CN103959053A

CN103959053A - 用于检测溶液的ph值的方法和设备

Info

Publication number: CN103959053A
Application number: CN201280059177.8A
Authority: CN
Inventors: G.王; P.胡
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN103959053B

Abstract

本发明提供了检测溶液的PH值的PH值检测设备和方法。所述PH值检测设备可以包括：第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极将被插入到溶液中；电源，其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极和第二电极；电流检测装置，其被连接在第一电极和第二电极之间以用于检测流经第一电极和第二电极的电流I；以及计算单元，其用于基于所检测到的电流I计算溶液的PH值。借助于本发明的以上设计，易碎玻璃电极和参比电极（例如Ag/AgCl饱和甘汞电极）的使用被避免，这在PH值检测设备的日常维护和环境的保护方面具有良好的效果，并且在PH值检测设备的微型化和简易化方面同样具有良好的效果。此外，仅测量流经电极对的电流来计算溶液的PH值便于实时监测溶液的PH值的改变。

Description

用于检测溶液的PH值的方法和设备

技术领域

本发明涉及PH值检测的领域，更特别地，涉及检测PH值的PH值检测设备和方法。

背景技术

PH是用于描绘溶液的化学属性的特征的最重要参数之一。目前，玻璃电极是用于检测溶液的PH值的被最广泛使用的传感器。在一些特殊情况下，例如在体内应用中，要求PH传感器能够被微型化，然而，由于玻璃的易脆性，例如玻璃电极这样的PH传感器的微型化是受限制的。此外，在一些腐蚀环境中，例如在氢氟酸溶液中，玻璃电极不对PH检测进行正确响应。

玻璃电极在工业应用中是受限制的，并且由于潜在的安全问题（玻璃的易脆性）、专业的维护要求以及短寿命等，将它集成到家用器具中同样是非常困难的。

另一方面，玻璃电极在现有技术中常常被用作工作电极，并且被与参比电极（例如，Ag/AgCl，饱和甘汞电极）一起协作使用。因为甘汞以及诸如此类是有毒的并且污染环境，所以最好避免使用饱和甘汞电极。此外，参比电极的使用也导致由玻璃电极和参比电极组成的电极对的高成本和困难维护。

因此，在本领域中存在对解决以上技术问题的迫切需要。

发明内容

因此，本发明提供了一种改进的PH值检测方案，其能够解决或至少消除在现有技术中存在的缺陷的部分。

根据本发明的第一方面，提供了一种PH值检测设备，所述PH值检测设备可以包括：

第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极将被插入到溶液中；

电源，其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极和第二电极；

电流检测装置，其被连接在第一电极和第二电极之间以用于检测流经第一电极和第二电极的电流I；

计算单元，其用于基于所检测到的电流I来计算溶液的PH值。

在本发明的实施例中，第一电极可以包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极可以包括惰性电极。过渡金属/过渡金属氧化物电极可以从例如Ag/Ag₂O电极、W/WO₃电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO₂电极中选择，并且惰性电极可以从例如Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中选择。优选地，过渡金属/过渡金属氧化物电极是Ag/Ag₂O电极，以及惰性电极是不锈钢电极。

在本发明的另外的实施例中，本发明的PH值检测设备可以包括用于预存使电流I和PH值相关的函数的存储单元。替换地，存储单元预存使电流I和PH值相关的多个函数，每个函数被与要被检测的溶液的类型相关联。

替换地，PH值检测设备可以进一步包括用户接口，其用于接收反映要被检测的溶液的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。

替换地，计算单元可以根据所检测到的电流I和预存的函数来计算要被检测的溶液的PH值。

根据本发明的第二方面，提供了一种检测PH值的方法，所述方法可以包括：

将双极性矩形电位脉冲信号应用到被插入溶液的第一电极和第二电极；

检测流经第一电极和第二电极的电流I；以及

基于所检测到的电流I计算溶液的PH值。

在本发明的实施例中，第一电极可以包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极可以包括惰性电极。过渡金属/过渡金属氧化物电极可以从例如Ag/Ag₂O电极、W/WO₃电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO₂电极中选择，并且惰性电极可以从例如Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中选择。

在本发明的另外的实施例中，根据本发明的检测PH值的方法可以进一步包括预存使电流I和PH值相关的函数。替换地，使电流I和PH值相关的多个函数可以被预存，每个函数被与要被检测的溶液的类型相关联。

