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一種便攜式酸堿濃度測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式酸堿濃度測量裝置，所述測量裝置包括酸堿濃度電極以及脈沖電導率測量系統(tǒng)組成，其中，酸堿濃度電極包括電極芯和電極套管，所述電極套管套設在電極芯上，與電極芯之間形成環(huán)狀測量通道，所述電極芯與脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端相接。該新型的便攜式酸堿濃度測量裝置可以測量7種以上常用酸堿濃度，測量濃度范圍0-15％，準確度±2％讀數(shù)值。儀器采用防水設計，適合生產(chǎn)現(xiàn)場和實驗室使用。
【專利說明】一種便攜式酸堿濃度測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電化學儀器，具體涉及酸堿濃度測量裝置。
【背景技術】
[0002]市售的電化學儀器中，便攜式和臺式酸堿濃度計很少，因為酸堿濃度的測量通常采用測量電導率，再換算為酸堿濃度的方法。由于酸堿溶液的電導率非常大，高濃度的酸堿溶液電導率接近1000mS/cm，當采用電極常數(shù)為I的電導電極時，溶液電阻只有幾個歐姆，流過電極表面的電流密度相當大，在測量時電極會發(fā)生嚴重的極化現(xiàn)象，另外這樣小的電阻也不容易測量準確。
[0003]要解決上述問題，必須采用電極常數(shù)10-50的電導電極，使溶液電阻增加10-50倍，而通常這樣的電極體積比較大，在便攜式和臺式儀器中使用不便。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有酸堿濃度測量裝置存在體積大、使用不方便的問題，本實用新型的目的在于提供一種新型的便攜式或臺式酸堿濃度測量裝置，以方便用戶在生產(chǎn)現(xiàn)場測量溶液的酸堿濃度值。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術方案:
[0006]一種便攜式酸堿濃度測量裝置，所述測量裝置包括酸堿濃度電極以及脈沖電導率測量系統(tǒng)組成，所述酸堿濃度電極包括電極芯和電極套管，所述電極套管套設在電極芯上，與電極芯之間形成環(huán)狀測量通道，所述電極芯與脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端相接。
[0007]在本實用新型的優(yōu)選實例中，所述電極套管可拆卸的套設在電極芯上。
[0008]進一步的，所述電極芯由電極桿、第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭以及溫度傳感器組成，所述第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭依次設置在電極桿上，所述溫度傳感器設置在電極頭內(nèi)，其中第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端連接到脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端。
[0009]進一步的，所述第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端的引線從電極桿中心引出與四芯屏蔽線連接，四芯屏蔽線通過防水插頭連接到脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端。
[0010]進一步的，所述脈沖電導率測量系統(tǒng)包括溫度測量模塊、微處理器、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述微處理器控制連接溫度測量模塊、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述溫度測量模塊與電極芯中的溫度傳感器相接通、跟隨器與第一環(huán)狀白金電極相接通，電流放大器與第二環(huán)狀白金電極相接通。
[0011]再進一步的，所述微處理器為MSP430微處理器。
[0012]進一步的，所述酸堿濃度電極為電導率測量范圍2-2000mS/cm的酸堿濃度電極。
[0013]本實用新型提供的便攜式或臺式酸堿濃度測量裝置中電極在保持與普通電導電極外形尺寸相同的情況下，電極常數(shù)從I提高到10或大于10，有效地降低了電極表面的電流密度，消除電極極化對高電導率測量的誤差，不僅克服了酸堿溶液極高的電導率測量困難的問題，而使得酸堿濃度測量裝置體積很小巧，方便現(xiàn)場測量需要。
[0014]本測量裝置可以測量7種以上常用酸堿濃度，測量濃度范圍0-15%，準確度±2%讀數(shù)值；整個測量裝置采用防水設計，適合生產(chǎn)現(xiàn)場和實驗室使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本實用新型。
[0016]圖1為本實用新型中酸堿濃度測量電極的示意圖；
[0017]圖2為本實用新型中酸堿濃度測量電極的組成結構示意圖；
[0018]圖3為酸堿濃度測量電極中電極芯的結構示意圖；
[0019]圖4為酸堿濃度測量電極中電極套管的結構示意圖；
