离子浓度计的研制

论文摘要

离子浓度的测量,传统的分析方法均或多或少的存在着一定的不足,如分析速度慢或分析成本高或终点判断难或重现性较差等原因,而本设计采用的离子选择性电极法,简便、快速,所需仪器设备简单,测量范围大。其测量依据是离子选择电极和参比电极组成的原电池的电位与离子浓度满足Nernst方程,通过测量原电池的电位,进行相应的计算就可得到被测液的离子浓度。本文详细研究了溶液离子浓度的测量原理,介绍了多种测量方法：pX值的测量有多点校正和单点校正两种,氟、氯离子浓度的测量有温度补偿测量和非温度补偿测量两种方法。详细介绍了仪器的模拟信号采集、调理电路的设计。分析并设计了基于MSP430F149的数字信号处理显示电路。包括12位的A/D转换、数据处理、LED显示、按键和RS485通信电路等。设计了基于DS18B20的温度补偿电路,提高了仪器的测量精度,基本上消除了温度对测量结果的影响。软件部分设计了基于C430的单片机程序和基于VB的上位机显示界面程序。最后完成了仪器的总体调试,并且在实验室做了相关的大量实验,实验结果表明仪器性能良好,达到了系统设计的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 离子浓度计的主要用途和意义
• 1.2 国内外发展状况、水平以及趋势
• 1.3 离子浓度计开发的可行性和功能特点
• 第2章 离子浓度的测量原理及分析
• 2.1 离子浓度的测量依据
• 2.1.1 电位分析原理
• 2.1.2 电位分析的理论基础
• 2.2 离子选择电极的工作原理及性能参数
• 2.2.1 离子选择电极的工作原理
• 2.2.2 离子选择电极的性能参数
• 2.3 常用的离子选择性电极
• 2.3.1 pH玻璃电极及复合电极
• 2.3.2 氟离子选择性电极
• 2.4 常用的参比电极
• 2.5 常用离子选择性电极的测量原理
• 2.5.1 正一价阳离子的浓度测量原理
• 2.5.2 负一价阴离子的浓度测量原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 离子浓度计的整体设计
• 3.1 仪器的整体设计框图
• 3.2 仪器的工作过程
• 3.3 本章小结
• 第4章 仪器的硬件电路设计
• 4.1 线性直流稳压电源的设计
• 4.1.1 直流稳压电源组成结构
• 4.1.2 直流稳压电源的设计方法
• 4.2 模拟电路设计
• 4.2.1 前级信号检测放大电路
• 4.2.2 加法抬升电路
• 4.2.3 滤波和限幅电路
• 4.3 数字电路整体设计
• 4.3.2 按键电路设计
• 4.3.3 由MC14489驱动的显示电路设计
• 4.3.4 DS18b20测温电路
• 4.3.5 RS485通信电路设计
• 4.3.6 恒温控制和打印电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 测量控制软件设计
• 5.1 软件编译环境
• 5.2 软件系统综述
• 5.3 按键程序
• 5.4 显示程序
• 5.5 各测量标定程序
• 5.5.1 AD转换子程序
• 5.5.2 DS18B20测温程序
• 5.5.3 正一价阳离子的活度测量程序
• 5.5.4 负一价阴离子的测量程序
• 5.6 FLASH读写及擦除程序
• 5.7 RS-485通讯子程序
• 5.8 本章小结
• 第6章 综合调试与实验
• 6.1 系统调试经验教训总结
• 6.1.1 线性直流稳压电源部分
• 6.1.2 信号采集放大部分
• 6.1.3 电路的整体调试
• 6.2 pH值测量实验
• 6.2.1 仪器的标定
• 6.2.2 多点校正实验
• 6.2.3 单点校正实验
• 6.2.4 实验误差分析
• 6.3 氟离子测量实验
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