替换地，根据本发明的检测PH值的方法可以进一步包括从用户接口接收反映要被检测的溶液的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。

替换地，根据本发明的用于检测PH值的方法可以进一步包括基于所检测到的电流I和预存的函数来计算要被检测的溶液的PH值。

借助于本发明的以上设计，易碎玻璃电极和参比电极（例如，Ag/AgCl饱和甘汞电极）的使用可以被避免，这在PH值检测设备的日常维护和环境的保护方面具有良好的效果，并且在PH值检测设备的微型化和简易化方面同样具有良好的效果。此外，仅测量流经电极对（由第一电极和第二电极组成）的电流来计算要被检测的溶液的PH值带来了许多便利，其便于实时监测溶液的PH值的改变，从而尤其给工业生产的领域带来了许多意料之外的好处。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的一个方面的PH值检测设备。

图2A示意性地示出了根据本发明的实施例的存储单元和计算单元的布局图。

图2B示意性地示出了根据本发明的另一实施例的存储单元、用户接口以及计算单元的布局图。

图3示意性地示出了在本发明中使用的双极性矩形电位脉冲信号。

图4示意性地示出了在本发明中测量的电流响应。

图5示意性地示出了针对偏最小二乘回归（PLSR）的电流响应的特征点。

图6A示意性地示出了从PLSR计算获得的预测PH值与实验PH值之间的拟合(fitting)关系，其中Ag/Ag₂O电极被用作工作电极，以及不锈钢电极被用作对电极。

图6B示意性地示出了从PLSR计算获得的预测PH值与实验PH值之间的拟合关系，其中W/WO₃电极被用作工作电极，以及不锈钢电极被用作对电极。

图7示意性地示出了根据本发明的另一方面的检测PH值的方法的流程图。

具体实施方式

本发明将参考附图以及一个或多个示范性实施例在下文中被详细地描述。

首先，本发明的原理被介绍如下：

在电化学中，工作电极和对电极常常被用来测量溶液的PH值。例如，在Ag/Ag₂O电极被用作工作电极以及Pt电极被用作对电极并且双极性矩形电位脉冲信号被应用到工作电极和对电极的情况下，以下反应将发生：

当Ag/Ag₂O电极充当阳极时：

当Ag/Ag₂O电极充当阴极时：

。

基于以上反应，Ag/Ag₂O电极的电位改变可以根据以下公式被计算：

例如，当Ag/Ag₂O电极作为阳极时，如公式(1)中示出的反应发生，

假定[Ag]≈1,[Ag₂O]≈1，则所述等式(3)可以近似地是：

。

从公式(4)中可以看出，溶液的PH值可以从Ag/Ag₂O电极的电位改变中获得。在Ag/Ag₂O电极表面和溶液之间的反应过程期间，Ag/Ag₂O电极的电位改变将被与应用到工作电极和对电极上的外加电压叠加在一起。假定外加电压不改变，因为氧化反应发生在Ag/Ag₂O电极的表面（当Ag/Ag₂O电极作为阴极时，还原反应将发生在Ag/Ag₂O电极的表面，如公式(2)中所示），所以在Ag/Ag₂O电极表面和溶液之间的电位被改变。假定溶液的阻抗不被改变，则流经工作电极和对电极的电流I将随着Ag/Ag₂O电极表面和溶液之间的电位的改变而被改变。因此，Ag/Ag₂O电极的电位的改变可以由所捕获的流经工作电极和对电极的电流I来反映。本发明在以上原理的基础上被精确地设计。

在介绍本发明的原理之后，下面将描述在本发明中被使用的偏最小二乘回归（PLSR）。

从本发明的原理的以上描述中可以看出，工作电极（例如，Ag/Ag₂O电极）的表面和溶液之间的电位改变可以由所捕获的流经工作电极和对电极的电流I来反映，并且在Ag/Ag₂O电极表面和溶液之间的电位改变与溶液的PH值之间存在线性关系（如公式(4)中所示），以及因此在流经工作电极和对电极的电流I与溶液的PH值之间也存在线性关系。基于后两者之间的线性关系，可以利用偏最小二乘回归来处理相关数据，所述处理过程被介绍如下：

