CN2060884U - Mf-10型多功能水质检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种能在现场条件下对水样的四个参数(温度、酸度、电导率和含盐量)进行速测量的一种便携式化学分析仪器。

MF-10型水质检测仪的特点是，(1)用一个小型仪器测水样的四个参数；(2)数字方式直接读出各参数的工程值；(3)对pH档、电导率档及含盐量档具有自动温度补偿的功能；(4)仪器用电池供电，耗电省；(5)仪器的体积小，重量轻，便于携带；(6)仪器的应用范围广。

MF-10水质检测仪的测量范围是，温度档-30℃～+100℃pH档0.00pH～14.00pH，电导率档10μs/cm～19990μs/cm，含盐量档10PPM～19990PPM。

MF-10水质检测仪的分辨率是，温度档1℃，pH档0.01pH，电导率档10μs/cm，含盐量档10PPM。

Description

本实用新型是一种能在现场条件下对水样的四个参数（温度、酸度、电导率和含盐量）进行快速测量的一种便携式化学分析仪器。

用于水质参数测量的实验室用化学分析仪器，在国内只见有单一功能的，即每种仪器只测量一种参数的仪器。如测酸碱度的酸度计，测电导的电导率仪及测含盐量的含盐量仪等。未见有把以上几种水质参数测量功能组合在一个小型分析仪器内的商品供应。在国外，有一种可更换测量系统的分析仪器的商品报导，但未见有技术资料，其功能组合型式与本实用新型描述的也不相同。

国内实验室用的PH仪，如常用的PHS－2系列精密酸度计，是采用模拟电子技术用指针式表头读数的仪器，这类酸度计的特点是，（1）具有指针式仪表的固有缺点，与数字式显示仪表相比，有读数不直观，基本精度差，不耐振动易损坏，不易维护，不能在任意位置下读数等缺点。（2）量程范围狭，一般是按3PH分档，在0－14PH范围内须分五档。本实用新型的PH档在0－14PH范围内无须分档。（3）无温度自动补偿措施。一般只有一个温度调节旋纽，由人工按现用水样的温度（另行测量）进行补偿调节。本实用新型的PH档有温度自动补偿功能，当水样的温度在一定范围内立即可以测得其酸度值，无须进行人工调节或计算。

国内实验室用的电导率仪的品种很少，最常用的是DDS－11A型电导率仪。此仪的特点是，（1）采用指针式表头，有指针式仪表的固有缺点。（2）用分立元件电子电路是50～60年代的技术方案。（3）仪器体积大，重量重。（4）用交流电供电，且只能在实验室内固定位置使用，不属于便携式小型仪表。（5）没有采取温度补偿措施。由于水溶液的电导率对温度的敏感程度十分显著，温度每变化1℃，其电导率约变化百分之二。所以在测定水溶液的电导率时，如果不采取温度补偿措施就必须进行温度的换算才能得出正确的测量结果。无温度补偿的电导率仪，在使用中必然增加操作上的复杂性。另一种国产电导率仪是上海雷磁仪器厂出品的DDS－304型电导仪，其特点是，（1）采用指针式表头，有指针式仪器的固有缺点。（2）量程范围窄，换档甚多（有21个量程档），操作读数均不简便，尤其是给非专业操作人员增添使用上的困难。（3）虽属于便携式仪表，可以用电池供电但功耗太大（约350mw）电池寿命太短（不是2小时）仍不实用。（4）虽具有温度补偿（有温度手动补偿和不补偿两种方式）但缺少温度自动补偿措施。

本实用新型MF－10水质检测仪主要是针对在现场非实验室环境下或远离城镇的野外环境下对各种水源的水质进行检验，测定水样的四个参数而设计的一种便携式仪表。目的是只用一个小型仪器可以简便而快速地检测出水样的四个参数，即，温度℃，酸度PH，电导率μs和含盐量PPM。MF－10水质检测仪的特点是，（1）用一个小型便携式仪器测水样的四个参数；（2）用数字方式直接读出各参数的工程值；（3）对PH档、电导率档及含盐量档具有自动温度补偿功能，当水样温度在一般实用范围内可快速、简便地测出水样的参数；（4）仪器用普通电池供电，功耗小，电池的使用寿命长；（5）仪器的体积小，重量轻，便于携带。（6）采用最新电子技术，用大、中集成电路块，但生产技术要求不高，造价便宜。

