铂电极多功能传感器制造技术

本发明专利技术公开了铂电极多功能传感器，数据处理模块由微处理器、存储器组成，通信模块为无线通信模块Zigbee，数据采集模块通过传感器检测水体中的温度、电导率、pH值、氧化还原电位、铅离子等重金属离子，检测信号经A/D转换器进入微处理器，微处理器对数据进行滤波、融合并储存，通信模块采用无线通信技术实现与远程控制中心之间的通信，微处理器将处理好的数据经过汇聚节点转发给远程控制中心，若检测到水质指标不在规定范围内，报警电路报警，远程控制中心查询异常指标并做出相应的处理。本发明专利技术的有益效果是该传感器检测精度高，可以实现水质检测功能。

【技术实现步骤摘要】
铂电极多功能传感器
本专利技术属于水质监测
，涉及铂电极多功能传感器在水产养殖中的应用。
技术介绍
随着科技和管理水平的提高，水产养殖由传统的粗养(湖泊水库养鱼)逐渐过渡到精养和高密度精养等方式以获得高产。水质对水产养殖至关重要，温度、电导率、pH值、氧化还原电位的变化和铅离子等重金属离子的泄漏都会造成减产带来经济损失。传统的水质检测传感器存在成本高、不能现场测量、检测结果单一和灵敏度低等缺点，无法确保水产养殖中的水质检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供铂电极多功能传感器，本专利技术的有益效果是该传感器检测精度高，可以实现水质检测功能。本专利技术所采用的技术方案是包括数据采集模块、数据处理模块、通信模块和电源模块，数据采集模块由温度传感器、电导率传感器、PH值ORP传感器、铅离子传感器和A/D转换器组成，数据处理模块由微处理器、存储器组成，通信模块为无线通信模块Zigbee，数据采集模块通过传感器检测水体中的温度、电导率、pH值、氧化还原电位、铅离子等重金属离子，检测信号经A/D转换器进入微处理器，微处理器对数据进行滤波、融合并储存，通信模块采用无线通信技术实现与远程控制中心之间的通信，微处理器将处理好的数据经过汇聚节点转发给远程控制中心，若检测到水质指标不在规定范围内，报警电路报警，远程控制中心查询异常指标并做出相应的处理。进一步，温度传感器、电导率传感器、PH值ORP传感器、铅离子传感器为由铂制成的三电极靶式传感器，三电极靶式传感器中，其中一个中心电极为圆形位于中心，另两个电极为弧形电极分别环绕中心电极。进一步，温度传感器、电导率传感器、PH值ORP传感器、铅离子传感器为双电极传感器或四电极传感器，其中双电极传感器为两个电极间隔5微米，双电极间连接了5V电源和一个100kΩ的电阻，将传感器浸入含有铅离子和其他重金属离子的测试溶液中；四电极传感器左边两个电极、右边两个电极之间的小间隙为5微米，中间两个电极之间的大间隙为50微米，左右两个电极间连接了5V电源和一个100kΩ的电阻，将传感器浸入含有铅离子和其他重金属离子的测试溶液中。本专利技术设计了一个铂电极多功能传感器，可以对水中的温度、电导率、pH值、氧化还原电位、铅离子和其他重金属离子进行测定，保证水产养殖的水质安全。铂电极多功能传感器属于化学水质检测传感器(电极式)，它主要通过电极表面与水中的离子或分子发生电化学反应，在电路中产生变化的电压或电流，通过检测电路中的电流或电压变化来测定水中的影响因子。铂电极多功能传感器由单层PVDTi/Pt组成，成本低、结构和制造简单。附图说明图1是本专利技术铂电极多功能传感器监测系统示意图；图2是三电极靶式传感器示意图；图3是双电极传感器示意图；图4是四电极传感器示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术如图1所示，包括数据采集模块1、数据处理模块2、通信模块3和电源模块4，其结构如图1所示。数据采集模块1由温度传感器101、电导率传感器102、PH值ORP传感器103、铅离子传感器104和A/D转换器105组成，数据处理模块2由微处理器201、存储器202组成，通信模块3为无线通信模块Zigbee301，数据采集模块1通过传感器检测水体中的温度、电导率、pH值、氧化还原电位、铅离子等重金属离子，检测信号经A/D转换器105进入微处理器201，微处理器201对数据进行滤波、融合并储存。通信模块采用无线通信技术实现与远程控制中心之间的通信，微处理器201将处理好的数据经过汇聚节点转发给远程控制中心，若检测到水质指标不在规定范围内，报警电路报警，远程控制中心查询异常指标并做出相应的处理。其中，如图2所示，温度传感器101、电导率传感器102、PH值ORP传感器103、铅离子传感器104为由铂制成的三电极靶式传感器5，三电极靶式传感器5中，其中一个中心电极501为圆形位于中心，另两个电极为弧形电极502分别环绕中心电极。三电极靶式传感器5可用于电导率、pH/ORP的检测。在电导率测试期间，两个外部弧形电极502串联连接一个片外电阻R，并测量通过电阻的有效电流Irms作为电导率指示。测量时，在两个外部电极之间通6200Hz、0.5V的脉冲波Vrms，并且有效电流Irms表示电导率σ。