假定X是电流I的特征值的输入向量（即，{x₀…x_n}），Y是表示例如水校准溶液的PH值的输出值并且在Y与X之间存在线性关系：

其中，B是向量{b₀…b_n}，并且g是系数。在函数公式(5)中要被确定的向量B和系数g可以通过使用例如水校准溶液被预先确定以便确定表示PH值的Y与表示电流I的特征值的输入向量X之间的线性关系。例如，在发明人已经获知若干（尽可能多，通常多于6）水校准溶液的PH值的情况下，流经工作电极和对电极的电流的样本数据x₀…x_n被从在不同的时间采样点处的量度中获得。这些数据被输入到函数公式(5)中以便得到：

(6)。

数据的最小方差可以通过优化B和g来获得。在本发明中，发明人使用MatLab函数：plsregress(X,Y)来优化B和g。替换地，本领域的技术人员还可以使用诸如Maple、Mathematica之类的其它数学软件来优化B和g。对于本领域的技术人员来说，基于所获取的知识或相关教科书来使用优化函数不是困难的；因此在这将不详细解释。

发明人可以在公式(5)中代入针对要被检测的溶液获得的电流I的样本数据x₀ ^a…x_m ^a来通过使用具有优化的B和g的函数公式(5)计算要被检测的溶液的PH值。这个计算的PH值可以用作要被检测的溶液的预测值。发明人然后使针对要被检测的溶液的所计算的PH值与实际测量的PH值拟合，从而发现在所计算的PH值与实际测量的PH值之间存在相对小的偏差。因此，进一步证明了预先确定表示PH值的Y与表示电流I的特征值的输入向量X之间的线性关系（即，确定B和g）并且然后借助于测量的流经电极对的电流I来计算要被检测的溶液的PH值（如由发明人所假定的那样）的目的是站得住脚的。

由本发明的发明人执行的相关实验在下文中被介绍。

发明人使用Ag/Ag₂O电极作为工作电极，以及不锈钢电极作为对电极，并且校准溶液是水。如图3中示出的双极性矩形电位脉冲信号被应用在Ag/Ag₂O电极和不锈钢电极上，在其之后流经Ag/Ag₂O电极和不锈钢电极的电流I在十二个时间采样点0s、1s、2s、3s、4s、4.9s、5.1s、6s、7s、8s、9s、10s处被测量。由发明人所测量的六组实验数据被列在表1中：

表1

例如，在第一组实验中，在水校准溶液的PH值是4.14并且采样时间点是0s、1s、2s、3s、4s、4.9s、5.1s、6s、7s、8s、9s、10s的情况下，所测量到的流经Ag/Ag₂O电极和不锈钢电极的电流是459.375、51.27159…-37.4951。例如，在第二组实验中，在水校准溶液的PH值是5.68并且采样时间点是0s、1s、2s、3s、4s、4.9s、5.1s、6s、7s、8s、9s、10s的情况下，所测量到的流经Ag/Ag₂O电极和不锈钢电极的电流是464.05、33.1067…-28.6738。关于第三到第六组实验的数据，对表1进行参考。表1中的六组数据然后被代入到函数公式(5)中，数据的最小方差可以通过优化B和g来获得。因此，B和g被确定。针对B的所获得的值被列在表2中：

表2

所获得的系数g=21.123。

在针对函数公式(5)中的B和g的值被确定之后，表示所测量的电流I的特征点的X与表示要被检测的溶液的PH值的Y之间的线性关系也被确定。关于要被检测的溶液，例如，Na₂HPO₄缓冲溶液，流经Ag/Ag₂O电极和不锈钢电极的电流I的特征点的值X{x₀、x₁…x₁₁}通过在时间采样点0s、1s、2s、3s、4s、4.9s、5.1s、6s、7s、8s、9s、10s处进行采样而被获得，在其之后对应PH值可以被计算。图4示意性地示出了在实验中测量的电流响应，即，流经Ag/Ag₂O电极和不锈钢电极的电流I相对于时间的改变的曲线。在这里，发明人测量了五个周期的电流响应，每个周期是10s。图5示意性地示出了针对偏最小二乘回归（PLSR）的电流响应的特征点，其中发明人在一个周期内截获十二个特征点，如在图中由小圆圈表示的。十二个特征点对应的时间采样点分别是0s、1s、2s、3s、4s、4.9s、5.1s、6s、7s、8s、9s、10s。为了便于计算，发明人在图4中截获从5s到15s的电流响应的曲线作为一个周期，并且从截获周期的0s开始计算时间，如在图5中从0s到10s的时间段中示出的那样。

