CN206431080U

CN206431080U - 一种笔式pH值检测仪

Info

Publication number: CN206431080U
Application number: CN201621481811.9U
Authority: CN
Inventors: 徐冬; 陈定游; 钱泽爽; 卢铁山; 钭建樟
Original assignee: Hangzhou Translocation Autotek S R L
Current assignee: Hangzhou Translocation Autotek S R L
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2017-08-22
Anticipated expiration: 2026-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种笔式pH值检测仪。现有的pH值检测仪体积较大、操作复杂、价格昂贵。本实用新型包括温补pH电极、信号放大模块、温度采集模块、A/D转化模块、升压模块、电池电量检测模块、电源控制模块和单片机。带温补pH电极根据所测溶液中的pH值产生相应的电压差，并将该电压信号经信号放大模块和A/D转化模块传输到单片机；同时，带温补pH电极内的热敏电阻根据所测溶液的温度表现出相应的电阻值，并将该电阻值信号经温度采集模块传输到单片机。本实用新型结构简单，操作性和实用性强，且携带方便，功耗低，适合在野外长时间使用。

Description

一种笔式pH值检测仪

技术领域

本实用新型属于pH值检测技术领域，具体涉及一种笔式pH值检测仪。

背景技术

随着现代工业的快速发展，pH值的检测在各行各业得到广泛使用，人们对 pH值检测装置的易用性要求也越来越大，但是目前市场上已有的pH值检测仪体积较大、操作复杂、价格昂贵。尤其是在没有电力供应的野外环境中，使用现有的pH值检测仪器非常不方便。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种功耗低、测量精度高、操作简便、实用的笔式pH值检测仪。

本实用新型包括带温补pH电极、信号放大模块、温度采集模块、A/D转化模块、升压模块、电池电量检测模块、电源控制模块和单片机。所述的升压模块通过稳压芯片将一节1.5V干电池的电压升压到3.3V给电源控制模块和单片机供电。所述的电源控制模块受单片机控制，通过一个三极管在需要信号放大模块及A/D转化模块工作时，为信号放大模块及A/D转化模块供电。所述的带温补pH电极根据所测溶液中的pH值产生相应的电压信号，并将该电压信号传给信号放大模块；同时，带温补pH电极内的热敏电阻根据所测溶液的温度表现出相应的电阻值，输送到温度采集模块。所述的信号放大模块通过运算放大器将带温补pH电极产生的电压差放大并传给A/D转化模块。所述的温度采集模块通过恒压电路将带温补pH电极内热敏电阻的电阻值转化为电压信号传给单片机。所述的A/D转化模块将经信号放大模块处理后的电压信号转化为数字信号，并通过USART通讯输送到单片机。所述的电池电量检测模块通过检测1.5V干电池输出的电压值得到1.5V干电池剩余电量。

所述的升压模块包括稳压芯片、第五电容C6和第六电容C7，所述的稳压芯片采用HT7733三端稳压芯片，所述的第五电容C6及第六电容C7均为电解电容。稳压芯片的Vin端接第二电感L4、第十一电阻R21的一端及二极管D1的正极，第二电感L4及第十一电阻R21的另一端均接1.5V干电池的正极、第九电容C19的一端及第五电容C6的正极；第九电容C19的另一端及第五电容C6的负极均接地。稳压芯片的Vout端接第十电容C20、第十七电容C27的一端、第六电容C7的正极及二极管D1的负极。第十电容C20、第十七电容C27的另一端及第六电容C7的负极均接地。稳压芯片的GND端接地。稳压芯片的Vout端即升压模块的输出端。

所述的单片机采用STM8L单片机。单片机的VSS管脚接地，VDD管脚接升压模块的输出端，VDDA管脚及VREF+管脚均接第十四电阻R26及第十一电容C21的一端，第十四电阻R26的另一端接升压模块的输出端，第十一电容C21的另一端接地。单片机的VLCD管脚接第八电阻R11的一端，第八电阻R11的另一端接升压模块的输出端。单片机的VDDIO管脚接升压模块的输出端；单片机的VSSIO管脚接地，第二I/O口接第十六电容C26的一端，第十六电容C26的另一端接地；第五I/O口接第八电容C18的一端，第八电容C18的另一端接地。

