隨溫度、時(shí)間的漂移是pH計(jì)和電導(dǎo)率儀設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的重點(diǎn)因素。為了實(shí)現(xiàn)儀器工作目標(biāo)，應(yīng)運(yùn)用低漂移精確信號(hào)鏈。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器具備功耗小、易攜帶等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的報(bào)警功能和人機(jī)接口功能，方便了操作，簡(jiǎn)化了程序，并且可以在十分惡劣的監(jiān)測(cè)環(huán)境中工作。因此，探討和分析在環(huán)境監(jiān)測(cè)中pH計(jì)和電導(dǎo)率儀的水分析解決方案，對(duì)于提高環(huán)境監(jiān)測(cè)工作效率和工作水平具有重要的指導(dǎo)作用。

pH計(jì)的工作原理

pH值是指在溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)：

pH=-Log[H+]

pH計(jì)測(cè)量的實(shí)際是玻璃電極與甘汞電極在水溶液中形成的化學(xué)電池的電動(dòng)勢(shì)。隨著被測(cè)溶液氫離子濃度的變化，此電池的電動(dòng)勢(shì)也會(huì)發(fā)生變化：

在式子中：電動(dòng)勢(shì)變化量用△E表示；被測(cè)溶液溫度用t表示；溶液pH變化量用△pH表示；

從這些式子中我們可以看出，被測(cè)溶液中的pH值變化與電極系統(tǒng)電動(dòng)勢(shì)的變化比值呈正比例。所以，在校正儀器標(biāo)準(zhǔn)溶液后，就可以在顯示屏中讀取被測(cè)試溶液的pH值。

電導(dǎo)率儀的工作原理

電導(dǎo)率表示物體傳導(dǎo)電流的能力。水的電導(dǎo)率即水的電阻的倒數(shù)，通常用來表示水的純凈度。電導(dǎo)率儀的測(cè)量原理是將兩塊平行的極板放到被測(cè)溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢(shì)（通常為正弦波電壓），形成電導(dǎo)池的兩極，然后測(cè)量極板間流過的電流。根據(jù)歐姆定律，由電壓和電流，可得溶液電阻。電導(dǎo)率K值的表達(dá)式為：

K=Q×G

式中，G為溶液的電導(dǎo)，即為溶液電阻的倒數(shù)；Q為溶液的電導(dǎo)池常數(shù)，表示為：Q=L/A，其中L代表電導(dǎo)池兩級(jí)間的距離，A代表電極截面積。

電解質(zhì)在水溶液中的溶解度是有差異的，其濃度也相應(yīng)具有差異，進(jìn)而溶液的導(dǎo)電度也產(chǎn)生區(qū)別。如果將幅度恒定交流電壓直接壓到兩個(gè)電極上，那么這時(shí)流經(jīng)溶液的電流大小與溶液中離子數(shù)量有關(guān)。因此，通過對(duì)溶液導(dǎo)電度進(jìn)行測(cè)量，能夠研究出電解質(zhì)在溶液中的溶解度。

pH計(jì)和電導(dǎo)率儀的水分析解決方案分析

在pH計(jì)的系統(tǒng)中，包括低漏電流輸入級(jí)、微控制器、pH電極、電源管理、通信接口等。在運(yùn)用測(cè)量電極或者在參考電極確定出氫離子濃度后，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的pH測(cè)量。提供恒定的參考電位是參考電極的主要作用，但應(yīng)注意的是參考電極所起的作用與電極浸沒溶液沒有任何關(guān)系。測(cè)量電極的作用與參考電極電位差有著很大的關(guān)系，它與溶液pH值之間呈正比。同時(shí)，pH電極具有較強(qiáng)的輸出電阻里，為了可以精確測(cè)量出pH值，在選用緩沖器中，應(yīng)選用低偏置的電流放大器。在通過低漏電流緩沖之后，信號(hào)中提供的低通濾波器級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)更高一層的分辨率，待信號(hào)進(jìn)入到Σ-△ADC后，其測(cè)量溫度也可以在ADC作用下實(shí)現(xiàn)，用來補(bǔ)償最終的實(shí)際效果。

電導(dǎo)率儀系統(tǒng)包括可編程交流電流源、電導(dǎo)率電極、電流檢測(cè)、微控制器、通信接口、電源管理等。導(dǎo)電率可以直接衡量出在溶液中離子濃度，可以利用施加電流進(jìn)行測(cè)量。該電流會(huì)導(dǎo)致離子反復(fù)流動(dòng)，這樣可以使電率電極間形成交流電位。導(dǎo)電率計(jì)測(cè)量電壓分為兩節(jié)點(diǎn)、四節(jié)點(diǎn)的模式，根據(jù)系統(tǒng)精度要求，可以決定該選擇哪種模式。結(jié)合歐姆定律，在溶液中電導(dǎo)率，在測(cè)量電壓和測(cè)量電流依次計(jì)算?？梢跃幊探涣麟娏骺梢赃\(yùn)用基準(zhǔn)電壓源或者多路復(fù)用器等器件產(chǎn)生電流。在電極中的電壓在通過儀器放大器檢測(cè)之后，后接開關(guān)及差動(dòng)放大器。通過電極中的電流有I/V電路檢測(cè)，后續(xù)工作依然會(huì)有開關(guān)和差動(dòng)放大器的接入。開關(guān)和差動(dòng)放大器中解調(diào)電路可以將交流信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成為直流信號(hào)，確保將直流信號(hào)提供給Σ-△ADC。

5結(jié)語

總而言之，在設(shè)計(jì)pH值和電導(dǎo)率儀過程中，時(shí)間因素和溫度因素是兩個(gè)重要的因素。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的，應(yīng)有計(jì)劃的降低漂移精確信號(hào)鏈。另外，為了充分發(fā)揮傳感器動(dòng)態(tài)范圍作用，在設(shè)計(jì)電源以及信號(hào)鏈中，應(yīng)考慮到高分辨與低噪聲的規(guī)定。最近幾年來，儀器領(lǐng)域在向便攜性方向發(fā)展。工作者可以根據(jù)自身實(shí)際需要選擇是否運(yùn)用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀相應(yīng)的便攜式版本。