MF－10水质检测仪的测量范围是，温度档－30℃～＋100℃PH档0.00PH～14.00PH，电导率档10μs／cm～19990μs／cm含盐量档10PPM～19990PPM。

MF－10仪各档的分辨率是，温度档1℃，PH档0.01PH，电导率档10μscm，含盐量档10PPM。

MF－10仪各档的精度是，仪器误差为0.4％±1个字，再加各参数传感器本身的误差，以及温度补偿电路的误差。

MF－10型仪可用于环境保护的水质检测，工业锅炉的水质监督，也可用于化学工业、纺织工业、造纸工业、饮食品工业等等对水质有要求的场合，也可用于有关科研单位对水质进行现场检测。

MF－10型水质检测仪是把三种传感器（温度传感器，PH复合电极对，电导电极）及其电路组合安装在一个仪器里。使用人员只须把水样注入采杯，按动功能键就可以快速地对同一水样检测出四个参数，即，温度T℃，PH值，电导率值和含盐量PPM值。

MF－10型仪可采用大、中规模集成电路块及相应的元件组成，在电路原理中可区分为五个单元部分。

（1）温度补偿及测量单元

（2）酸度（PH）测量单元

（3）电导率（μs／cm）测量单元

（4）含盐量（PPM或毫克／升）测量单元

（5）3 1/2 位数字电压表表头单元

见附图1。

温度补偿及测量单元由探头J_A，缓冲级A及工程量变换级B三部分组成。J_A采用半导体PN结作为温度敏感元件，它在有效补偿与测量范围内有线性程度好构造简单和价廉的优点。A与B为运算放大器集成块。

PH测量单元由电极J_B，缓冲级C，工程量变换级D及温度自动补偿电路E组成。R_T为热敏电阻用于PH单元的自动温度补偿电路中。J_B采用国产PH复合电极，C为高输入阻抗（10¹²Ω）运算放大器集成块（TL061），D为运算放大器集成LM324的一部分。

电导率测量单元由电导电极J_C，温度一电压变换电路F，电导一电压变换电路G，以及电导率工程值变换电路H，同步调制与调制电路I，J以及交流开关K等部分组成。F级实际上是一个宽范围的温度控制电压源，供给测量级G作为温度自动补偿的测量参考电压。G，I，J，K组成交流电导测量仪的本体，由于是采用黑铂电导电极，交流方波的频率取为低频50赫。H为工程值变换级，用以直接显示电导率值（μscm）。F，G，H，I，J可用LM324集成块，K为CD4066集成块。

含盐量测量单元是由H级的输出经过一个可调节的电阻分压网络L组成，L即是含盐量工程量变换级。

数字显示单元由3 1/2 位数字显示电压表N和LCD显示器Q组成。N为大规模集成块 7106，N内部有模数转换电路把由功能选择键传送来的各路参数工程值由模拟量（毫伏值）变换为对应的数字量在LCD显示屏Q上显示出来。

MF－10型水质检测仪的电路原理图见附图2。

MF－10仪由四个联动开关控制四个参数测量值的传送：

（1）S1a温度档  D201为温度探头，B为缓冲级，C为工程值变换级，D201输出的对应于温度的电压值，经C级变换为对应于℃的工程值电压。

例：0℃（550mv）→0mv，100℃（325mv）→100mv此工程值电压经由S1a传送至数字电压表N在Q上直接显示。

（2）S1b PH档 PH复合电极由J_PH接入。D为高输入阻抗运算放大器LT061。运放级D、E将复合电极输出的电动势转换成对应于PH工程值的电压值：

例：输入0.00mv→700mv，421.1mv→0mv，－421.1→1400mv    此工程值电压经由S1b传送至数字电压表N在Q上直接显示。

PH档的温度补偿是由缓冲级B的输出取得温度敏感电压经由R214及R_t分别加至运放E的反向输入与反馈端，构成一个自动温度补偿网络。补偿率可按温度每升高10℃，PH电极输出的电动势增加2毫伏的速率进行自动补偿。PH测量单元中具有定位调节电位器P204，用以校0输入时显示7.00PH工程值，斜率调节电位器用以校准每一PH增量相当于增加60.2毫伏电压。

