【正文】 當(dāng) Xfer =0； WR2=0 時(shí)；輸入寄存器狀態(tài)傳入 8 位 DAC 寄存器 中； Iout1： D/A 轉(zhuǎn)換器電流輸出 1 端，輸入數(shù)字量全 為 1 時(shí)， Iout1 輸出最大，輸入數(shù)字量全為 0 時(shí)， Iout1 輸出最??； Iout2： D/A 轉(zhuǎn)換器電流輸出 2 端， Iout2+Iout1=常數(shù)； Rfb ：外部反饋信號(hào)輸入端，內(nèi)部已有反饋 電阻 Rfb ，根據(jù)需要 也可外接反饋電阻； 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè) 論文 24 Vc ：電源輸入端，可在 +5V+15V 范圍內(nèi)； DGND：數(shù)字信號(hào)地； AGND:模擬信號(hào)地，最好與基準(zhǔn)電壓共地 。根據(jù)測(cè)量的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用的是 MC14433 芯片，作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。作為前值運(yùn)算放大器，應(yīng)有以下幾個(gè)要求： ； ， 放大器的輸入阻抗包括放大器的阻抗和接插件的絕緣阻抗等 ； 。大約 l012? 。 AD590 的輸出電流值說(shuō)明如下： 其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（ 273℃ ）為基準(zhǔn)，每增加 1℃ ，它會(huì)增加 1μ A輸出電流，因此室溫 25℃ 時(shí)，其輸出電流 outI t=（ 273+25） =298μA 。得到與 輸入信號(hào)同相的電壓信號(hào)。理由：電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定可靠、無(wú)需調(diào)試，與 A/D連接方便。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器通常是由錳、鈷的氧化物燒制成半導(dǎo)體陶瓷制成。 電化學(xué)測(cè)量 三電極：指示 電極 ， 輔助電極 (對(duì)電極 )， 參比電極 。故 pH測(cè)試儀都裝有溫度補(bǔ)償器，在電路上采取措施，以補(bǔ)償其對(duì)測(cè)量的影響。 甘汞電極和銀 氯化銀電極的內(nèi)充液都可以做成凝膠形式這樣可以不用添加KCl 補(bǔ)充液。 指示電極是組成電位式分析儀器的基本部件，大部分指示電極是離子選擇性電極。這種具有獨(dú)立電位的參比電極也被稱(chēng)為第二電極。現(xiàn)主要介紹電位法測(cè)得 PH值。用放大器 3 測(cè)量參比電極與溶液接地電極之間的電勢(shì)；用放大器 6 測(cè)量指示電極與溶液接地電極之間的電勢(shì)，這兩個(gè)電 勢(shì)的代數(shù)和就是與待測(cè)溶液的 pH 相關(guān)的電勢(shì)差（等于指示電極和參比電極之間的電動(dòng)勢(shì)），放大器用來(lái)測(cè)量這個(gè)電勢(shì)差。 ⑤ 可以一種機(jī)器多種用途， 儀器不僅可檢測(cè) pH 值，也可對(duì) ORP(氧化還原電位 )、電導(dǎo)率、離子濃度、溫度等一項(xiàng)或幾項(xiàng)聯(lián)合檢測(cè)。該 pHΣ系列曾在我國(guó) 1983 年多國(guó)儀器儀表展覽會(huì)上展出，受到好評(píng)。二十世紀(jì)七十年代后期國(guó)外出現(xiàn)了許多微機(jī)化pH 測(cè)試儀，這些 pH 測(cè)試儀的功能全面，但其價(jià)格比較昂貴，維護(hù)量比較大。 在最 終檢查 pH 值的時(shí)候經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)變化很大 。 pH 測(cè)試儀主要是對(duì)溶液中氫離子濃度的測(cè)量。 [1] 電位式分 析儀器主要由測(cè)量電池和高阻毫伏計(jì)（離子計(jì)）兩部分組成。本論文詳細(xì)地論述了 pH測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，包括氫離子濃度的測(cè)量原理、標(biāo)定方法、傳感器設(shè)計(jì)，測(cè)量電路原理圖和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。儀器電路以 MCS51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，使 本儀器 的 智能化程度高。 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。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。電極法不需要許多昂貴的度數(shù)設(shè)備，例如曲線(xiàn)的線(xiàn)化電路、積分器和圖紙記錄儀等，通過(guò)離子計(jì)可直接讀取濃度值。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(kāi)始研制生產(chǎn)工業(yè)pH 計(jì)。 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)。 并 列舉了 系統(tǒng)主程序、鍵盤(pán)子程序、標(biāo)定子程序和測(cè)量子程序 等 流程框圖。標(biāo)定不僅在運(yùn)行初期進(jìn)行，在運(yùn)行過(guò)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(lái)消除。