电场化学仪表第七节 pH计及其电路设计

1、第七节第七节 pH计及其电路设计计及其电路设计一、pHS-2型酸度计二、DW101型工业pH计三、DY3000型工业pH计一、pHS-2型酸度计( (一一) )技术指标技术指标 测量范围：测量范围：014pH； 01400mV 最小分度：最小分度：0.02pH；2mV 精度：精度：0.02pH/2pH 重现性：重现性：0.01pH E 1mV 溶液温度：溶液温度：0 60 输入阻抗：输入阻抗：RL1012 配套电极：配套电极：零电位零电位pH=7的电极的电极（二）电路分析电路组成电路组成测量电池测量电池定位电路定位电路温补电路温补电路量程选择量程选择参量振荡参量振荡放大电路放大电路中间放中间放

2、大电路大电路功率放大功率放大显示显示电源电源1电源电源2电源电源3电源电源4零点调整零点调整整流滤波整流滤波校正调节校正调节电路原理图1.1.参量振荡放大器参量振荡放大器参量参量:受输入信号和负反馈的控制受输入信号和负反馈的控制(RP6)(1)振振荡荡器器组组成成正反馈网络正反馈网络交流放大电路交流放大电路选频电路选频电路直流电源直流电源A.交流放大电路交流放大电路:V22/V23等元件组等元件组成两级放大；在成两级放大；在R4上取信号；在上取信号；在L3上输出信号。上输出信号。B.受控桥式正反馈网络：受控桥式正反馈网络：V1/V2L1/L2等器件组成等器件组成,其中其中V1/V2是高阻砷化镓

3、变容二极管是高阻砷化镓变容二极管,为仪器为仪器的关键部件的关键部件变容二极管的符号及特性变容二极管的符号及特性0 0.5 1U (V)-0.5-1C(pF)101112130U(mV)RD(M)零偏置电压时：零偏置电压时：C C在在101025pF25pF电容量的变化值：电容量的变化值：2.0%/100mV2.0%/100mVU U正向正向C CD DU U反向反向C CD D电容特性：电容特性：电阻特性：电阻特性：若：若：U100mVU100mV时，时，R RD D10101111若：若：U1mVU1mV时，时，R RD D10101212pHS-2pHS-2型仪器采用深度负反馈，满足加型仪

4、器采用深度负反馈，满足加在在V V1 1/V/V2 2上的电压上的电压1mVCCV1V1、C CV2V2R R6 6、R R5 5、R RV1V1、R RV2V2u uCDCD的大小与的大小与u uABAB、不平衡度有关，同、不平衡度有关，同时也决定了交流正反馈量的大小时也决定了交流正反馈量的大小桥路的不平衡度桥路的不平衡度选择在零偏置电压时，选择在零偏置电压时， C CV2V2CCV1V1分析分析C CV1V1-C-CV2V2| |对对u uCDCD的影响的影响C CV1V1C CV2V2C CE ER R6 6R R5 5输入端输入端校正反馈电压校正反馈电压C CV2V2、C CV1V1受

5、控于受控于U UCECE若若E E点电压不变点电压不变,U,UC C|C|CV1V1-C-CV2V2| U| UCDCDC CV1V1正接，正接， U UC C C CV1V1 ；C CV2V2反接，反接， U UC C C CV2V2 C.选频电路选频电路对于一个串联振荡电路对于一个串联振荡电路, ,其振荡后电路呈现阻性电路其振荡后电路呈现阻性电路, ,即即: :CLXX)111(2122132VVCCCCffL12132)111(121VVCCCCLf因为因为C C2 2、C C3 3CCV1V1、C CV2V2，所以可以忽略不计，所以可以忽略不计)180100()(12121KHzCCL

6、fVVC.直流电源电路直流电源电路输出提供直输出提供直流稳压源流稳压源(2)参量振荡器工作过程参量振荡器工作过程接通电源接通电源,L,L3 3有扰动电流有扰动电流L L1 1、L L2 2产生感生电动势，反产生感生电动势，反复振荡稳定在某一频率上，复振荡稳定在某一频率上，当当U UI I0 0时，振荡电路耦合到时，振荡电路耦合到L L4 4输出为：输出为：0EE当当U UI I00时，时， |C|CV1V1-C-CV2V2|,|,正反馈量正反馈量，振荡电路耦合到振荡电路耦合到L L4 4输出为：输出为：|0EE当当U UI I00时，时，|0EEI1II1-I20mA当当Ui0mA102举例举