所述的电源控制模块包括第一电感L1、第七电阻R10和三极管Q1。所述的三极管Q1的基极接第七电阻R10的一端，第七电阻R10的另一端与单片机的第一I/O口。三极管Q1的发射极接升压模块的输出端。三极管Q1的集电极接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端即电源控制模块的模拟供电输出端；三极管Q1的集电极即电源控制模块的普通供电输出端。

所述的带温补pH电极采用的是带温补的pH复合电极，复合了玻璃电极和参比电极的功能；其中，温度采集采用的是NTC热敏电阻。

所述的信号放大模块包括放大器，所述的放大器采用SGM321运算放大器。放大器的正相输入端接带温补pH电极的pH值输出端，放大器的负供电电压端接模拟地线，放大器的反相输入端接放大器的输出端及第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端即信号放大模块的输出端。放大器的正供电电压端接第十二电容C22的一端及电源控制模块的模拟供电输出端；第十二电容 C22的另一端接模拟地线。

所述的温度采集模块包括第一电容C1、第十四电容C24、第一电阻R1、第二电阻R2、第九电阻R17和第十电阻R18。第一电阻R1的一端接电源控制模块的普通供电输出端，第一电阻R1的另一端接第二电阻R2、第十四电容C24的一端及带温补pH电极的第一温度输出端。第十四电容C24的另一端接地，第二电阻R2的另一端接第十电阻R18、第一电容C1的一端及单片机的第二I/O口，第二I/O口具有A/D转换功能。第一电容C1的另一端接地，第十电阻R18的另一端接第九电阻R17的一端及带温补pH电极的第二温度输出端；第九电阻R17的另一端接地。

所述的A/D转化模块包括A/D转换芯片，所述的A/D转换芯片采用 HX710B转化芯片，A/D转换芯片的Vref端接第七电容C8、第二电容C2、第三电阻R3、第三电容C4、第四电容C5、A/D转换芯片的AVDD端及电源控制模块的模拟供电输出端。第七电容C8、第二电容C2、第三电容C4及第四电容C5的另一端均接模拟地线，第三电阻R3的另一端接A/D转换芯片的INN端，A/D转换芯片的AGND端接模拟地线。A/D转换芯片的INN端接第六电阻R6、第十三电容C23、第四电阻R4、第十五电容C25的一端及带温补 pH电极的参考端。第四电阻R4及第十五电容C25的另一端均接模拟地线。第六电阻R6及第十三电容C23的另一端均接A/D转换芯片的INP端及信号放大模块的输出端。A/D转换芯片的PD_SCK端接单片机的第三I/O口，A/D 转换芯片的DOUT端接单片机的第四I/O口，A/D转换芯片的DVDD端接电源控制模块的普通供电输出端。

所述的电池电量检测模块包括第十二电阻R22和第十三电阻R23。所述第十二电阻R22的一端接1.5V干电池的正极，另一端接单片机的第五I/O口及第十三电阻R23的一端，第五I/O口具有A/D转换功能；第十三电阻R23 的另一端接地。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型结构简单，操作性和实用性强。

2、本实用新型携带方便，功耗低，适合在野外长时间使用。

3、本实用新型具有测量精度高，硬件成本低的特点。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型中升压模块的电路原理图；

图3为本实用新型中单片机的示意图；

图4为本实用新型中电源控制模块的电路原理图；

图5为本实用新型中带温补pH值电极测量溶液pH值的原理图；

图6为本实用新型中信号放大模块的电路原理图；

图7为本实用新型中温度采集模块的电路原理图；

图8为本实用新型中A/D转化模块的电路原理图；

图9为本实用新型中电池电量检测模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种笔式pH值检测仪，包括带温补pH电极1、信号放大模块2、温度采集模块3、A/D转化模块4、升压模块5、电池电量检测模块6、电源控制模块7和单片机8。升压模块5通过稳压芯片将一节1.5V干电池的电压升压到3.3V给电源控制模块7和单片机8供电。电源控制模块7受单片机8控制，通过一个三极管在需要信号放大模块2及A/D转化模块4工作时，为信号放大模块2及A/D转化模块4供电。带温补pH电极1根据所测溶液中的pH值产生相应的电压信号，并将该电压信号传给信号放大模块2；同时，带温补pH电极1内的热敏电阻根据所测溶液的温度表现出相应的电阻值，输送到温度采集模块3。信号放大模块2通过运算放大器将带温补pH电极1产生的电压信号放大并传给A/D转化模块4。温度采集模块3通过恒压电路将带温补pH电极1内热敏电阻的电阻值转化为电压模拟信号传给单片机8。A/D 转化模块4将经信号放大模块处理后的电压信号转化为数字信号，并通过 USART通讯输送到单片机8。电池电量检测模块6通过检测1.5V干电池输出的电压值得到1.5V干电池的剩余电量。单片机8处理接收到的信号后，通过温补算法计算出最终的pH值并显示在段码液晶屏上。