這里主要介紹這種測(cè)量方法。它具有將溶液中某特定離子的活度轉(zhuǎn)變成一定電位的功能。 1— 參比電極； 2— 參比電極； 3— 敏感膜 圖 23 膜電位示意 圖 23是測(cè)量離子選擇性敏感膜電位的示意圖，圖中的 1與 2 是完全相同的參3 2 1 A2 A1 A1 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè) 論文 10 比電極；膜兩側(cè)的溶液中含有該膜能響應(yīng)的離子，且離子濃度分別為 A A2；膜兩側(cè)的表面與相接觸的溶液之間存在著電位差，分別為 E E2.，通常稱(chēng)之為敏感膜相界面電位。原電池的電動(dòng)勢(shì)與兩電極各自的電位有關(guān)，通常把金屬和它插入的該金屬的鹽溶液構(gòu)成的體系稱(chēng)為半電池， 并稱(chēng)該金屬為電極。 因此一 般的離子計(jì)只能對(duì)能斯特方程中的溫度系數(shù)斜率項(xiàng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，只能消除溫度對(duì)測(cè)量的部分影響，因此若嚴(yán)格要求，測(cè)量應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行。 參比電極 (Reference electrode)： 參比長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè) 論文 15 電極具有已知恒定的電位 ， 為研究對(duì)象提供一個(gè)電位標(biāo)準(zhǔn) 。在 0℃ 100℃時(shí)，最大非線(xiàn)性偏差小于 ℃。 一旦有電流通過(guò) ,要采用三電極體系 ， 以同時(shí)測(cè)得工作電極的電位和電流 。本設(shè)計(jì)控制位只需 2 位，此將 A、 B 信號(hào)接單片機(jī)，用來(lái)控制 1 1 1 l5 的 4 路輸入， 4051 其他幾路輸入接地， INH 禁止端接地。提高輸入阻抗。并 且具有非?？斓捻憫?yīng)速度。這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè) VDDVSS和 VDDVEE 電源范圍 內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)一 BCD 碼的形式分四次送出。 此時(shí)DAC0832 用作程控放大器。當(dāng) DS DS2 和DS4 選通期間 ，輸出 3位完整的 BCD 碼數(shù)，但在 DS1（千位）選通期間，輸出端 Q0Q3除了表示千位的 0 或 1 外，還表示被轉(zhuǎn)換電壓的正負(fù)極性（ Q2=1 為正）以及欠量程 還是過(guò)量程 。 當(dāng) A=0， B=0， C=0時(shí) X0通道被選通，即此時(shí)輸入pH信號(hào)；當(dāng) A=1， B=0， C=0時(shí)， X1通道被選通，即此時(shí)輸入溫度信號(hào)。 由歐姆定律得： ? ?1 2 1 ( 1 2 ) / 3 ( 1 2 )V o V o R R R V V? ? ? ? ? ? （ 35） 輸入級(jí)也稱(chēng)為差分輸入， U3為差分放大器，因此有： ( 2 / 1 ) ( 2 1 )V o R R V o V o? ? ? （ 36） 將兩式結(jié)合在一起： ( 2 1)Vo A V V? ? ? （ 37） ? ?1 2 1 ( 1 2 ) / 3 ( 2 / 1 )A A A R R R R R? ? ? ? ? ? （ 38） 此式表明 總增益 A是第一級(jí) A1和第二級(jí) A2的乘積， 輸入電路的增益取決于外部電阻的比值，所以采用合適的電阻。玻璃電極是由特殊玻璃膜制成的。 經(jīng)過(guò)光電隔離輸入單片機(jī)。 pH 測(cè)試儀的電路原理圖 測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng) pH 電極轉(zhuǎn)化為的電壓信號(hào)，信號(hào)調(diào)整電路對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。它是二端器件，使用非常方便，作為一種高阻電流源，它不需要嚴(yán)格考慮傳輸線(xiàn)上的電壓信號(hào)損失和噪音干擾問(wèn)題，因此特別適合作為遠(yuǎn)程測(cè)量或控制用。 一旦有電流通過(guò) ,要采用三電極體系 ， 以同時(shí)測(cè)得工作電極的電位和電流 。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè) 論文 14 圖 26 lgEa? 曲線(xiàn) 測(cè)量范圍的上限一般用經(jīng)驗(yàn)方法確定，大多數(shù)以 a=1mol/L作為測(cè)量范圍上限。 1— 指示電極； 2— 參比電極； 3— 被測(cè)溶液； E— 測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)； Ed— 膜內(nèi)擴(kuò)散電位； E不對(duì)稱(chēng)— 膜內(nèi)不對(duì)稱(chēng)電位； E內(nèi)參 — 內(nèi)參比電極； E外參 — 外參比電極； E液接 — 外參比電極的內(nèi)充夜與待測(cè)液間的液接電位； E1— 敏感膜內(nèi)側(cè)的相界面電位； E2— 敏感膜外側(cè)的相界面電位。雖然它的溫度系數(shù)較大，但“熱滯后”現(xiàn)象比甘汞電極下。這說(shuō)明在活度低時(shí)，測(cè)量受到一定的限制。失去電子的銀離子進(jìn)溶液。 