图6A示出了从PLSR计算所获得的预测PH值与在实验中通过将Na₂HPO₄缓冲溶液用作要被检测的溶液而测量的PH值之间的拟合关系。例如，当所计算的PH值（预测PH值）是3.9时，实际测量的PH值（测量PH值）是4.1；当预测PH值是6.6时，测量PH值是5.7；当预测PH值是6.2时，测量PH值是6.5；当预测PH值是8.1时，测量PH值是7.8；当预测PH值是8.9时，测量PH值是8.8；当预测PH值是9.1时，测量PH值是9.7。因为被使用的水校准溶液的PH值与要被检测的溶液的PH值不完全匹配，所以在预测PH值与测量PH值之间存在偏差，使得在函数公式(5)中的确定的B和g与真实情况之间存在偏差。在预测PH值与测量PH值之间的偏差可能由实验条件引起；能够被本领域的技术人员获知的是：在其中PH值检测不要求是非常精确的一些情况下，本发明的PH值检测设备足以取代现有技术中使用的玻璃电极和参比电极。

图6B示出了从PLSR计算获得的预测PH值与在以下情况下的实验中测量的PH值之间的拟合关系，所述情况即发明人使用W/WO₃电极作为工作电极、不锈钢电极作为对电极并且其它实验条件与图6A中的那些相同。

应当指出，以上由发明人使用的校准溶液是六种水校准溶液（尽可能多以用于增加精确度），每种水校准溶液具有对应的PH值，例如，第一种水校准溶液的PH值是4.14，以及第二种水校准溶液的PH值是5.68，…如表1中所示出的那样。本领域的技术人员应当理解，具有确定PH值的其它校准溶液同样可以在本发明的应用中被使用，只要多个所选校准溶液的PH值范围覆盖要被检测的溶液的PH值范围。例如，如果要被检测的溶液的PH值范围可以是5-8，则各种所选校准溶液的PH值范围可以是4-9，因为PH值范围4-9覆盖PH值范围5-8。

尽管在本发明的实施例中使用的要被检测的溶液是Na₂HPO₄缓冲溶液，但是对于本领域的技术人员来说易于理解本发明的PH值检测设备不被限于检测Na₂HPO₄缓冲溶液的PH值。本发明的PH值检测设备可以被应用在要求PH值的实时监测的许多工业或家庭应用中。

在图6A中，六种水校准溶液的PH值的范围为从4-9以便执行实验，从而确定可适用于要被检测的具有在4-9范围内的PH值的溶液的线性函数，所述函数使表示所测量的电流I的特征点的X与表示要被检测的溶液的PH值的Y之间的关系相关。本领域的技术人员应当理解，关于诸如1-3或10-14之类的其它PH值范围，以上实验同样应被重复来确定对应的B和g，从而确定可适用于这个PH值范围的线性函数。

因为函数公式(5)中的B和g的确定被与所使用的电极对和所选择的校准溶液（即，所选PH值范围）相关联，所以当用户选择不同的电极对和不同的校准溶液（具有不同的PH值范围）时，不同的函数公式将被获得，此时B和g通过具有已知的PH值的校准溶液以及通过测量流经所选电极对的电流而被确定，这对于本领域的技术人员来说不难理解。例如，如果用户选择Ag/Ag₂O电极作为工作电极、不锈钢电极作为对电极以及具有在4-9范围内的PH值的六种水校准溶液用于校准（每种水校准溶液具有特定的PH值），则表示所测量的电流I的特征点的X与表示要被检测的溶液的PH值的Y之间的线性函数Y₁=X₁B₁+g₁被获得，例如，在表2中示出的B向量{b0,b1…b11}和对应的所确定的g=21.123在这里被指示为B₁，g₁。如果用户改变工作电极，并且选择Mn/MnO电极作为工作电极、不锈钢电极作为对电极以及具有在4-9范围内的PH值的六种水校准溶液用于校准（如图6B中所示），则线性函数Y₂=X₂B₂+g₂被获得，其中B₂、g₂可能不同于B₁、g₁，因此函数公式Y₂=X₂B₂+g₂可能不同于函数公式Y₁=X₁B₁+g₁。如果用户仍然选择Ag/Ag₂O电极作为工作电极以及不锈钢电极作为对电极，而改变校准溶液，例如通过选择具有在8-11的范围内的PH值的六种碱性溶液作为校准溶液用于校准（每种碱性溶液具有特定的PH值），则线性函数Y₃=X₃B₃+g₃被获得，其中B₃、g₃可能不同于B₁、g₁和B₂、g₂，因此函数公式Y₃=X₃B₃+g₃可能不同于函数公式Y₁=X₁B₁+g₁和函数公式Y₂=X₂B₂+g₂，这对于本领域的技术人员来说不难理解。

