专利名称：溶液酸碱值测量法及测量仪的制作方法
技术领域：
本发明具体涉及一种用于测量溶液酸碱值(pH值)的测量方法及测量仪。
溶液酸碱值测量技术广泛用于化学、化工、环境保护、教学、科研、生物、医学、地质和冶金等领域，其发展速度也相当迅速。从现有技术看，溶液酸碱值的测量方法和测量仪已有多种，而最新推出的测量方法和测量装置是日本。日本专利技术Jp60-7355它是将绝缘栅场效应管构成的离子传感器，置于电介液，通过测定离子活度在绝缘膜上发生的膜电位变化，再测定与膜电位成比例的漏极电流，经温度校正后得出溶液酸碱值。然而，这种测量装置所用元件较多，操作不太方便。其测量方法所用的电路，包括除法电路在内均由模拟电路构成，特别是温度校正部份，易受环境温度影响，容易带来测量误差。
本发明的目的在于，克服上述缺点，提出一种既能自动进行温度校正，又能简化测量过程，提高测量精度，还可用数字显示方式直观显示其测量结果。
本发明的原理是，用参比电极和对氢离子敏感的测量电极，置入待测溶液构成一个原电池，通过测量原电池的电动势，再利用描述该电动势和溶液酸碱值之间关系的能斯特(NernSt)方程求出溶液的酸碱值。能斯特方程为
E＝EO(T)+K·T·pH方程中E为置入溶液中测量电极和参比电极之间的电动势T为绝对温度，K为常数，pH为溶液的酸碱值，EO(T)为和绝对温度有关的电极标准电位。由能斯特方程看出，测量电极与参比电极之间的电动势，不但与溶液的酸碱值有关，而且和溶液的温度也有关。想要准确测量溶液的酸碱值，就必须校正由于溶液温度所产生的影响。本发明的具体方案是，利用玻璃电极和参比电极或由其二者组成的复合电极，作为酸碱值测量的传感器，利用半导体pN结作温度传感器，再利用由电阻、电位器、恒流二极管、运算放大器、双积分型模-数集成块及显示器件组成能自动进行温度校正的数字式酸碱值测量仪。其测量方法是，对由玻璃电板和参比电板，或由二者组成的复合电极，置于溶液中所产生的电信号，和由置于同一溶液中pN结温度传感器所产生的电信号，通过运算放大器进行代数求和运算，然后同时进行除法和模-数变换，最后给出溶液酸碱值的数字显示。用上述测量仪和测量方法，完成和实现本发明的目的。
下面结合本发明所附的原理图作详细说明。
图中〔1〕为由玻璃电极和参比电极或由二者所组成的复合电极所构成的酸碱值传感器，〔2〕为高输入阻抗运算放大器，〔3〕为电位器，〔4〕为电位器，〔5〕为电阻，〔6〕为电阻，〔7〕为运算放大器，〔8〕为电位器，〔9〕为恒流二极管，〔10〕为半导体pN结温度传感器，〔11〕为电阻，〔12〕为电阻，〔13〕为电阻，〔14〕为运算放大器，〔15〕为开关(用于仪器调试，在正式测量时，开关处于“合”位置)，〔16〕为由双积分型模-数变换集成块和阻容元件所构成的模-数变换电路，〔1〕为显示电路，〔18〕为电阻，〔19〕为电阻。
由能斯特方程和本发明的原理及具体技术方案可以看出，溶液温度的变化直接影响酸碱值传感器输出的电势差，从而影响酸碱值的测量。要想准确测定溶液的酸碱值，就必须对被测溶液温度影响进行校正，即对方程中EO(T)项的校正，并称为定位补偿，对方程中K·T·pH项的校正，并称为温度补偿。本发明所用的复合电极，具有在某个确定的酸碱值的溶液中其电势差不随温度变化的特点，即EO(T)是温度的线性函数，其数学表达式为EO(T)+K·T·pHO＝常数式中pHO是某个确定的pH值，一般pHO＝7。酸碱值传感器〔1〕的输出信号和电位器〔4〕的电压信号在运算放大器〔2〕进行代数求和运算，然后，运算放大器〔2〕的输出信号和由运算放大器〔14〕输出的与溶液温度有关的电压信号在运算放大器〔7〕进行代数求和运算，以消除能斯特方程中EO(T)项所产生的电压分量，从而完成定位补偿。