CN203490194U - 一种便携式酸碱浓度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式酸碱浓度测量装置，所述测量装置包括酸碱浓度电极以及脉冲电导率测量系统组成，其中，酸碱浓度电极包括电极芯和电极套管，所述电极套管套设在电极芯上，与电极芯之间形成环状测量通道，所述电极芯与脉冲电导率测量系统的输入端相接。该新型的便携式酸碱浓度测量装置可以测量7种以上常用酸碱浓度，测量浓度范围0-15％，准确度±2％读数值。仪器采用防水设计，适合生产现场和实验室使用。

Description

一种便携式酸碱浓度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电化学仪器，具体涉及酸碱浓度测量装置。

背景技术

市售的电化学仪器中，便携式和台式酸碱浓度计很少，因为酸碱浓度的测量通常采用测量电导率，再换算为酸碱浓度的方法。由于酸碱溶液的电导率非常大，高浓度的酸碱溶液电导率接近1000mS/cm，当采用电极常数为1的电导电极时，溶液电阻只有几个欧姆，流过电极表面的电流密度相当大，在测量时电极会发生严重的极化现象，另外这样小的电阻也不容易测量准确。

要解决上述问题，必须采用电极常数10-50的电导电极，使溶液电阻增加10-50倍，而通常这样的电极体积比较大，在便携式和台式仪器中使用不便。

实用新型内容

针对现有酸碱浓度测量装置存在体积大、使用不方便的问题，本实用新型的目的在于提供一种新型的便携式或台式酸碱浓度测量装置，以方便用户在生产现场测量溶液的酸碱浓度值。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种便携式酸碱浓度测量装置，所述测量装置包括酸碱浓度电极以及脉冲电导率测量系统组成，所述酸碱浓度电极包括电极芯和电极套管，所述电极套管套设在电极芯上，与电极芯之间形成环状测量通道，所述电极芯与脉冲电导率测量系统的输入端相接。

在本实用新型的优选实例中，所述电极套管可拆卸的套设在电极芯上。

进一步的，所述电极芯由电极杆、第一环状白金电极、电极体、第二环状白金电极、电极头以及温度传感器组成，所述第一环状白金电极、电极体、第二环状白金电极、电极头依次设置在电极杆上，所述温度传感器设置在电极头内，其中第一环状白金电极、第二环状白金电极以及温度传感器输出端连接到脉冲电导率测量系统的输入端。

进一步的，所述第一环状白金电极、第二环状白金电极以及温度传感器输出端的引线从电极杆中心引出与四芯屏蔽线连接，四芯屏蔽线通过防水插头连接到脉冲电导率测量系统的输入端。

进一步的，所述脉冲电导率测量系统包括温度测量模块、微处理器、跟随器、电流放大器以及显示器，所述微处理器控制连接温度测量模块、跟随器、电流放大器以及显示器，所述温度测量模块与电极芯中的温度传感器相接通、跟随器与第一环状白金电极相接通，电流放大器与第二环状白金电极相接通。

再进一步的，所述微处理器为MSP430微处理器。

进一步的，所述酸碱浓度电极为电导率测量范围2-2000mS/cm的酸碱浓度电极。

本实用新型提供的便携式或台式酸碱浓度测量装置中电极在保持与普通电导电极外形尺寸相同的情况下，电极常数从1提高到10或大于10，有效地降低了电极表面的电流密度，消除电极极化对高电导率测量的误差，不仅克服了酸碱溶液极高的电导率测量困难的问题，而使得酸碱浓度测量装置体积很小巧，方便现场测量需要。

本测量装置可以测量7种以上常用酸碱浓度，测量浓度范围0-15％，准确度±2％读数值；整个测量装置采用防水设计，适合生产现场和实验室使用。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型中酸碱浓度测量电极的示意图；

图2为本实用新型中酸碱浓度测量电极的组成结构示意图；

图3为酸碱浓度测量电极中电极芯的结构示意图；

图4为酸碱浓度测量电极中电极套管的结构示意图；

图5为本实用新型中脉冲电导率测量系统的系统框图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实用新型提供的便携式和台式酸碱浓度测量装置主要由电导率测量范围2-2000mS/cm的耐腐蚀、可清洗的酸碱浓度电极（如图1所示）和脉冲电导率测量系统（如图5所示）组成。

参见图2，酸碱浓度电极主要由电极芯100和电极套管200组成，其中电极套管200采用可拆卸的方式套设在电极芯100上，与电极芯之间形成环状测量通道201，同时电极芯100的输出端与脉冲电导率测量系统300（如图5所示）的输入端相接。