通过改变与这些电极串联的片外电阻R，可以容易地调节电导率测量的灵敏度。电导率σ与有效电流Irms的关系如式(1)所示式(1)遵循欧姆定律，式中Imax是饱和电流，通过改变电路中的电阻R，Imax可以针对特定的电导率范围进行优化。离子电导率受温度影响，不同温度下，电流会有偏差。水温的影响可通过使用式(2)来减少。式中，σ0是给定温度T0下的校准电导率，σt是温度T下的电导率。结合式(1)和式(2)进而我们可以用式(4)来描述溶液中的电导率对pH值和氧化还原电位的检测对pH值和氧化还原电位进行检测。在pH值和氧化还原电位测试中，最大电极为阳极(+)，中间电极为阴极(—)，最小电极为ORP检测电极。实验表明，在通电状态下，在含有氯离子的溶液中，传感器的阴极电位保持相对恒定，产生稳定阴极电位的电化学反应是铂阴极表面上的活性位置通过吸附作用被氯化物占据，因此阴极电位可作为参考电位。此外，阳极电位随着pH值变化，最小电极电位随着ORP变化，因此测量阳极和最小电极之间的电势差为△V1(>0)以及阴极和最小电极之间的电势差△V2(<0)。△V2表示氧化还原电位，阳极与阴极之间的电位差即△V1—△V2表示pH值。记录pH值和氧化还原电位及其对应的电位差，分别绘制pH-(△V1—△V2)曲线图和ORP-△V2曲线图，微处理器通过检测传感器上的电位差来测定相应的pH值和氧化还原电位。在水产养殖中，氯离子在水中是普遍存在的，因此该传感器可用于水质监测。当强氧化剂(例如次氯酸盐)的浓度高于1ppm时，阴极电位可能会发生显著变化，pH/ORP传感器将失去灵敏度。在电极表面涂层可以减少强氧化剂溶液对阴极电位的影响。氯化PVC膜不易渗透次氯酸盐，将它涂在电极表面，阻挡ClO-的影响，保持阴极电位稳定，传感器可以继续正常工作。双电极传感器的设计对铅离子和其他重金属离子的检测双电极系统如图3所示，两个电极间隔5微米。双电极间连接了5V电源和一个100kΩ的电阻，将传感器浸入含有铅离子和其他重金属离子的测试溶液中，测量电阻两端的电压差△V作为信号。△V反映了电极上的整体阻抗，当两个电极之间的阻抗降低时，△V增加。系统在通电时，由于重金属离子(铜离子、铁离子和锌离子)具有还原性，在阴极上被还原成导电金属。如果还原的金属连接铂电极之间的间隙，则系统的阻抗会显著下降，系统中的电流增大，电阻R上的电压差△V增大。由于阻抗变化展现出的电压差△V的变化是溶液中重金属存在的依据。铅离子是唯一可以在阳极周围沉积导电物质的离子。阳极周围的主要反应是氧化反应，铅离子可以被氧化为导电物质——二氧化铅，化学方程式为Pb2+-2e-+2H2O→PbO2+4H+(5)当沉积的二氧化铅连接铂电极之间的间隙时，系统阻抗减小，电阻R上的电压差△V增大。在双电极系统中，不管是铅离子存在还是其他重金属离子存在都会导致△V增加，传感器可以有效地进行离子的存在性检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铂电极多功能传感器，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块、通信模块和电源模块，数据采集模块由温度传感器、电导率传感器、PH值ORP传感器、铅离子传感器和A/D转换器组成，数据处理模块由微处理器、存储器组成，通信模块为无线通信模块Zigbee，数据采集模块通过传感器检测水体中的温度、电导率、pH值、氧化还原电位、铅离子等重金属离子，检测信号经A/D转换器进入微处理器，微处理器对数据进行滤波、融合并储存，通信模块采用无线通信技术实现与远程控制中心之间的通信，微处理器将处理好的数据经过汇聚节点转发给远程控制中心，若检测到水质指标不在规定范围内，报警电路报警，远程控制中心查询异常指标并做出相应的处理。

【技术特征摘要】
1.铂电极多功能传感器，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块、通信模块和电源模块，数据采集模块由温度传感器、电导率传感器、PH值ORP传感器、铅离子传感器和A/D转换器组成，数据处理模块由微处理器、存储器组成，通信模块为无线通信模块Zigbee，数据采集模块通过传感器检测水体中的温度、电导率、pH值、氧化还原电位、铅离子等重金属离子，检测信号经A/D转换器进入微处理器，微处理器对数据进行滤波、融合并储存，通信模块采用无线通信技术实现与远程控制中心之间的通信，微处理器将处理好的数据经过汇聚节点转发给远程控制中心，若检测到水质指标不在规定范围内，报警电路报警，远程控制中心查询异常指标并做出相应的处理。2.按照权利要求1所述铂电极多功能传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵景波，薛秉鑫，王众，廖鹏浩，沈汉文，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37