发布时间 : 星期日 文章pH测试仪的设计本科生设计更新完毕开始阅读e6ab43a585868762caaedd3383c4bb4cf6ecb751
第四章 PH测试仪的软件设计........................................ - 24 - 4.1 软件控制程序设计的主要内容 ................................... - 24 - 4.2系统主程序 ................................................... - 25 - 4.3 标定子程序 .................................................. - 26 - 4.4 测量子程序 .................................................. - 26 - 4.5 本章小结 .................................................... - 26 - 第五章 仪表的功能测试及误差分析 .................................. - 27 - 5.1 数据分析 .................................................... - 27 - 5.2 误差分析 .................................................... - 27 - 5.2 结 论 ....................................................... - 28 - 参考文献 ......................................................... - 30 - 致 谢 ............................................. 错误！未定义书签。 附 录 ......................................................... - 31 -
第一章 绪论
1.1 课题背景
本文所设计的pH测试仪，归属于电位式分析仪器。在测量溶液中的氢离子浓度时用到电位分析法。电位分析法是指通过三电极测量系统与被测溶液构成的测量电池（原电池）的电动势，获知被测溶液离子浓度的分析方法。用于该分析法的仪器成为电位式分析仪器。[1]
电位式分析仪器主要由测量电池和高阻毫伏计（离子计）两部分组成。测量电池是由指示电极、参比电极和被测溶液构成的原电池，参比电极的电极电位不随被测溶液浓度的变化而变化，指示电极对被测溶液中待测离子很敏感，其电极电位是待测离子浓度的函数，所以原电池的电动势与待测离子的浓度有一一对应的关系，可见，原电池的作用是把难以直接测量的离子浓度转换成容易测量的电学量（测量电池的电动势）。高阻毫伏计是检测测量电池电动势的电子仪器，如果它兼有直接读出待测离子浓度的功能，就是离子计。[2]
电位式分析仪器具有读数直观、清晰和测量精确度高的优点。随着化学传感器(电极）、电子技术和计算机的发展应用日趋广泛。
电子技术的发展，促进了电位法测量仪器的不断更新。数字式直流电压表的普及，使仪器能够很快的数字化。这也使电位法测量仪器的发展进入了一个崭新领域。 pH测试仪随着化学仪表的发展，也不断地更新换代。在电子技术飞速发展的基础上，pH测试仪的电子线路由电子管电路进入晶体管电路再进入了集成电路。各种智能型芯片被应用于分析仪器中[3]，提高了仪器的智能化和测量精度，并且也简化了仪器的测量电路。
微型计算机技术的发展使得制造智能化的新型电位分析仪器成为了可能。随着计算机的发展与普及，出现了许多微机化电位测量仪器，它用软件来完成电位、pH浓度的测定。对于那些测量方便，而计算很复杂的方法，如多次添加法有重要的意义。同时，它能进行背景校正，以及温度自动补偿、自动校正等多种功能。[4]这种仪器由于操作简便、测定速度快、灵敏度高、精度好，是电位法测量仪器的发展方向。
pH测试仪主要是对溶液中氢离子浓度的测量。它是工业生产中的重要分析内容之一，在生产过程中经常要分析中间产物及生产过程中各种离子活度。[5]例如：在电厂水汽分析中，测定氢离子含量，过去我们常用化学分析法、如容量法，但是这种分析方法周期长，不能满足自动化的要求。利用电化学原理，通过在零电流条
件下对非极化电极的电位进行测定，可以准确获得被测溶液氢离子浓度。这种方法是近代发展起来的一类分析方法，成为电位分析法，它是根据发生特定反应电池的电特性进行分析。与其它分析方法相比，具有准确、可靠、迅速等优点，已成为分析化学中的一个重要方面，在自然科学的许多领域里得到了应用，并成为常规和工业自动分析中的一种不可缺少的手段。[6]
1.2 pH测试仪研究的必要性