参见图3，电极芯100主要由电极杆101、第一环状白金电极102、电极体103、第二环状白金电极104、电极头105以及温度传感器106配合组成。

其中，第一环状白金电极102、电极体103、第二环状白金电极104、电极头105依次设置在电极杆101上，同时温度传感器106设置在电极头105内，由此形成酸碱浓度电极中的电极芯。

具体的，电极杆101为横截面为T形的中空结构，其顶部大端1011的外侧设置有螺纹，小端1012上开设有与电极杆101内部中空结构导通的电极体安置槽1013。

电极体103同样也为内部中空的结构，内部的通孔用于容相关引线通过。电极体103的顶端1031为横截面呈“凸”字形的凸台状，并与电极杆101的小端上的安置槽1013配合；其底端1032为开设有与电极体103内部中空结构导通的电极头安插槽1033。电极体103通过顶端与电极杆101小端配合，安插在电极杆101中。

电极头105的顶端1052为连接端，为横截面呈“凸”字形的凸台状，其与电极体底端1032上的电极头安插槽1033对应配合。电极头105通过顶端与电极体底端1032上的电极头安插槽1033配合，安插在电极体底端1032上。同时电极头105在沿其延伸方向上由顶端向底端设置有一温度传感器安置槽1051，该安置槽1051的深度与电极头5的长度接近，以保证温度传感器测量的精度。

温度传感器106安置在电极头105的安置槽1051中，用于测量溶液温度。

第一环状白金电极102套设在电极体103与电极杆101之间的连接处；第二环状白金电极104套设在电极体103与电极头105之间的连接处。

第一环状白金电极102、第二环状白金电极104以及温度传感器106输出端的引线1021、1041以及1061通过电极体3的内部中空结构从中空的电极杆1中心引出与四芯屏蔽线连接，四芯屏蔽线通过防水插头连接到脉冲电导率测量系统相应的输入端。

参见图4，为了配合上述的方案形成的电极芯100，电极套管200的顶部端口202设置有螺纹与电极芯100中电极杆101的大端1011配合，并与其螺纹相接，实现与电极芯100的可拆卸相接；同时，电极套管200的深度、大小与电极芯100配合，使得电极套管200能够套设在电极芯100上，并在两者之间形成环状测量通道201（如图2所示）。

由上述方案形成的酸碱浓度电极，利用可拆卸的电极套管200，在电极使用时，使电极芯上的二个环状白金电极与外部电解液隔离，它们之间的测量电流通道只能是由电极芯与电极套管形成的环状测量通道201，从而使得电极参数由电极尺寸决定的现状改变为由溶液测量电流通道（即环状测量通道201）决定，其具体原理如下：

电导电极有一个重要参数即电极常数K=L/A，在现有方案中，电导电极的二个白金电极是浸没在溶液中的，它们之间通过测量电流的溶液截面积A等于白金电极的面积A’，电极常数K=L/A=L/A’。在被测溶液电导率很大的情况下，为了降低电极表面的电流密度，需要增加电极面积，为了保持电极常数不变或使电极常数更大，电极之间的距离L将不得不大大增加。使电极不具有实用性和方便性。

而，本方案中，通过电极套管，使通过测量电流的溶液截面积A与白金电极的面积A’无关。例如，在本方案中，通过测量电流的溶液截面积A＝0.2cm²，L＝2cm，K=L/A=2/0.2=10，而白金电极的面积A’＝1.2cm²。

由此，本方案中的酸碱浓度电极能够在保持与普通电导电极外形尺寸相同的情况下，电极常数从1提高到10或大于10，从而能够有效地降低了电极表面的电流密度，消除电极极化对高电导率测量的误差，极大的方便现场测量需要。

再者，一般情况下，现有的测量高电导率溶液的电导电极表面需要镀上一层铂黑以进一步增加电极表面积，降低电极极化的影响。因为铂黑是一种极细粉末状的金属铂，因此镀铂黑的电极表面是不能擦拭清洗的。而本方案中的酸碱浓度电极上的白金电极面积比现有的电极常数10的电极面积增大了24倍，在不镀铂黑的情况下，完全符合高浓度酸碱溶液电导率测量的要求。

同时，本方案中，电极套管采用可拆卸的设置方案，这样在使用时可以拆下电极套管，可以很方便地清洗白金电极表面。

参见图5，其所示为上述酸碱浓度电极配合使用的脉冲电导率测量系统的系统框图。该系统与酸碱浓度电极配合采用脉冲测量法进行酸碱浓度的测量。

如图可知，该测量系统300主要由微处理器301、温度测量电路302、跟随器303、电流放大器304以及显示器305组成。

其中微处理器301为整个测量系统的数据处理中，其具体采用MSP430微处理器，控制连接温度测量电路302、跟随器303、电流放大器304以及显示器305；而温度测量电路302与电极芯中的温度传感器106相接通、跟随器303与第一环状白金电极102相接通，电流放大器304与第二环状白金电极104相接通。

