文档介绍：台式PH计/ORP计/溶氧仪设计开发方案
PH计、ORP计、电导率仪、溶氧仪是几种最常用的电化学仪器,广泛应用于各领域的科研和生产。因其控制及处理系统存在很多共性,很多电路可以共用,故将其放在一起讨论。
一,准备开发的系列产品及其原理概述
,PH计/酸度计
PH计主要使用电位法测得PH值。电位分析法是利用化学上原电池的原理工作的。原电池由二个半电池构成。其中一个半电池称作测量电极,它的电位与特定的离子活度有关如H+ ;另一个半电池称作参比电极,它一般是与测量溶液相通,并且与测量仪表相连。根据电极电位与PH值间的对应关系,即可计算出所测溶液的PH值。
标准氢电极是所有电位测量的参比点。标准氢电极是一根铂丝,用电解的方法镀(涂覆)上***化铂,并且在四周充入氢气(固定压力为1013hpa)构成的。
参比电极的电位不受试液组成变化的影响,在双电极系统中,要能负荷一定的电流(与测量电极构成回路),电流流过时,电极电位保持恒定。
氢电极做为参比电极在实践中很难实现,于是使用第二类电极做为参比电极。其中最常用的便是银/***化银电极。该电极通过溶解的AgCl对于***离子浓度的变化起反应。虽然有一定的电位,但表现稳定,不随温度发生大的变化。
把pH玻璃电极和参比电极组合在一起的电极就是pH复合电极。目前PH计上配套使用的电极大多数采用的是复合电极。根据外壳材料的不同分塑壳和玻璃两种。
电压测量主要是在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位,作为测量各种偏离电位的对照。玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中,就组成一个原电池,该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池=E参比+E玻璃,如果温度恒定,这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化,因其电动势非常小,且电路的阻抗又非常大(1-100MΩ),因此,必须把信号放大到足够大。
两电极间的电动势与PH值间的关系可通过能斯特方程得出,通过电压与PH的对应关系计算出PH值。计算过程中还要考虑温度的影响,进行温度补偿。能斯特方程如下:
E=℃ per pH
式中R和F为常数,n为化合价,每种离子都有其固定的值。对于氢离子来讲n=1。温度“T”做为变量,在能斯特公式中起很大作用。随着温度的上升,电位值将随之增大。
在仪器使用前,需对仪器进行校准,以确定电位与PH值转换公式中的参数。尽管pH计种类很多,但其校准方法均采用两点校准法,即选择两种标准缓冲液:一种是pH7标准缓冲液,第二种是pH9标准缓冲液或pH4标准缓冲液。先用pH7标准缓冲液对PH计进行定位,再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。如果待测溶液呈酸性,则选用pH4标准缓冲液;如果待测溶液呈碱性,则选用pH9标准缓冲液。
ORP计(氧化还原电位仪)
ORP的单位是mv。它由ORP复合电极和mv计组成。ORP电极是一种可以在其敏感层表面进行电子吸收或释放的电极, 它被用来进行电位测量,而同时又不能参加化学反应过程,也就是说它是要经受住化学冲击。因此这里只能选用铂、金或银等贵金属。
参比电极和pH电极一样的银/***化银电极。
ORP计的测量原理与PH计基本相同,只是测量的电位差是由所有离子共同形成的,而PH计只是测量氢离子形成的电位差。因此,ORP电极可以使用于任何pH计上。
因为ORP计的测量结果是直接用电位差(mv)表示的,且与温度无明显的线性关系。故ORP计使用时无需标定,也无需进行温度校准,直接使用即可。只有对ORP电极的品质或测试结果有疑问时,可用ORP标准溶液检查电位是否在200-275mv之间,以判断ORP电极或仪器的好坏。
, 电导率仪
水溶液电导率的测量需利用一对相互平行、截面积和间距已知的电极,一般称为电导测量电极,简称电导电极。当电导电极浸入溶液时,在两电极间的水溶液构成传导电流的导体。设电极的有效截面积为A,间距为L,两电极间水溶液的电阻为R。根据K值的定义,溶液的K值可简单地由下式算出:
  K=l/Ρ=(L/A)×l/R=Q/R
依据上述原理设计的测量仪器称为电导率仪。
测量过程中为了减少由于溶液内离子成分向电极表面聚集而形成的极化效应,测量电导池电阻时,往往使用高频交流电源。
注:电导率仪我们已经试验成功!在此不再详述。

溶氧电极有两种类型:原电池法溶氧电极和极谱法溶氧电极。国内最常用的是极谱法溶氧电极。
极谱法溶氧电极是由金电极(阴极)和银电极(阳极)及***化钾或氢氧化钾电解液组成,氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。~ (