（3）S1c电导率档 电导电极由J_RX处输入。F为温度控制电压源，温度信号取自B的输出端，电位器P205用以调节电压源的温度系数，F向电导测量系统提供一个正温度系数，变化率为2％／c的恒压源。如果补偿恰当，适能抵消水溶液的温度变化率（－2％／c），则可保持电导测量系统不受温度变化的影响。（实际效果见附图3）。G为同步调制电路，R为受50赫交流电控制的电子开关，G的输出为方波形式（即交流电）幅值由F的输出（直流）决定，电导电极（J_RX）中流过的交流电流取决于G输出的交流电压的幅值，此电流的大小是电导测量的基准值。H为放大器，P206电位器用以调节电导率的工程值输出。I为同步解调器，把H输出的交流电压变换为相应的直流电压。T为受50赫交流电控制的电子开关。I的输出是被测水溶液的电导率工程值电压。此工程值经由开关S1c传送至数字电压表N由Q显示。其中BG及相连电路为电池低电压预告电路，J，K，L，M为小数点及低电压符号辅助电路。

在MF－10仪电路原理中，由F，G，H，I及R，T构成一个带温度自动补偿的电导率测量系统，由此系统将水样的电导率变换成对应的工程值电压：

例：0μs／cm→0mv，100μs／cm→100mv，19990μs／cm→19990mv

电导率读数＝显示读数×10

（4）含盐量档  按含盐量是直接与电导率成正比关系这一假设，含盐量值是从对应的电导率变换而来。

在电路中，由运放I的输出，经由P207，R229及R230分压网络得出。由S1d开关传送至数字电压表。

例：0PPM→0mv，19990PPM→19990mv

含盐量读数＝显示读数×10

（5）数字电压表及显示器

电路图中N为一般的3 1/2 位数字电压表电路，此处采用ICL7106大规模集成电路 块，Q为3 1/2 位LCD显示屏。

6.本实用新型MF－10仪与现有技术相比的优点：

（1）一个仪器有四种测量功能。能快速、准确地检测出同一水样的四个主要参数。

（2）PH档，电导率档和含盐量档均有自动温度补偿措施。此种自动补偿电路也是其它仪器所没有的。

（3）仪器的量程范围宽，每个功能在所测范围内均不用换档，所以本实用新型MF－10仪没有量程换档开关。

（4）采用数字仪表测量、显示。避免指针式表头在便携式仪表中固有的缺点。

（5）采用近代数字仪表与集成电路块技术。电路所用的集成块（如ICL7106，LM324等）集成度高，体积小，且价格便宜。

（6）仪器可把三个传感器与仪本体组合在一起，使用方便。仪器本身可带测量杯，操作手续方便。

（7）仪器的体积小（约160×75×50m／m重轻（在500克左右）耗电省（约50mw）电池寿命长。

附图说明    附图1

（1）温度单元 由J_A，A，B构成，

（2）酸度测量单元 由J_B，R_t，C，D，E构成，

（3）电导率测量单元 由J_C，F，G，H，I，J，K构成，

（4）含盐量测量单元  由L构成，

（5）数字电压测量与显示单元  由N，Q构成，

其中，

J_A温度传感器

J_BPH电极对

J_C电导电极

R_tPH自动温度补偿反馈电路的热敏电阻

A    温度前置电路

B    温度工程值变换电路

C    PH前置电路

D    PH工程值变换电路

E    PH温度自动补偿电路

F    温度－电压变换电路（TVC）

G    电导率－电压变换电路（GVC）

H    电导率工程值变换电路

I    同步调制电路

J    同步解调制电路

K    交流开关电路

L    含盐量工程值变换电路

N 3 1/2 位数字电压表表头

Q 3 1/2 位LCD显示器