由此，脉冲电导率测量系统300进行测量时，由MSP430微处理器301产生频率为5千赫兹交流脉冲，经跟随器303加到第一环状白金电极102上，在第一环状白金电极102和第二环状白金电极104之间的被测溶液中通过的电流与溶液的电导率成正比。这一电流由电流放大器304放大并转换为电压由MSP430微处理器301内置的A/D转换器进行采样，得到溶液电导率读数。

在测量电导率的同时，由温度测量电路302通过酸碱浓度测量电极100内置的温度传感器106测量溶液的温度值，MSP430微处理器301根据溶液温度对电导率值进行温度补偿，将当时温度下测得的电导率值换算成基准温度下的电导率值，最后根据酸碱浓度与电导率的对应关系直接由显示器305显示酸碱溶液百分浓度。

由上可知，本方案提供的酸碱浓度测量装置克服了酸碱溶液极高的电导率测量困难的问题，其采用简单、方便的电极法直接测量酸碱浓度，使得装置体积很小巧，轻便，装置采用电池供电适合在生产现场和实验室使用。

采用的电导法是一种稳定而可靠的测量方法，从而装置不需要经常校准，仅需要在首次使用前及每半年或一年进行一次校准。校准时需要配制浓度为1％和10％两种溶液进行二点校准，校准后将电极浸入待测溶液即可进行测量。

为了验证便携式和台式酸碱浓度测量装置的测量效果，用本装置对常用的酸碱标准溶液浓度测量结果如下：

表1盐酸

标准溶液浓度(％)

1

3

6

9

12

15

实测浓度(％)

1．02

3．05

5．94

8．87

11．90

14．88

绝对误差(％)

0．02

0．05

-0．06

-0．13

-0．1

-0．12

表2氢氧化钠

标准溶液浓度(％)

1

3

6

9

12

15

实测浓度(％)

1．04

2．97

5．91

9．1l

11．85

14．82

绝对误差(％)

0．04

-0．03

-0．09

0．1l

-0．15

-0．18

由上面两表中的测试测量结果可知，本测量装置可以测量多种常用酸碱浓度，测量浓度范围O-15％，准确度±2％读数值，性能优越，适合生产现场和实验室使用。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种便携式酸碱浓度测量装置，所述测量装置包括酸碱浓度电极以及脉冲电导率测量系统组成，其特征在于，所述酸碱浓度电极包括电极芯和电极套管，所述电极套管套设在电极芯上，与电极芯之间形成环状测量通道，所述电极芯与脉冲电导率测量系统的输入端相接。

2.根据权利要求1所述的一种便携式酸碱浓度测量装置，其特征在于，所述电极套管可拆卸的套设在电极芯上。

3.根据权利要求1所述的一种便携式酸碱浓度测量装置，其特征在于，所述电极芯由电极杆、第一环状白金电极、电极体、第二环状白金电极、电极头以及温度传感器组成，所述第一环状白金电极、电极体、第二环状白金电极、电极头依次设置在电极杆上，所述温度传感器设置在电极头内，其中第一环状白金电极、第二环状白金电极以及温度传感器输出端连接到脉冲电导率测量系统的输入端。

4.根据权利要求3所述的一种便携式酸碱浓度测量装置，其特征在于，所述第一环状白金电极、第二环状白金电极以及温度传感器输出端的引线从电极杆中心引出与四芯屏蔽线连接，四芯屏蔽线通过防水插头连接到脉冲电导率测量系统的输入端。

5.根据权利要求1或2所述的一种便携式酸碱浓度测量装置，其特征在于，所述脉冲电导率测量系统包括温度测量模块、微处理器、跟随器、电流放大器以及显示器，所述微处理器控制连接温度测量模块、跟随器、电流放大器以及显示器，所述温度测量模块与电极芯中的温度传感器相接通、跟随器与第一环状白金电极相接通，电流放大器与第二环状白金电极相接通。

6.根据权利要求5所述的一种便携式酸碱浓度测量装置，其特征在于，所述微处理器为MSP430微处理器。

7.根据权利要求1所述的一种便携式酸碱浓度测量装置，其特征在于，所述酸碱浓度电极为电导率测量范围2-2000mS/cm的酸碱浓度电极。

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