如图2所示，升压模块5包括稳压芯片U4、第五电容C6和第六电容C7，稳压芯片U4采用HT7733三端稳压芯片，第五电容C6及第六电容C7均为电解电容。稳压芯片U4的Vin端接第二电感L4、第十一电阻R21的一端及二极管D1的正极，第二电感L4及第十一电阻R21的另一端均接1.5V干电池的正极POWER、第九电容C19的一端及第五电容C6的正极；第九电容C19的另一端及第五电容C6的负极均接地。稳压芯片U4的Vout端接第十电容 C20、第十七电容C27的一端、第六电容C7的正极及二极管D1的负极。第十电容C20、第十七电容C27的另一端及第六电容C7的负极均接地。稳压芯片U4的GND端接地。稳压芯片U4的Vout端即升压模块的输出端VCC。

如图3所示，单片机8采用STM8L单片机。单片机的VSS管脚接地， VDD管脚接升压模块的输出端VCC，VDDA管脚及VREF+管脚均接第十四电阻R26及第十一电容C21的一端，第十四电阻R26的另一端接升压模块的输出端VCC，第十一电容C21的另一端接地。单片机的VLCD管脚接第八电阻R11的一端，第八电阻R11的另一端接升压模块的输出端VCC。单片机的VDDIO管脚接升压模块的输出端VCC；单片机的VSSIO管脚接地，PC4管脚接第十六电容C26的一端，第十六电容C26的另一端接地；单片机的PC7 管脚接第八电容C18的一端，第八电容C18的另一端接地。

如图4所示，电源控制模块7包括第一电感L1、第七电阻R10和三极管 Q1。三极管Q1的基极接第七电阻R10的一端，第七电阻R10的另一端与单片机的PF0管脚。三极管Q1的发射极接升压模块的输出端VCC。三极管Q1 的集电极接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端即电源控制模块的模拟供电输出端VDA；三极管Q1的集电极即电源控制模块的普通供电输出端 Vout。

如图5所示，带温补pH电极1采用的是带温补的pH复合电极，复合了玻璃电极和参比电极的功能；其中，温度采集采用的是NTC热敏电阻。能够测量0～99.9℃的温度值，通过查表的方式将测量到的电阻值转换为温度值。 pH值的量程为0～14。参比电极在溶液中不会和氢离子有反应，能够得到一个已知恒定的电压值(在饱和KCl溶液中)，也就是一个相对的大地。玻璃电极则会随着溶液氢离子浓度的改变和参比电极之间形成一个符合能斯特方程的电位差，通过这个电位差和能斯特方程就能够逆推出溶液的pH值，具体由电位差公式E＝E0-2.303RT/F*pH推导得出，式中，E0为当pH＝0时pH电极采集上来的电压值，通常情况下采用25℃下的电压值，即414.12mV；气体的常数R＝8.314J/mol；绝对温度T＝273.15+t，t为当前环境下的摄氏温度，通常不带温补设置为25℃；法拉第常数F＝96500C/mol。由公式可知，pH值与电极产生的电势呈线性，并且与温度有关。带温补pH电极具有四个接线端，分别为pH值输出端ElepoleIN、第一温度输出端TEMPA、第二温度输出端 TEMPB和参考端ElepoleREF。

如图6所示，信号放大模块2包括放大器U1，放大器U1采用SGM321 运算放大器。放大器U1的正相输入端接带温补pH电极的pH值输出端ElepoleIN，放大器U1的负供电电压端接模拟地线AGND，放大器U1的反相输入端接放大器U1的输出端及第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端即信号放大模块的输出端ElepoleAD。放大器U1的正供电电压端接第十二电容C22的一端及电源控制模块的模拟供电输出端VDA；第十二电容C22的另一端接模拟地线AGND。