儀表自動(dòng)完成上述過(guò)程并把 pH0 值和 25℃時(shí)的斜率 K25 保存在 EEPROM。我們采用定標(biāo)的中性溶液為pH=， pH=， pH=。 90 年代是工業(yè) pH 計(jì)微機(jī)化、智能化普及的年代 。日本橫河電機(jī)利用 FET 和 IC 組成的高輸入阻抗變換器體積小的特點(diǎn)，于 1971年首次推出由 pH傳感器、高阻變換器和指示器構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)的 8511型 (流通式 )pH 變送器，并由 pH 變送器、超聲波振蕩器和安全保持器組成小型工業(yè)pH 系統(tǒng)。 [8]電極法是靈敏的，可測(cè)量低 μg/L。 [7]目前工業(yè) pH 測(cè)試儀 已廣泛的應(yīng)用于石油 、 化工 、 鋼鐵 、 電力 、 食品 、 釀造 、 醫(yī) 藥 、 紡織 、 制革 、 造紙 、 印染 、 水處理 、 鍋爐系統(tǒng)等各個(gè)工業(yè)部門(mén) 。 微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得制造智能化的新型電位分析儀器 成為 了可能。 The correct calibration of pH Meter 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 4 目 錄 第一章 緒論 ........................................................ 1 課題背景 ...................................................... 1 PH 測(cè)試儀研究的必要性 ......................................... 2 PH 測(cè)試儀的發(fā)展概況 ............................................ 3 主要內(nèi)容 ...................................................... 4 第二章 PH 測(cè)試儀的整體設(shè)計(jì) .......................................... 5 PH 測(cè)試儀的測(cè)量原理 ............................................ 5 三電極測(cè)量系統(tǒng) ............................................ 6 兩點(diǎn)標(biāo)定法 ................................................ 6 PH 測(cè)試儀的測(cè)量方法 ............................................ 8 指示電極 .................................................. 8 參比電極 ................................................. 10 測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì) ......................................... 11 溫度對(duì)測(cè)量的影響 ............................................. 13 檢測(cè)下限與測(cè)量范圍 ........................................... 13 方案論證 ..................................................... 14 本章小結(jié) ..................................................... 16 第三章 PH 測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì) ......................................... 17 PH 測(cè)試儀的電路原理圖 ......................................... 17 輸入電路 ..................................................... 18 溫度采集電路 ............................................. 18 pH 信號(hào)采集電路 .......................................... 19 模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) ................................................. 20 A/D 轉(zhuǎn)換器 ................................................... 21 D/A 轉(zhuǎn)換器 ................................................... 23 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路 ............................................. 24 電源模塊的設(shè)計(jì) ............................................... 25 鍵盤(pán)和顯示的設(shè)計(jì) ..............................