CN205656161U - 一种pH值传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种pH值传感器，包括屏蔽外壳，屏蔽外壳内设置有橡胶密封板将壳体分隔成上腔室和下腔室，上腔室内设置有处理单元；下腔室内设有pH电极，pH电极包括参比电极、测量电极，参比电极为硫酸铜电极并独立设置于下腔室内，测量电极由玻璃腔体和设置于玻璃腔体内的金属片以及覆盖金属片的pH敏感性半透膜构成，测量电极的金属片通过高绝缘的屏蔽线与电路板连接；pH敏感性半透膜由屏蔽线焊接在金属片上并从屏蔽外壳内引出；微处理器模块还连接有无线收发模块，无线收发模块通信连接有无线智能网关，微处理器模块通过无线智能网关通信连接有终端的电脑和移动设备。本实用新型能有效避免干扰、提高pH检测精度、准确快速地得到测量结果。

Description

一种pH值传感器

技术领域

本实用新型属于农业科学技术领域，尤其涉及一种pH值传感器。

背景技术

pH值测量和控制在生物化学、环境科学、临床医学、工业和农业生产等领域尤为重要，比如在农业生产中，许多植物有喜好酸性或碱性土壤的行为，在水产养殖中，水的pH值是水产养殖和大田种植环境的重要指标，影响到水中生物的生存和水质生态环境的变化，水质pH值对生物生存环境影响重大，在环境应用领域，酸雨检测主要是通过检测溶液的pH值来实现的。

对于pH值的测量，在没有实用新型pH传感器之前，都是使用手工测量方法实现的。主要的测量手段有pH试纸、pH指示剂和pH计，大多是依靠现场取样，再进行下一步的检验，过程复杂，效率较低。这些方法虽然操作简单、成本低，但是都只能定性检测，而且在某些生产工业上，比如说食品、医疗等，不允许将pH指示剂加入到溶液中，因此具有一定的局限性。

目前，水质pH监测还是通过普通传感器测量得到，对数据的实时分析滞后，不能实现水质在线诊断，同时还存在较大的测量误差，无法实现水产养殖和大田种植的风险管控，有待改进。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种pH值传感器，能有效避免干扰、提高pH检测精度、准确快速地得到测量结果。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种pH值传感器，包括屏蔽外壳，屏蔽外壳内设置有橡胶密封板将壳体分隔成上腔室和下腔室，上腔室内设置有处理单元，所述处理单元包括电路板、与电路板连接的信号调理模块、与信号调理模块连接的A/D转换模块、与A/D转换模块连接的微处理器模块以及与微处理器模块连接的电源管理模块；下腔室内设有pH电极，pH电极包括参比电极、测量电极，参比电极为硫酸铜电极并独立设置于下腔室内，测量电极由玻璃腔体和设置于玻璃腔体内的金属片以及覆盖金属片的pH敏感性半透膜构成，测量电极的金属片通过高绝缘的屏蔽线与电路板连接；pH敏感性半透膜由屏蔽线焊接在金属片上并从屏蔽外壳内引出，配合参比电极测定pH值；微处理器模块还连接有无线收发模块，无线收发模块通信连接有无线智能网关，微处理器模块通过无线智能网关通信连接有位于终端的电脑和移动设备。

进一步的，伸出屏蔽外壳外的测量电极端部套接有保护罩，保护罩为铜质过滤网。

进一步的，金属片由导电性好的银或铜制成。

进一步的，屏蔽外壳为金属壳。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型按照上述方式将参比电极、测量电极设置于屏蔽外壳下腔室，使之与位于上腔室内的处理单元分隔开，避免了处理单元收到被测液体的腐蚀；将参比电极、测量电极分开设置，有利于避免干扰，减小了pH测量误差使之测量更为准确；pH敏感性半透膜覆盖金属片，金属片通过高绝缘的屏蔽线与电路板连接，利用pH敏感性半透膜的pH敏感性可准确、快速地进行液体pH值的测量；同时，本实用新型还采用了无线智能网关，使得本实用新型可以通过无线智能网关与终端的设备进行通信，根据所测液体的pH值进行在线诊断，并作出相应的动作，如连接于抽水电机，当pH值反映所测水或其他液体的过高或过低时，控制抽水电机向容器中抽水稀释，从而起到调节pH值的作用。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的基本结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1所示：本实施例的一种pH值传感器，包括屏蔽外壳，屏蔽外壳为金属壳，屏蔽外壳内设置有橡胶密封板将壳体分隔成上腔室1和下腔室2，上腔室1内设置有处理单元3，所述处理单元3包括电路板、与电路板连接的信号调理模块、与信号调理模块连接的A/D转换模块、与A/D转换模块连接的微处理器模块以及与微处理器模块连接的电源管理模块；下腔室2内设有pH电极，pH电极包括参比电极5、测量电极4，参比电极5为硫酸铜电极并独立设置于下腔室内，测量电极4由玻璃腔体和设置于玻璃腔体内的金属片以及覆盖金属片的pH敏感性半透膜构成，金属片由导电性好的银或铜制成，测量电极4的金属片通过高绝缘的屏蔽线与电路板连接，参比电极5与测量电极4间间隙内设有由绝缘橡胶制成的橡胶片，进一步消弱了参比电极5与测量电极4之间的干扰，减小了测量误差；pH敏感性半透膜由屏蔽线焊接在金属片上并从屏蔽外壳内引出，配合参比电极5测定pH值；伸出屏蔽外壳外的测量电极端部套接有保护罩6，保护罩为铜质过滤网；微处理器模块还连接有无线收发模块，无线收发模块通信连接有无线智能网关，微处理器模块通过无线智能网关通信连接有位于终端的电脑和移动设备（包括手机、Ipad等）。