溶液酸碱度的检测，在工业生产中具有重要的意义。例如：测量工业废水的酸碱度，以便选择合适的化学物质进行中和，使其生成无毒无污染便于沉淀或蒸发的物质。过程用pH测试仪在各行各业的原材料测定、管理、制造工程中，对反应条件的控制、监视，以及对产品质量的检测等方面起了极其重要的作用。除此以外，为了防止公害，pH测试仪作为排水监测仪表，作用也很大。随着现代化的工业生产向大型、高效、快速的方向发展和自动化程度的提高,工业pH测试仪的应用领域和需求量也日益扩大。[7]目前工业pH测试仪已广泛的应用于石油、化工、钢铁、电力、食品、酿造、医药、纺织、制革、造纸、印染、水处理、锅炉系统等各个工业部门。而且越来越显示出工业pH测试仪将成为上述工业部门中检测和控制所必不可少的有效工具。例如，在印染行业，pH值的精确度对染料的高吸收率是衡量印染过程是否有效的重要因素之一，这无论对于节省原材料，减少冲洗槽的数量，还是对于以后的污水处理来说，都十分有益。染料的吸收率取决于纤维材料，终点pH终点温度，染色深度以及染色时间，特别是终点温度及终点pH尤其重要。通常通过仪器对时间和温度曲线进行自动控制，而对pH值只是简单的通过加入染料进行调节。在最终检查pH值的时候经常会发现变化很大。即使使用了缓冲染料后, 终点pH 值都不尽准确并且各个罐批之间差值很大，这是就需加入例外的酸进行调节。终点pH值的重复性不好会直接影响染料吸收的效率及均匀度。
离子选择性电极法，在工业生产中也得到了广泛的应用。电极法简单易行，便于重复测定，标准偏差小，因而分析结果比较准确。电极法不需要许多昂贵的度数设备，例如曲线的线化电路、积分器和图纸记录仪等，通过离子计可直接读取浓度值。电极法分析还可以节省时间，仅需几分钟，典型的单词分析时间为1分钟。在许多情况下，用电极进行多样分析比其他自动分析以更快。由于电极可以携带，故测量并不局限在实验室进行。质量控制分析可以直接在工厂现场完成，所用方法是相同的。采样可以在水库、江河、溪流的岸边进行，实验室外所用的方法与实验室内的相同。[8]电极法是灵敏的，可测量低μgL。电极直接测量法与样品体积无关。
我们使用离子电极分析发来测量离子的浓度，具有简便、快速的特点。另外，由于离子电极分析法所依据的电位变化可供连续显示与自动记录，因而使用这种方
法有利于实现连续与自动分析。在这方面，电子计算机技术的迅猛发展，微处理机、微型计算机等的应用，更加速了离子电极测试仪表与数据处理的计算机化进程，所以研究新型的pH测试仪是必要的。二十世纪七十年代后期国外出现了许多微机化pH测试仪，这些pH测试仪的功能全面，但其价格比较昂贵，维护量比较大。所以研究一种经济实用型pH测试仪是很有必要的。[9]
1.3 pH测试仪的发展概况
pH测试仪在日本发展很快，特别是70年代和80年代，日本的产品紧跟时代潮流，每个时期的产品都具有时代的特点，都具有代表性及世界的先进性。
世界上第一台商品pH计[21]，是Arnold Beckman于1936年研制生产的。工业pH计的问世约于4O年代末期。日本生产的第一台工业pH计是于1951年由日本电气式化学计研究所(DKK 前身)研制生产的，1953年日本横河电机开始研制生产工业pH计。
初期的pH 测定装置是由传感器亦称发送器(包括玻璃电极、参比电极、温度补偿元件)和阻抗变换、放大、指示的电子单元两部分组成。人们习惯上把阻抗变换、放大、指示部分叫pH计或pH变送器。而现代的工业pH测定装置，或称为工业pH计，则应包括pH传感器、支架、pH变送器，安全保持器、电极清洗单元、配电箱等一个完整的系统。
70年代是工业pH测试仪具有突破性进展的年代。由于生产过程监测和控制的实际需要和先进的科学技术的开发，IC和FET的出现，使工业pH计在7O年代取得了突破性的进展。日本横河电机利用FET和IC组成的高输入阻抗变换器体积小的特点，于1971年首次推出由pH传感器、高阻变换器和指示器构成一体化结构的8511型(流通式)pH变送器，并由pH变送器、超声波振荡器和安全保持器组成小型工业pH 系统。该仪器首次把2线式传输方式用于工业pH计系统，从而简化了本质安全防爆的结构设计。[10]1975年，日立生产的K-7型工业pH计中,首次将玻璃电极、比较电极和温度补偿电极一体化，构成复合电极，这种复合电极的出现，无疑为pH传感器的小型化作出了贡献。1979年，横河电机在8511型pH 变送器的基础上,推出pH6F型pH变送器；后又于1982年推出pH8F型pH变送器。并由pH 8 F型变送器与pH传感器及其辅助设备构成了pH Σ系列。该pHΣ系列曾在我国1983年多国仪器仪表展览会上展出，受到好评。
80年代是工业pH计微机化、智能化的年代。自从1971年微处理机问世以来，由于其独特的功能，引起了人们极大的兴趣。科研生产单位首先研制生产了带微处理机的实验室pH计。而工业pH计的微机化约于1983年。1984年日本电气化学计生产了HBM—51型带微机的工业pH计。该仪器能够进行pH自动校正和电极的自动