本发明的图将在下文中被描述。

图1示意性地示出了根据本发明的一个方面的PH值检测设备100，其可以包括：第一电极101和第二电极102，其中第一电极101和第二电极102将被插入到要被检测的溶液103中。当第一电极101被用作工作电极时，第二电极102被用作对电极。本领域的技术人员可以理解，当第一电极101被用作对电极时，第二电极102被用作工作电极。在本发明的实施例中，其中第一电极101被用作工作电极的各种情况被给出。为了避免使用玻璃电极，本发明的第一电极101可以包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，例如，Ag/Ag₂O电极、W/WO₃电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO₂电极等。本发明的第二电极102可以包括惰性电极，例如，Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极等。在本发明的实施例中，要被检测的溶液可以是水、Na₂HPO₄缓冲溶液或其PH值不得不被检测（？）的各种其它溶液。

本发明的PH值检测设备100可以进一步包括电源104，其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极101和第二电极102。图3示意性地示出了在本发明中使用的双极性矩形电位脉冲信号；双极性矩形电位脉冲信号的振幅是±1V，并且脉冲的周期是10s。本领域的技术人员应当理解，本发明还适用于具有±2V的振幅和10s的脉冲周期或具有±1V的振幅和20s的脉冲周期等的其它双极性矩形电位脉冲信号。因此，图3中的脉冲波形仅是示意性的，本发明不限于此。

本发明的PH值检测设备100可以进一步包括被连接在第一电极101和第二电极102之间的电流检测装置105，其用于检测流经第一电极101和第二电极102的电流I。

本发明的PH值检测设备100可以进一步包括计算单元106，其用于基于所检测到的电流I来计算要被检测的溶液的PH值。在本发明的实施例中，计算单元106可以是包括存储单元207的计算单元，即，存储单元207被与计算单元106集成在一起；图2A确切地示出了其中存储单元207被与计算单元106a集成在一起的情形。替换地，存储单元207还可以是单独的单元，即，存储单元207和计算单元106a是两个单独的单元（未示出）。存储单元207可以预存与电流I和PH值相关联的函数，例如，PH=BI + g，所述函数类似于如函数公式(5)中示出的表示所测量的电流I的特征点的X与表示要被检测的溶液的PH值的Y之间的线性函数，并且其中的向量B和系数g被确定。计算单元106a基于所检测的电流I和预存的函数PH= BI + g来计算要被检测的溶液的PH值。替换地，存储单元207可以预存多个函数，每个函数使电流I和与要被检测的溶液的类型相关联的PH值相关。例如，与要被检测的溶液的类型（即，强酸性、微酸性、中性、微弱碱性、强碱度）相关联的函数PH＝IB₁＋g₁; PH＝IB₂＋g₂; PH＝IB₃＋g₃; PH＝IB₄＋g₄; PH＝IB₅＋g₅可以被预存在存储单元207中，其中B₁、g₁、B₂、g₂、B₃、g₃、B₄、g₄、B₅、g₅根据以上介绍的偏最小二乘回归被确定，因此，在函数PH＝IB₁＋g₁; PH＝IB₂＋g₂; PH＝IB₃＋g₃; PH＝IB₄＋g₄; PH＝IB₅＋g₅中的电流I和PH值之间的线性函数关系也被确定。

在本发明的实施例中，本发明的PH值检测设备100可以进一步包括用户接口208，其用于从用户接收反映要被检测的溶液的类型的数据以便从所述多个函数中选择函数。例如，如果要被检测的溶液是自来水，用户可以在例如软键盘或液晶触摸板的用户接口208上直接输入或者选择“中性”作为要被检测的溶液的类型，并且对应于作为要被检测的溶液的类型的自来水的函数是PH＝IB₃＋g₃。如果要被检测的溶液是可食用的醋，用户可以在例如软键盘或液晶触摸板的用户接口208上直接输入或者选择“微酸性”作为要被检测的溶液的类型，并且对应于作为要被检测的溶液的类型的可食用的醋的函数是PH＝IB₂＋g₂。然后，计算单元106b基于所检测到的电流I和预存的函数（即，从五个函数中选择的函数）来计算要被检测的溶液的PH值。以上情形在图2B中被示出。