本实用新型较适合应用于温室大棚等配备有网络的场合。无线智能网关包括处理器和用于供电的电源，处理器电性连接有触摸屏、flash 存储器、ram存储器、以太网通信模块、wifi 模块、GPRS 模块、USB 接口、JTAG 接口、RS232 总线接口、Z-wave 模块、时间及复位模块、智能云平台接口、子网穿透模块等组件。

处理器用于处理来自与其电性连接的上述各个组件的数据信息、命令信息和控制信息。在本实施例中，处理器采用具有64/32 位内部总线结构的三星S3C6410 处理器。

电源用于提供各个组件所需的工作电压。

触摸屏用于进行人机交互，既可以显示无线智能网关的基本信息，如时间、IP 地址、与其连接的智能设备的工作状态等信息，也可以用于触控操作该无线智能网关实现上述基本信息的设置与控制。

flash 存储器用于存放该无线智能网关的处理器运行的系统代码、应用程序等数据。

RAM 存储器用于存放该无线智能网关的处理器正在和等待运行的数据。

RS232 数据总线接口用于扩展数据。

USB 模块用于将该无线智能网关连接于USB 外设，如电脑或U 盘，以备份或运行USB 外设中的程序。

JTAG 接口用于连接一开发板以烧制和调试该无线智能网关的系统代码、应用程序。

以太网通信模块与wifi模块分别通过有线与无线的通信方式将该无线智能网关接入互联网，GPRS模块用于将该无线智能网关接入全球移动通信系统（Global System forMobile Communications，GSM），以实现用户可随时操作外部通信设备，如电脑或手机，与该无线智能网关实现通信以获知及控制智能设备的工作状态。

Z-wave 模块用于以符合Z-wave 标准协议的无线通信方式连接该无线智能网关与智能设备以进行数据交互和控制。例如，用户的控制指令可以通过其外部通信设备发送到或者直接通过触摸屏输入到该无线智能网关，该无线智能网关的处理器将用户的指令通过Z-wave 模块精确送达给符合z-wave 标准的智能设备，比如符合z-wave 标准的窗帘电机、灯光开关、门锁等；同时也可以通过Z-wave 模块获取上述符合z-wave 标准的智能设备的实时工作状态。

时间及复位模块用于设置该无线智能网关的时间和复位该无线智能网关。该无线智能网关可以通过以太网、wifi 或GPRS 接入互联网获取的IP 地址判断位置并自动设置时间；也可以通过触摸屏由用户自定义设置时间及时区。

智能云平台接口用于将该无线智能网关连接至一智能云平台，并在智能云平台上对应用该无线智能网关的智能设备（如抽水电机）进行配置、控制和个性化设置管理。

子网穿透模块用于实现该无线智能网关自动与外部通信设备，如用户的电脑或手机的连接。子网穿透模块自动获取无线智能网关所在的公网IP 地址，同时随机寻找到一个空闲的端口并占用此端口，无线智能网关会实时记录此IP 地址和端口号数据，间歇性向智能云平台发送心跳包，智能云平台会将信息实时更新至数据库，外部通信设备通过GPRS、wifi、以太网等通信方式连接到智能云平台获取无线智能网关发布的IP 地址和端口号后自动与无线智能网关建立连接以进行数据交互。

使用时，外部通信设备如用户的电脑或手机接收到用户输入的指令并通过GPRS、wifi、以太网等无线或有线的通信方式将用户的指令直接传送至无线智能网关，实现数据交互并根据用户的指令对智能设备进行查看、控制、监测、配置、设置场景、编辑场景等个性化设置管理。此外，用户还可以通过外部通信设备接入互联网登入智能云平台，因该无线智能网关通过智能云平台接口接入该智能云平台，因此用户还可以在智能云平台上进行查看、控制、监测、配置、设置场景、编辑场景等对智能设备的个性化设置管理。

所述无线智能网关使用z-wave 技术与智能设备通信，z-wave 技术是一种新型无线通信协议，具有开发简单，通用性高，兼容性强，低功耗，低成本，支持自动组网，双向通讯等优点。

