离子浓度检测仪制造技术

一种离子浓度检测仪，包括信号检测器件、信号处理电路以及相应的电源和壳体，其特征在于：信号检测器件由离子选择电极（２）、参比电极（３）和温度传感器（４）组成；信号处理电路由信号预处理器（５）、数据采集器（６）、数据运算器（７）、操作键盘（８）、数据显示器（９）组成；信号检测器件置于壳体外、它们的检测头置于被测溶液（１）中，它们的输出端则与信号处理电路相连；信号预处理器、数据采集器和数据运算器置于壳体内，操作键盘、数据显示器置于壳体外或壳体面板上；其中离子选择电极、参比电极和温度传感器的输出端与信号预处理器的输入端相连，信号预处理器的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端与数据运算器的Ｉ／Ｏ接口相连，操作键盘、数据显示器的Ｉ／Ｏ接口亦与数据运算器的Ｉ／Ｏ接口相连；数据运算器中存储或固化了相应的计算软件。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及采用离子选择电极对离子浓度进行测量的设备。本技术的解决方案如下整个检测仪包括信号检测器件、信号处理电路以及相应的电源和壳体，其中，信号检测器件由离子选择电极、参比电极和温度传感器组成；信号处理电路由信号预处理器、数据采集器、数据运算器、操作键盘、数据显示器和/或记录器组成；信号检测器件置于壳体外、它们的检测头置于被测溶液中，它们的输出端则与信号处理电路相连；信号预处理器、数据采集器和数据运算器置于壳体内，操作键盘、数据显示器和/或记录器置于壳体外或壳体面板上；其中离子选择电极、参比电极和温度传感器的输出端与信号预处理器的输入端相连，信号预处理器的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端与数据运算器的I/O接口相连，操作键盘、数据显示器和/或记录器的I/O接口亦与数据运算器的I/O接口相连；数据运算器中存储或固化了相应的计算软件。或者，温度传感器的输出端直接与数据运算器的I/O接口相连。信号处理电路中还可以有数据记录器，置于壳体外或壳体上；其I/O接口与数据运算器的I/O接口相连。此外，数据运算器上还可以预留与其他外部设备相连的I/O接口，置于壳体上。也就是说，本技术提出了一种结构简化的检测仪，只包括信号检测器件和信号处理电路两部分，它能根据本技术提出的温度补偿公式以及相应的检测信号，直接计算出离子浓度。离子选择电极及其参比电极插入被测溶液中，它们构成一个如附图说明图1所示的电化学体系(等价于化学电池)被测离子与离子选择电极的选择膜发生电化学反应形成一个与离子浓度有关的电位E，参比电极则始终保持一个稳定的电位E0，离子选择电极及其参比电极作为化学电池的两极，其输出电压V＝E-E0与被测溶液的离子浓度和温度有关。在恒定的温度下，该输出电压与被测离子浓度之间的关系符合能斯特原理，因此可以将电压信号转换成离子浓度信号(此为公知技术)；但当温度发生变化时，其输出电压与被测离子浓度之间的关系就发生了变化。以往人们通过定位、斜率补偿、温度补偿和等电位调节等手段来克服温度变化时对输出电压的影响，本技术则根据大量测试数据建立了一个温度补偿公式，以解决上述问题。在电化学理论中，当原电池中发生的化学反应是aA+bB+...+necC+dD+... 则能斯特方程表示式为E=E0+RTnFlnab···cd···]]>直接使用能斯特方程分析溶液中的离子浓度不但非常困难，也是不必要的，因为对方程中各个参数产生扰动的因素很多。虽然，除温度以外的其它因素产生的影响相对较小、或者通过现有的技术手段可以较好地解决；但是，温度变化而产生的扰动不仅影响大，而且现有的技术手段中存在这样或那样的不足。本技术提出，将温度变量作为离子选择电极响应模型的自变量，通过建模的方法加以补偿。经过大量的实验可以得到下述结论离子浓度的对数在特定温度下可近似为离子选择电极电压的线性函数；且截距和斜率又都可近似为关于温度的一次函数，即logM＝a+bt+(c+dt)V (1)我们称之为简化的离子选择电极模型。