7、例: :当仪器按当仪器按2525校正好以后校正好以后当输入当输入Ui=-59.16mV时，振荡器时，振荡器振幅增大，振幅增大，I1增加增加0.5mAII1-I2=-0.5mA,指针左满偏指针左满偏当输入当输入Ui=59.16mV时，振荡器时，振荡器振幅减小，振幅减小，I1减小减小0.5mAII1-I2=0.5mA,指针右满偏指针右满偏4.深度负反馈深度负反馈深度负反馈作用：深度负反馈作用：a.解决变容二极管解决变容二极管V1和和V2两端电压小于两端电压小于1mV的的问题问题UC=u-ua=60mVUE=59.99mV保证了保证了RL1012UCE=0.01mV0 0.51U (V)-0.5-1

8、C(pF)10111213深度负反馈工作过程深度负反馈工作过程:pH=7时，时，UC0 I1-I2=07pH8时，时，UC0 |CV1-CV2| |E0|I1 I与与I1方向一致方向一致 Uf 6pH0 |CV1-CV2 | |E0| I1 I与与I2方向一致方向一致 Uf b.解决电路放大调整的解决电路放大调整的问题问题当当UC一定，改变一定，改变RP6改变改变了了 Uf UE |CV1-CV2| |E|发生变化，从发生变化，从而相当于改变了仪器的而相当于改变了仪器的放大倍数。放大倍数。5.5.温度补偿电路温度补偿电路补偿范围：补偿范围： 0 60补偿方法补偿方法:电源电源通过通过RP5、R

9、45、RP3、R47上上RP3滑动触头上刻有滑动触头上刻有0 60的分度，当选钮指到的分度，当选钮指到某一温度时，某一温度时，R48R53（等值电阻）上的压降相（等值电阻）上的压降相等，且等于该温度下等，且等于该温度下2pH的毫伏数，的毫伏数，R54为为1pH的毫的毫伏数（用于校正）。伏数（用于校正）。举例：举例： 当当RP3置于置于25 位置时，位置时，R54的端电压为的端电压为 “59.16mV”，将将开关置校正档，则输入端输入开关置校正档，则输入端输入“-59.16mV”，此时指针应指到此时指针应指到“2”的位置，否则就改变的位置，否则就改变RP6使指针指到使指针指到“2”的位置。此时的

10、位置。此时“59.16mV”代表代表1pH值，在测其它溶液时按同样的方法进行温度补偿。值，在测其它溶液时按同样的方法进行温度补偿。6. 6. 量程扩展电路量程扩展电路7.7.调零电路定位调零电路定位调节调节Ex8.8.定位调节定位调节仪器设计电池电动势：仪器设计电池电动势：)7(0 xpHSEE8.8.电源电源9.9.仪器的使用结合实验指导书进行自学仪器的使用结合实验指导书进行自学返回返回思考题一思考题一 测量电池对变送器的输入阻抗有什么要求？为什么？测量电池对变送器的输入阻抗有什么要求？为什么？ 参见图参见图2-302-30，因玻璃电极插头绝缘性能下降，离子计，因玻璃电极插头绝缘性能下降，离

11、子计的输入阻抗的输入阻抗R RL L为测量电池内阻为测量电池内阻R R内内的的9 9倍。求此而产生倍。求此而产生的相对误差。的相对误差。 玻璃电极引线及插头的绝缘性能下降给测量带来什么玻璃电极引线及插头的绝缘性能下降给测量带来什么影响影响? ? 定位调节的作用，怎样进行定位定位调节的作用，怎样进行定位? ? 为什么要进行温度补偿，举例说明怎样进行温度补偿。为什么要进行温度补偿，举例说明怎样进行温度补偿。 什么是测量电池的等电势点？为什么要进行等电势点什么是测量电池的等电势点？为什么要进行等电势点调节？调节？ 在什么情况下进行定点势调节？在什么情况下进行定点势调节？ 有些仪器为什么要进行斜率的校正？有些仪器为什么要进行斜率的校正？思考题二思考题二 参照图参照图2-35说明说明pHS-2型酸度计电路有哪些部分组型酸度计电路有哪些部分组成，简述各部分的作用是什么？成，简述各部分的作用是什么？ 参照图参照图2-36说明参量振荡放大器的组成、原理、作说明参量振荡放大器的组成、原理、作用及工作过程。用及工作过程。 参照图