一种pH敏感性半透膜的制备方法，包括如下步骤：

1.在室温下，选取乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物(EVA) 作为基材膜物质原料，选取聚苯乙烯- 马来酸酐交替共聚物(PSMA) 作为pH 敏感性功能高分子材料，按照乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物和聚苯乙烯- 马来酸酐交替共聚物的质量比为7:3 ～ 4:6 的配比进行反应物配料，采用二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或两种的混合物作为溶剂，并按照溶剂与反应物总质量比为70:1 ～ 60:1 的比例将反应物和溶剂进行混合，使反应物溶解于溶剂中；按照乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物和聚苯乙烯- 马来酸酐交替共聚物的质量比为6:4 的配比进行反应物配料，并按照溶剂与反应物总质量比为70:1 的比例将反应物和溶剂进行混合，使反应物溶解于溶剂中进行共溶混合化学反应；二氯甲烷和三氯甲烷的质量比为1:1，采用二氯甲烷和三氯甲烷的混合物作为溶剂；

2.将所述步骤①中的溶质反应物和溶剂混合物接通冷凝回流装置，在超声条件下，使共溶混合反应产物溶解在55℃下进行3~3.5h共溶混合化学反应，得到液体的pH 敏感性半透膜材料；

3.取洁净、干燥的平面玻璃板，使玻璃板保持水平状态，将经过所述步骤②后制备的液体的pH敏感性半透膜材料迅速直接浇于玻璃板上，使液体的pH敏感性半透膜材料摊薄，自然干燥2 小时，使液体的pH敏感性半透膜材料附着在玻璃板上固化成膜；

4.配制浓度为0.005~0.01mol/L 的碱液（NaOH 溶液），在室温下将在所述步骤③中制备的附着已干燥的PH 敏感性半透膜的玻璃板浸泡在碱液中0.5~1h，使pH敏感性半透膜在碱液中自动与玻璃板脱落漂浮，从碱液中取出PH 敏感性半透膜；

5.采用浓度为0.005~0.01mol/L 的HCl 溶液，对从所述步骤④碱液中取出的pH敏感性半透膜进行酸洗，对pH敏感性半透膜附着的碱液进行中和，然后使pH敏感性半透膜自然干燥，即可得到pH敏感半透膜。

本实施例通过共溶混合方法，制备了EVA/ PSMA pH敏感膜。经过碱处理后再经过酸洗，使酸酐基团转化成羧基，得到EVA/ PSMA-H 的羧酸的pH敏感膜，否则羧基与钠离子结合，孔径减小，膜通量降低。由于羧基的存在，该羧酸的膜表现出较好的pH敏感性。在pH=5 的条件下，pH敏感半透膜透水率最大。本实用新型PSMA 改性后的EVA 半透膜在不降低膜的力学性能情况下大幅度提高了其pH敏感性。本实用新型制备的PSMA/EVA 半透膜是一种多孔结构，这种结构赋予了半透膜优良的透水性能。本实用新型PH 敏感半透膜能用于药物缓释，在特定的pH条件下，分子透过率不同，使小分子可以透过，截留住大分子，经测试得到经碱水解在酸洗前后的膜孔径分别约为2~4μm 和0.5~2μm。反应时间短，制备工艺简单，能大量进行工业生产，对人体无毒副作用。

用苯乙烯- 马来酸酐共聚物(PSMA) 增加EVA 膜的功能性基团的方法，利用共溶混合法制备pH敏感型半透膜，它能根据外界pH变化，孔径大小发生变化，引起透水率的改变，使缓蚀剂达到一个“开- 关”的释放作用。

本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (4)

1.一种pH值传感器，其特征在于，包括屏蔽外壳，屏蔽外壳内设置有橡胶密封板将壳体分隔成上腔室（1）和下腔室（2），上腔室（1）内设置有处理单元（3），所述处理单元（3）包括电路板、与电路板连接的信号调理模块、与信号调理模块连接的A/D转换模块、与A/D转换模块连接的微处理器模块以及与微处理器模块连接的电源管理模块；下腔室（2）内设有pH电极，pH电极包括参比电极（5）、测量电极（4），参比电极（5）为硫酸铜电极并独立设置于下腔室内，测量电极（4）由玻璃腔体和设置于玻璃腔体内的金属片以及覆盖金属片的pH敏感性半透膜构成，测量电极的金属片通过高绝缘的屏蔽线与电路板连接；pH敏感性半透膜由屏蔽线焊接在金属片上并从屏蔽外壳内引出；微处理器模块还连接有无线收发模块，无线收发模块通信连接有无线智能网关，微处理器模块通过无线智能网关通信连接有位于终端的电脑和移动设备。

2.根据权利要求1所述的一种pH值传感器，其特征在于，伸出屏蔽外壳外的测量电极端部套接有保护罩（6），保护罩（6）为铜质过滤网。

3.根据权利要求1所述的一种pH值传感器，其特征在于，金属片由导电性好的银或铜制成。

4.根据权利要求1所述的一种pH值传感器，其特征在于，屏蔽外壳为金属壳。