本领域的技术人员应当知道，以上的要被检测的溶液的类型，即，强酸性、微酸性、中性、微弱碱性、强碱度，以及五个对应函数PH＝IB₁＋g₁; PH＝IB₂＋g₂; PH＝IB₃＋g₃; PH＝IB₄＋g₄; PH＝IB₅＋g₅仅是示意性的，即本发明不限于以上的要被检测的溶液的类型和函数，并且本领域的技术人员可以做出各种修改，诸如设计三个要被检测的溶液的类型以及三个对应函数，以便简化操作步骤；或者设计更多要被检测的溶液的类型以及更多对应函数，以便更具体地细分要被检测的溶液的类型。

现在，参考图7，所述图示意性地示出了根据本发明的另一方面的检测PH值的方法700的流程图。图7中的方法从S701开始，并且随后在S702中将双极性矩形电位脉冲信号应用到被插入要被检测的溶液中的第一电极101和第二电极102，以便刺激第一电极101上的电位反应。第一电极101可以包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极102可以包括惰性电极。过渡金属/过渡金属氧化物电极可以从Ag/Ag₂O电极、W/WO₃电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO₂电极中选择，并且惰性电极可以从Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中选择。然后，在S703中，流经第一电极101和第二电极102的电流I被检测。最后，要被检测的溶液的PH值基于所检测到的电流I被计算。替换地，使电流I与PH值相关的函数可以在S703中检测流经第一电极101和第二电极102的电流I之前被预存在存储单元207中，例如，由制造商或由用户根据用户手册的指导预存在存储单元207中。这个预存步骤可以在步骤S702之前或者在步骤S702之后与步骤S703之前被执行。

替换地，多个函数例如可以由制造商或由用户根据用户手册的指导预存在存储单元207中。这个预存步骤可以在步骤S702之前或者在步骤S702之后与步骤S703之前被执行。多个函数的每个都使电流I和与要被检测的溶液的类型相关联的PH值相关。例如，与要被检测的溶液的类型（即，强酸性、微酸性、中性、微弱碱性、强碱度）相关联的函数PH＝IB₁＋g₁; PH＝IB₂＋g₂; PH＝IB₃＋g₃; PH＝IB₄＋g₄; PH＝IB₅＋g₅可以被预存在存储单元207中，其中B₁、g₁、B₂、g₂、B₃、g₃、B₄、g₄、B₅、g₅根据以上介绍的偏最小二乘回归被确定，以便在函数PH＝IB₁＋g₁; PH＝IB₂＋g₂; PH＝IB₃＋g₃; PH＝IB₄＋g₄; PH＝IB₅＋g₅中的电流I和PH值之间的线性函数关系也被确定。

在本发明的另一实施例中，检测PH值的方法700可以进一步包括从用户接口接收反映要被检测的溶液的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。这个步骤可以在预存多个函数之后并且在将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极101和第二电极102之前被执行。例如，如果要被检测的溶液是自来水，用户可以在例如软键盘或液晶触摸板的用户接口208上直接输入或者选择“中性”作为要被检测的溶液的类型，并且对应于作为要被检测的溶液的类型的自来水的函数是PH＝IB₃＋g₃。如果要被检测的溶液是可食用的醋，用户可以在例如软键盘或液晶触摸板的用户接口208上直接输入或者选择“微酸性”作为要被检测的溶液的类型，并且对应于作为要被检测的溶液的类型的可食用的醋的函数是PH＝IB₂＋g₂。然后，计算单元106b基于所检测到的电流I和预存的函数（即，从五个函数中选择的函数）来计算要被检测的溶液的PH值。