[0020]圖5為本實用新型中脈沖電導率測量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
[0022]本實用新型提供的便攜式和臺式酸堿濃度測量裝置主要由電導率測量范圍2-2000mS/cm的耐腐蝕、可清洗的酸堿濃度電極(如圖1所示)和脈沖電導率測量系統(tǒng)(如圖5所示)組成。
[0023]參見圖2，酸堿濃度電極主要由電極芯100和電極套管200組成，其中電極套管200采用可拆卸的方式套設在電極芯100上，與電極芯之間形成環(huán)狀測量通道201，同時電極芯100的輸出端與脈沖電導率測量系統(tǒng)300 (如圖5所示)的輸入端相接。
[0024]參見圖3，電極芯100主要由電極桿101、第一環(huán)狀白金電極102、電極體103、第二環(huán)狀白金電極104、電極頭105以及溫度傳感器106配合組成。
[0025]其中，第一環(huán)狀白金電極102、電極體103、第二環(huán)狀白金電極104、電極頭105依次設置在電極桿101上，同時溫度傳感器106設置在電極頭105內(nèi)，由此形成酸堿濃度電極中的電極芯。
[0026]具體的，電極桿101為橫截面為T形的中空結構，其頂部大端1011的外側設置有螺紋，小端1012上開設有與電極桿101內(nèi)部中空結構導通的電極體安置槽1013。
[0027]電極體103同樣也為內(nèi)部中空的結構，內(nèi)部的通孔用于容相關引線通過。電極體103的頂端1031為橫截面呈“凸”字形的凸臺狀，并與電極桿101的小端上的安置槽1013配合；其底端1032為開設有與電極體103內(nèi)部中空結構導通的電極頭安插槽1033。電極體103通過頂端與電極桿101小端配合，安插在電極桿101中。
[0028]電極頭105的頂端1052為連接端，為橫截面呈“凸”字形的凸臺狀，其與電極體底端1032上的電極頭安插槽1033對應配合。電極頭105通過頂端與電極體底端1032上的電極頭安插槽1033配合，安插在電極體底端1032上。同時電極頭105在沿其延伸方向上由頂端向底端設置有一溫度傳感器安置槽1051，該安置槽1051的深度與電極頭5的長度接近，以保證溫度傳感器測量的精度。
[0029]溫度傳感器106安置在電極頭105的安置槽1051中，用于測量溶液溫度。[0030]第一環(huán)狀白金電極102套設在電極體103與電極桿101之間的連接處；第二環(huán)狀白金電極104套設在電極體103與電極頭105之間的連接處。
[0031]第一環(huán)狀白金電極102、第二環(huán)狀白金電極104以及溫度傳感器106輸出端的引線1021、1041以及1061通過電極體3的內(nèi)部中空結構從中空的電極桿I中心引出與四芯屏蔽線連接，四芯屏蔽線通過防水插頭連接到脈沖電導率測量系統(tǒng)相應的輸入端。
[0032]參見圖4，為了配合上述的方案形成的電極芯100，電極套管200的頂部端口 202設置有螺紋與電極芯100中電極桿101的大端1011配合，并與其螺紋相接，實現(xiàn)與電極芯100的可拆卸相接；同時，電極套管200的深度、大小與電極芯100配合，使得電極套管200能夠套設在電極芯100上，并在兩者之間形成環(huán)狀測量通道201 (如圖2所示)。
[0033]由上述方案形成的酸堿濃度電極，利用可拆卸的電極套管200，在電極使用時，使電極芯上的二個環(huán)狀白金電極與外部電解液隔離，它們之間的測量電流通道只能是由電極芯與電極套管形成的環(huán)狀測量通道201，從而使得電極參數(shù)由電極尺寸決定的現(xiàn)狀改變?yōu)橛扇芤簻y量電流通道(即環(huán)狀測量通道201)決定，其具體原理如下:
[0034]電導電極有一個重要參數(shù)即電極常數(shù)K=L/A，在現(xiàn)有方案中，電導電極的二個白金電極是浸沒在溶液中的，它們之間通過測量電流的溶液截面積A等于白金電極的面積A’，電極常數(shù)K=L/A=L/A’。在被測溶液電導率很大的情況下，為了降低電極表面的電流密度，需要增加電極面積，為了保持電極常數(shù)不變或使電極常數(shù)更大，電極之間的距離L將不得不大大增加。使電極不具有實用性和方便性。
[0035]而，本方案中，通過電極套管，使通過測量電流的溶液截面積A與白金電極的面積A’無關。例如，在本方案中，通過測量電流的溶液截面積A = 0.2cm2, L = 2cm, K=L/A=2/0.2=10,而白金電極的面積A’ = 1.2cm2。
[0036]由此，本方案中的酸堿濃度電極能夠在保持與普通電導電極外形尺寸相同的情況下，電極常數(shù)從I提高到10或大于10，從而能夠有效地降低了電極表面的電流密度，消除電極極化對高電導率測量的誤差，極大的方便現(xiàn)場測量需要。
[0037]再者，一般情況下，現(xiàn)有的測量高電導率溶液的電導電極表面需要鍍上一層鉬黑以進一步增加電極表面積，降低電極極化的影響。因為鉬黑是一種極細粉末狀的金屬鉬，因此鍍鉬黑的電極表面是不能擦拭清洗的。而本方案中的酸堿濃度電極上的白金電極面積比現(xiàn)有的電極常數(shù)10的電極面積增大了 24倍，在不鍍鉬黑的情況下，完全符合高濃度酸堿溶液電導率測量的要求。
[0038]同時，本方案中，電極套管采用可拆卸的設置方案，這樣在使用時可以拆下電極套管，可以很方便地清洗白金電極表面。
