析方法周期長(zhǎng)，不能滿足自動(dòng)化的要求。同時(shí)，它能進(jìn)行背景校正，以及溫度自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校正等多種功能。各種智能型芯片被應(yīng)用于分析儀器中 [3]，提高了儀器的智能化和測(cè)量精度，并且也簡(jiǎn)化了儀器的測(cè)量電路。數(shù)字式直流電壓表的普及，使儀器能夠很快的數(shù)字化。高阻毫伏計(jì)是檢測(cè)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的電子儀器，如果它兼有直接讀出待測(cè)離子濃度的功能，就是離子計(jì)。電位分析法是指通過三電極測(cè)量系統(tǒng)與被測(cè)溶液構(gòu)成的測(cè)量電池（原電池）的電動(dòng)勢(shì)，獲知被測(cè)溶液離子濃度的分析方法。在測(cè)量溶液中的氫離子濃度時(shí)用到電位分析法。測(cè)量電池是由指示電極、參比電極和被測(cè)溶液構(gòu)成的原電池，參比電極的電極電位不隨被測(cè)溶液濃度的變化而變化，指示電極對(duì)被測(cè)溶液中待測(cè)離子很敏感，其電極電位是待測(cè)離子濃度的函數(shù)，所以原電池的電動(dòng)勢(shì)與待測(cè)離子的濃度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可見，原電池的作用是把難以直接測(cè)量的離子濃度轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電學(xué)量（測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)） 。 電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了電位法測(cè)量?jī)x器的不斷更新。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上，pH 測(cè)試儀的電子線路由電子管電路進(jìn)入晶體管電路再進(jìn)入了集成電路。對(duì)于那些測(cè)量方便，而計(jì)算很復(fù)雜的方法，如多次添加法有重要的意義。它是工業(yè)生產(chǎn)中的重要分析內(nèi)容之一，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常要分析中間產(chǎn)物及生產(chǎn)過程中各種離子活度。與其它分析方法相比，具有準(zhǔn)確、可靠、迅速等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析化學(xué)中的一個(gè)重要方面，在自然科學(xué)的許多領(lǐng)域里得到了應(yīng)用，并成為常規(guī)和工業(yè)自動(dòng)分析中的一種不可缺少的手段。除此以外，為了防止公害，pH 測(cè)試儀作為排水監(jiān)測(cè)儀表，作用也很大。例如，在印染行業(yè)，pH 值的精確度對(duì)染料的高吸收率是衡量印染過程是否有效的重要因素之一，這無(wú)論對(duì)于節(jié)省原材料，減少?zèng)_洗槽的數(shù)量，還是對(duì)于以后的污水處理來說，都十分有益。即使使用了緩沖染料后 , 終點(diǎn) pH 值都不盡準(zhǔn)確并且各個(gè)罐批之間差值很大，這是就需加入例外的酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。電極法不需要許多昂貴的度數(shù)設(shè)備，例如曲線的線化電路、積分器和圖紙記錄儀等，通過離子計(jì)可直接讀取濃度值。質(zhì)量控制分析可以直接在工廠現(xiàn)場(chǎng)完成，所用方法是相同的。我們使用離子電極分析發(fā)來測(cè)量離子的濃度，具有簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)。所以研究一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用型 pH 測(cè)試儀是很有必要的。日本生產(chǎn)的第一臺(tái)工業(yè) pH 計(jì)是于 1951 年由日本電氣式化學(xué)計(jì)研究所(DKK 前身 )研制生產(chǎn)的，1953 年日本橫河電機(jī)開始研制生產(chǎn)工業(yè)pH 計(jì)。70 年代是工業(yè) pH 測(cè)試儀具有突破性進(jìn)展的年代。 [10]1975 年，日立生產(chǎn)的 K7 型工業(yè) pH 計(jì)中,首次將玻璃電極、比較電極和溫度補(bǔ)償電極一體化，構(gòu)成復(fù)合電極，這種復(fù)合電極的出現(xiàn)，無(wú)疑為 pH 傳感器的小型化作出了貢獻(xiàn)。80 年代是工業(yè) pH 計(jì)微機(jī)化、智能化的年代。1984 年日本電氣化學(xué)計(jì)生產(chǎn)了 HBM—51 型帶微機(jī)的工業(yè) pH 計(jì)。該儀器為一體化結(jié)構(gòu)，具有高可靠性、多功能、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。②要求儀器具有傳感器自診斷、標(biāo)準(zhǔn)液自動(dòng)校正，電極自動(dòng)清洗，以及具有人機(jī)對(duì)話和通訊功能。 主要內(nèi)容 pH 測(cè)試儀是一種利用電化學(xué)原理設(shè)計(jì)制造的新型電位式測(cè)量?jī)x器，在本課題研制過程中，設(shè)計(jì)了 pH 測(cè)試儀的 pH 信號(hào)輸入電路和溫度采集電路，其中 pH 信號(hào)采集電路用高阻運(yùn)算放大電路，將高阻的 pH 信號(hào)進(jìn)行放大；而溫度采集電路用AD590 溫度傳感器的放大電路完成溫度采集功能。并列舉了系統(tǒng)主程序、鍵盤子程序、標(biāo)定子程序和測(cè)量子程序等流程框圖。因此，必須對(duì)其電極的轉(zhuǎn)換率進(jìn)行修正，一般電極的轉(zhuǎn)換率低于 94%就不能使用了，再考慮電極的固有誤差，則（23）式變?yōu)? （24）()???：電極的補(bǔ)償斜率；Kx：電極的固有誤差；E， 都是由固定溶液測(cè)定的。 三電極測(cè)量系統(tǒng)因?yàn)楣腆w電極的內(nèi)阻較高，測(cè)量池中又增設(shè)了溶液接地電極，所以儀器的測(cè)量電路中，必須中必須有雙高阻電路。從圖 21 可知，這樣的測(cè)量系統(tǒng)可消除由于大地回路漏電流引起的測(cè)量誤差，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。標(biāo)定不僅在運(yùn)行初期進(jìn)行，在運(yùn)行過程中，由于化學(xué)反應(yīng)的一些不確定因素發(fā)生的變化引起的測(cè)量值的漂移，一般必須由標(biāo)定來消除。依據(jù)電極理論： (27) 2(0)2mVpHK??? (28) 11 (29) KT???式中 KK2——對(duì)應(yīng) TT2 的電極斜率； pH0—