类似地，在本发明的用于检测PH值的方法700中，以上要被检测的溶液的类型（即，强酸性、微酸性、中性、微弱碱性、强碱度），以及五个对应函数PH＝IB₁＋g₁; PH＝IB₂＋g₂; PH＝IB₃＋g₃; PH＝IB₄＋g₄; PH＝IB₅＋g₅仅是示意性的，本发明不限于以上要被检测的溶液的类型和函数，即本领域的技术人员可以做出各种修改，诸如设计三个要被检测的溶液的类型以及三个对应函数，以便简化操作步骤；或者设计更多要被检测的溶液的类型以及更多对应函数，以便更具体地细分要被检测的溶液的类型。

借助于本发明的以上设计，易碎玻璃电极和参比电极（例如，Ag/AgCl甘汞电极）的使用可以被避免，这在PH值检测设备的日常维护和环境的保护方面具有良好的效果，并且在PH值检测设备的微型化和简易化方面同样具有良好的效果。此外，仅测量流经电极对的电流来计算要被检测的溶液的PH值带来了许多便利，其便于实时监测溶液的PH值的改变，从而尤其给工业生产的领域带来了许多意料之外的好处。

尽管已经参考当前考虑的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于如所公开的实施例。相反，本发明旨在覆盖在所附权利要求的精神和范围内牵涉的各种修改和等同布置。以下权利要求的范围遵照最广解释以便包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。

以上提到的计算单元可以通过软件、硬件或其组合来实施。例如，它可以通过将执行计算功能的软件和程序代码存储在存储器中并且被微控制器单元（MCU）加载和执行来实施。本领域的技术人员可以根据说明书中教导的概念和原理以各种方式实施发明的实施例。

在权利要求中，词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个单元可以实现记载在权利要求中的若干项目的功能。特定措施被记载在相互不同的从属权利要求中的仅有事实不指示这些措施的组合不可以被用来获利。权利要求中的任何附图标记不应该被解释成限制范围。

Claims

1. 一种用于检测溶液的PH值的PH值检测设备（100），包括：

第一电极（101）和第二电极（102），其中第一电极（101）和第二电极（102）将被插入到溶液（103）中；

电源（104），其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极（101）和第二电极（102）；

电流检测装置（105），其被连接在第一电极（101）和第二电极（102）之间以用于检测流经第一电极（101）和第二电极（102）的电流I；以及

计算单元（106），用于基于所检测到的电流I来计算溶液（103）的PH值。

2. 如权利要求1中要求保护的所述设备，其中第一电极（101）包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极（102）包括惰性电极。

3. 如权利要求2中要求保护的所述设备，其中过渡金属/过渡金属氧化物电极从Ag/Ag₂O电极、W/WO₃电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO₂电极中被选择，并且惰性电极从Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中被选择。

4. 如权利要求1中要求保护的所述设备，其中PH值检测设备（100）包括：

存储单元（207），其用于预存使电流I和PH值相关的函数。

5. 如权利要求1中要求保护的所述设备，其中存储单元（207）预存使电流I和PH值相关的多个函数，每个函数都被与要被检测的溶液（103）的类型相关联，其中PH值检测设备（100）进一步包括：

用户接口（208），其用于接收反映要被检测的溶液（103）的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。

6. 如权利要求4或权利要求5中要求保护的所述设备，其中计算单元（106）根据所检测到的电流I和预存函数来计算要被检测的溶液（103）的PH值。

7. 一种检测溶液（103）的PH值的方法（700），包括：

将双极性矩形电位脉冲信号应用（S702）到被插入到溶液（103）中的第一电极（101）和第二电极（102）；

检测（S703）流经第一电极（101）和第二电极（102）的电流I；以及

基于所检测到的电流I来计算（S704）溶液（103）的PH值。

8. 如权利要求7中要求保护的所述方法，其中第一电极（101）包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极（102）包括惰性电极。

9. 如权利要求8中要求保护的所述方法，其中过渡金属/过渡金属氧化物电极从Ag/Ag₂O电极、W/WO₃电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO₂电极中被选择，并且惰性电极从Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中被选择。

10. 如权利要求7中要求保护的所述方法，进一步包括预存使电流I与PH值相关的函数。

11. 如权利要求7中要求保护的所述方法，进一步包括预存使电流I和PH值相关的多个函数，每个函数都被与要被检测的溶液（103）的类型相关联。

12. 如权利要求11中要求保护的所述方法，进一步包括从用户接口（208）接收反映要被检测的溶液（103）的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。

13. 如权利要求11或权利要求12中要求保护的所述方法，其中要被检测的溶液（103）的PH值基于所检测到的电流I和预存函数被计算。