[0039]參見圖5，其所示為上述酸堿濃度電極配合使用的脈沖電導率測量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。該系統(tǒng)與酸堿濃度電極配合采用脈沖測量法進行酸堿濃度的測量。
[0040]如圖可知,該測量系統(tǒng)300主要由微處理器301、溫度測量電路302、跟隨器303、電流放大器304以及顯示器305組成。
[0041]其中微處理器301為整個測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中，其具體采用MSP430微處理器，控制連接溫度測量電路302、跟隨器303、電流放大器304以及顯示器305 ;而溫度測量電路302與電極芯中的溫度傳感器106相接通、跟隨器303與第一環(huán)狀白金電極102相接通，電流放大器304與第二環(huán)狀白金電極104相接通。[0042]由此，脈沖電導率測量系統(tǒng)300進行測量時，由MSP430微處理器301產(chǎn)生頻率為5千赫茲交流脈沖，經(jīng)跟隨器303加到第一環(huán)狀白金電極102上，在第一環(huán)狀白金電極102和第二環(huán)狀白金電極104之間的被測溶液中通過的電流與溶液的電導率成正比。這一電流由電流放大器304放大并轉換為電壓由MSP430微處理器301內(nèi)置的A/D轉換器進行采樣，得到溶液電導率讀數(shù)。
[0043]在測量電導率的同時，由溫度測量電路302通過酸堿濃度測量電極100內(nèi)置的溫度傳感器106測量溶液的溫度值，MSP430微處理器301根據(jù)溶液溫度對電導率值進行溫度補償，將當時溫度下測得的電導率值換算成基準溫度下的電導率值，最后根據(jù)酸堿濃度與電導率的對應關系直接由顯示器305顯示酸堿溶液百分濃度。
[0044]由上可知，本方案提供的酸堿濃度測量裝置克服了酸堿溶液極高的電導率測量困難的問題，其采用簡單、方便的電極法直接測量酸堿濃度，使得裝置體積很小巧，輕便，裝置采用電池供電適合在生產(chǎn)現(xiàn)場和實驗室使用。
[0045]采用的電導法是一種穩(wěn)定而可靠的測量方法，從而裝置不需要經(jīng)常校準，僅需要在首次使用前及每半年或一年進行一次校準。校準時需要配制濃度為1%和10%兩種溶液進行二點校準，校準后將電極浸入待測溶液即可進行測量。
[0046]為了驗證便攜式和臺式酸堿濃度測量裝置的測量效果，用本裝置對常用的酸堿標準溶液濃度測量結果如下:
[0047]表1鹽酸
[0048]
【權利要求】
1.一種便攜式酸堿濃度測量裝置，所述測量裝置包括酸堿濃度電極以及脈沖電導率測量系統(tǒng)組成，其特征在于，所述酸堿濃度電極包括電極芯和電極套管，所述電極套管套設在電極芯上，與電極芯之間形成環(huán)狀測量通道，所述電極芯與脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端相接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式酸堿濃度測量裝置，其特征在于，所述電極套管可拆卸的套設在電極芯上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式酸堿濃度測量裝置，其特征在于，所述電極芯由電極桿、第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭以及溫度傳感器組成，所述第一環(huán)狀白金電極、電極體、第二環(huán)狀白金電極、電極頭依次設置在電極桿上，所述溫度傳感器設置在電極頭內(nèi)，其中第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端連接到脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種便攜式酸堿濃度測量裝置，其特征在于，所述第一環(huán)狀白金電極、第二環(huán)狀白金電極以及溫度傳感器輸出端的引線從電極桿中心引出與四芯屏蔽線連接，四芯屏蔽線通過防水插頭連接到脈沖電導率測量系統(tǒng)的輸入端。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種便攜式酸堿濃度測量裝置，其特征在于，所述脈沖電導率測量系統(tǒng)包括溫度測量模塊、微處理器、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述微處理器控制連接溫度測量模塊、跟隨器、電流放大器以及顯示器，所述溫度測量模塊與電極芯中的溫度傳感器相接通、跟隨器與第一環(huán)狀白金電極相接通，電流放大器與第二環(huán)狀白金電極相接通。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種便攜式酸堿濃度測量裝置，其特征在于，所述微處理器為MSP430微處理器。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式酸堿濃度測量裝置，其特征在于，所述酸堿濃度電極為電導率測量范圍2-2000mS/cm的酸堿濃度電極。
【文檔編號】G01N27/07GK203490194SQ201320608641
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】許一鳴, 臧洪賢, 吳旭明 申請人:上海三信儀表廠