另外，把运算放大器〔14〕输出的与被测溶液温度有关的电压信号的一部份，作为双积分型模-数变换电路〔16〕的基准电压，运算放大器〔7〕输出仅与K·T·pH项有关的电压信号，作为双积分型模-数变换电路的被测输入电压。这样就可利用双积分型模-数变换电路的特点，在进行模-数变换的同时，完成被测输入电压和基准电压相除功能，从而在已经消去EO(T)所产生的电压的基础上，再消去由于溶液温度变化对K·T·pH项所造成的影响，从避免模拟电路作除法运算时所造成的大的误差。与此同时，从双积分型模-数变换集成块输出的信号，已是可供显示器件使用的七段码信号，可直接驱动液晶显示元件，达到显示溶液酸碱值的目的。
本发明已有成功实施例，实施例中复合电极为65-1型，高输入阻抗运算放大器由绝缘栅型场效应晶体管作为输入级的运算放大器构成，双积分型模-数变换集成块为ICL7106，显示器件用液晶显示片3551，线路中所有电阻均为金属膜电阻器，所用电位器均为线绕电位器。
本发明所具有的优点和积极效果1、测量仪所用元件数少，便于操作使用，所用方法简便可行;
2、本发明所用复合电极，具有在某个确定酸碱值溶液中其电势差不随温度变化的特点，加上本发明对温度影响项进行温度自动校正，从而既提高了测量的精确度，还可节省人物力;
3、测量仪所用模-数变换电路，取代一般测量仪中的模拟电路，这样在完成模-数变换的同时，就可完成除法运算，从而带来两个优点。一方面改善了环境温度对所测结果的影响，另一方面还避免了由于模拟电路在进行除法运算时所造成的误差;
4、测量仪采用液晶显示器件，对所测结果能给出直观的结果。
权利要求
1.一种溶液酸碱值测量方法，是通过测定置于溶液中两电极组成的原电池的电势差，再根据描述该电势差和溶液酸碱值之间关系的能斯特方程，经过溶液温度对酸碱值影响的校正，给出酸碱值；本发明的特征在于，原电池是由参比电极和测量电极组成，通过电极在溶液中所产生的电信号和置于同一溶液中半导体PN结温度传感器所产生的电信号，用运算放大器进行代数求和运算，然后同时进行相除和模-数变换，从而给出溶液的酸碱值，且为数字显示。
2.如权利要求1所述的溶液酸碱值测量方法，其特征在于，用双积分型模-数变换电路，在完成对运算放大器的输出信号的模-数变换同时，完成该信号与被测溶液温度有关信号的相除功能。
3.如权利要求1所述的溶液酸碱值测量方法，其特征在于，在对溶液酸碱值传感器信号进行模-数变换之前，先消去德斯特方程中EO(T)项的电压信号。
4.如权利要求1所述的溶液酸碱值测量法，其特征在于，其双积分型模-数变换电路的基准电压输入端，是一个和被测溶液温度有关的电压信号。
5.一种溶液酸碱值测量仪，包括酸碱值传感器，pN结温度传感器、运算放大器、双积分型模-数变换集成块等电器元件;其特征在于酸碱值传感器〔1〕的信号和电位器〔4〕的电压信号在运算放大器〔2〕进行代数求和运算，然后运算放大器〔2〕的输出信号和运算放大器〔14〕输出的与溶液温度有关的电压信号在运算放大器〔7〕进行代数求和运算。运算放大器〔7〕的输出信号作为双积型模一数转换电路的被测输入电压信号，运算放大器〔14〕输出信号的一部分作为该转换电路的基准电压信号。
全文摘要
一种溶液酸碱值测量方法及测量仪，包括溶液酸碱值传感器、半导体PN结温度传感器、电阻、电位器以及显示器等电器组成的电路所组成。通过测量电极电势差，根据能斯特方程所描述电势差和溶液酸碱值之间的关系，经过温度自动校正后给出其结果，并由显示器直观显示。
文档编号G01N27/419GK1042608SQ8810761
公开日1990年5月30日 申请日期1988年11月2日 优先权日1988年11月2日
发明者杨华庭 申请人:核工业部辐射防护研究所