附图2  MF－10多功能水质检测仪电路原理图

全电路由联动开关（S₁）为界，可区分为五个单元（与方框图相对应）。

（1）S1a温度档，D201，B，C为温度补偿与测量单元。A为输入零位偏置电路，使信号输入的零位约在V＋与V－的中部，目的使所有的运算放大器均能工作在线性范围以内。

（2）S1b PH，J_PH，D，E为PH测量单元。其中R214，R215为温度自动补偿反馈电阻。

（3）S1c 电导率档，J_RX，F，G，H，I，R，T为电导测量单元。

（4）S1d  含盐量档，由P207，R229，R230分压网络取出含盐量工程值。

（5）S1 开关右侧的电路属于3 1/2 位数字电压表N及其显示屏（LCD）Q。其中BG及相关电路为电池低电压预告电路，J，K，L，M为小数点及低电压符号辅助电路。

附图3  水的电导率温度曲线及MF10型水质检测仪的温度自动补偿效应

图中曲线A是对某一水样用DDS－11A电导仪在不同的温度下实测出的电导率值。由于DDS－11A型电导仪没有温度补偿措施，故曲线A反映出水样的电导率一温度曲线。用DDS－11A电导仪测水溶液的电导率，如果不考虑温度的影响，显然是无法测准的。曲线B是用MF－10仪的样机测出的同一水样的电导率一温度曲线。由于MF－10仪具有温度自动补偿电路，曲线B在0℃～60℃范围内呈平坦形的曲线，读数误差在一定的范围以内。此时可以不考虑温度变化对电导率的影响。

8.MF－10仪实现的实例

已做出样机，用双面印刷电路板布置。N用ICL7106集成块，Q用3 1/2 N39F型LCD显示屏，A，B，C，E为LM324四运放集成块，D为TL061单运放集成块，F，G，H，I为LM324四运放集成块，R，I为4066CMOS数字集成块，J，K，L，M为4070数字集成块，BG为3DG6C，D201为1N4148二极管。S1为四联按键开关。电源用9伏小型层叠电池。

Claims (3)

1、一种由温度传感器、PH复合电极、电导电极以及相应的测量电路，数字显示电路和电源组成的MF-10型多功能水质检测仪，其特征在于其测温电路由采用半导体PN结作为温度敏感元件的测温探头(Ja)，以及由运算放大器所构成的缓冲级(A)和工程量变换级(B)三部分组成；所述的PH测量电路有相互联结的PH复合电极(Jb)，运算放大器构成的缓冲极(C)和工程量变换极(D)，工程量变换极(D)的温度自动补偿由温度自动补偿级(E)所完成，温度自动补偿级(E)除与温度测量缓冲级相联之外，还联有热敏电阻(Rt)；所述的电导率测量电路有相互联结的电导电极(Jc)，由运算放大器组成的温度控制电压源(F)，它是以温度测量缓冲级(A)的输出作为输入的，以及由运算放大器组成的电导率----电压变换电路(G)和电导率工程值变换电路(H)，由运算放大器组成的同步调制与解调电路(I，J)和交流电子开关(K)所组成；所述的含盐量检测电路，由联接于电导率工程值变换电路(H)输出端的一个可调的电阻分压网络(L)，它构成了含盐量工程量变换级；所述的数字显示电路由联接于选择开关(SI)一端的相互联结的数字显示电压表(N)和显示器(Q)所组成。

2、如权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于工作电源可以直接用电池，也可用交流整流稳压电源，并且在电源与数字电压表（N）之间设置有一电源低电压预告电路。

3、如权利要求1、2所述的水质检测仪，其特征在于所有运算放大器均为集成运算放大器，数字电压表为大规模集成电路所组成。

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