式中V为电极输出电压，M为离子浓度，a、b、c和d为待定系数。标定离子选择电极需取至少两份与被测溶液的离子相同的已知浓度标准溶液，在至少两种温度下测定其与离子浓度和温度有关的电信号，然后通过测量得到的数据以及下列标定步骤(简称其为逐步拟合法)得到所需的温度补偿公式中的参数步骤一配制某浓度的标准溶液，通过改变溶液的温度，得到一组不同温度下(至少两个温度点)电极输出电压的相应数据，然后改变标准溶液的浓度，测出另一个浓度下标准溶液的电极输出电压和温度的关系。设一共测量n组，并由此得到一个数据集。步骤二基于离子选择电极电化学理论和实测数据分析，一次曲线可以很好地拟合特定温度下的浓度对数—电压特性。在不同温度(设有m个温度)下，采用最小二乘法可拟合成一族直线集合{ki|logM＝ei+fiV，i＝1，2，3…m}。其中M为溶液离子的浓度，V为离子选择电极与其参比电极的电位差(即电极输出电压，单位mV)，i为与一系列温度对应的下标。步骤三在直线集合中每一条直线截距ei和对应温度ti构成样本对(ei，ti)以及集合中每一条直线斜率fi和对应温度ti构成样本对(fi，ti)，它们都呈线性关系。通过最小二乘法对它们进行拟合，从而得到以温度和电极输出电压为自变量，离子浓度对数为应变量的函数关系式(1)。最小二乘法标定出了式中a、b、c、d，所以离子浓度测量模型可由下列温度补偿公式表示M＝10a+bt+(c+dt)V(2)在温度补偿公式(2)中所采用的具体参数a、b、c、d应根据具体被测溶液类型以及所选用的离子选择电极及其参比电极进行标定。对于所选用的离子选择电极及其参比电极，经一次标定后即可连续使用。将上述温度补偿公式通过一种结构简单的检测仪来实现，即可完成对被测溶液1中离子浓度的检测。检测仪应包括信号检测器件和信号处理电路两部分，它能根据所提出的温度补偿公式以及所测得的温度及与溶液离子浓度有关的电信号，直接计算出离子浓度。信号检测器件与信号处理电路之间的连接关系、以及信号处理电路中各器件的相互连接关系如下离子选择电极2及其参比电极3的输出端与信号预处理器5的两个输入端分别相连(因电极的输出信号为模拟信号)。温度传感器4的连接则视其类型而定若其输出信号为模拟信号，则其输出端应与另一信号预处理器5的两个输入端分别相连；若其输出信号为幅值合适的数字信号，则其输出端可直接与数据运算器7的I/O接口相连。信号预处理器一般由放大器、滤波器等构成，可对各检测器件所测得的电信号进行放大和滤波等调理、以使其适用于后续器件，信号预处理器5的输出端则与数据采集器6的输入端相连；数据采集器6的输出端再与数据运算器7的一个I/O接口相连，以便将根据各检测器件所测电信号转换而成的数字信号传送到数据运算器中进行处理。如果数据运算器中集成了数据采集器(如作为数据运算器的DSP通常就包含了A/D转换)，则无需单独的数据采集器。操作键盘8的I/O接口与数据运算器的另一I/O接口相连，以便通过操作键盘向数据运算器中输入有关指令或参数。数据显示器9的I/O接口与数据运算器的又一I/O接口相连，以便将数据运算器的运算结果输出到数据显示器中显示。如果需要，还可以有数据记录器10，其I/O接口与数据运算器的某个I/O接口相连，以便将数据运算器的运算结果输出到数据记录器中记录。此外，信号处理电路的数据运算器上还可预留与其他外部设备11相连的I/O接口，置于壳体上，以便将来扩展更多的功能，例如与计算机或控制器相连接。其中，信号预处理器、数据采集器、数据运算器、数据显示器和/或记录器、操作键盘等均可采用现有的器件和芯片，或由现有的器件和芯片构成常规电路。例如信号预处理器中的放大器可采用差动放大电路形式，数据采集器可使用满足精度要求(如不低于12位)的任一款A/D转换芯片，数据运算器可采用单片机、DSP等，数据显示器可以是数字式、图像式或指针式，数据记录器可以是存储器、打印机或磁盘、光盘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永，孙德敏，秦琳琳，吴刚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：