如图7所示，温度采集模块3包括第一电容C1、第十四电容C24、第一电阻R1、第二电阻R2、第九电阻R17和第十电阻R18。第一电阻R1的一端接电源控制模块的普通供电输出端Vout，第一电阻R1的另一端接第二电阻 R2、第十四电容C24的一端及带温补pH电极的第一温度输出端TEMPA。第十四电容C24的另一端接地，第二电阻R2的另一端接第十电阻R18、第一电容C1的一端及单片机的PC4管脚。第一电容C1的另一端接地，第十电阻 R18的另一端接第九电阻R17的一端及带温补pH电极的第二温度输出端 TEMPB；第九电阻R17的另一端接地。

如图8所示，A/D转化模块4包括A/D转换芯片U2，A/D转换芯片U2 采用HX710B转化芯片，A/D转换芯片U2的Vref端接第七电容C8、第二电容C2、第三电阻R3、第三电容C4、第四电容C5、A/D转换芯片U2的AVDD 端及电源控制模块的模拟供电输出端VDA。第七电容C8、第二电容C2、第三电容C4及第四电容C5的另一端均接模拟地线AGND，第三电阻R3的另一端接A/D转换芯片U2的INN端，A/D转换芯片U2的AGND端接模拟地线AGND。A/D转换芯片U2的INN端接第六电阻R6、第十三电容C23、第四电阻R4、第十五电容C25的一端及带温补pH电极的参考端ElepoleREF。第四电阻R4及第十五电容C25的另一端均接模拟地线AGND。第六电阻R6 及第十三电容C23的另一端均接A/D转换芯片U2的INP端及信号放大模块的输出端ElepoleAD。A/D转换芯片U2的PD_SCK端接单片机的PE7管脚， A/D转换芯片U2的DOUT端接单片机的PE6管脚，A/D转换芯片U2的DVDD 端接电源控制模块的普通供电输出端Vout。

如图9所示，电池电量检测模块6包括第十二电阻R22和第十三电阻R23。第十二电阻R22的一端接1.5V干电池的正极POWER，另一端接单片机的PC7 管脚及第十三电阻R23的一端；第十三电阻R23的另一端接地。

Claims

1.一种笔式pH值检测仪，包括带温补pH电极、信号放大模块、温度采集模块、A/D转化模块、升压模块、电池电量检测模块、电源控制模块和单片机，其特征在于：所述的升压模块通过稳压芯片将一节1.5V干电池的电压升压到3.3V给电源控制模块和单片机供电；所述的电源控制模块受单片机控制，通过一个三极管在需要信号放大模块及A/D转化模块工作时，为信号放大模块及A/D转化模块供电；所述的带温补pH电极根据所测溶液中的pH值产生相应的电压信号，并将该电压信号传给信号放大模块；同时，带温补pH电极内的热敏电阻根据所测溶液的温度表现出相应的电阻值，输送到温度采集模块；所述的信号放大模块通过运算放大器将带温补pH电极产生的电压差放大并传给A/D转化模块；所述的温度采集模块通过恒压电路将带温补pH电极内热敏电阻的电阻值转化为电压信号传给单片机；所述的A/D转化模块将经信号放大模块处理后的电压信号转化为数字信号，并通过USART通讯输送到单片机；所述的电池电量检测模块通过检测1.5V干电池输出的电压值得到1.5V干电池剩余电量。

2.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的升压模块包括稳压芯片、第五电容C6和第六电容C7，所述的稳压芯片采用HT7733三端稳压芯片，所述的第五电容C6及第六电容C7均为电解电容；稳压芯片的Vin端接第二电感L4、第十一电阻R21的一端及二极管D1的正极，第二电感L4及第十一电阻R21的另一端均接1.5V干电池的正极、第九电容C19的一端及第五电容C6的正极；第九电容C19的另一端及第五电容C6的负极均接地；稳压芯片的Vout端接第十电容C20、第十七电容C27的一端、第六电容C7的正极及二极管D1的负极；第十电容C20、第十七电容C27的另一端及第六电容C7的负极均接地；稳压芯片的GND端接地；稳压芯片的Vout端即升压模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的单片机采用STM8L单片机；单片机的VSS管脚接地，VDD管脚接升压模块的输出端，VDDA管脚及VREF+管脚均接第十四电阻R26及第十一电容C21的一端，第十四电阻R26的另一端接升压模块的输出端，第十一电容C21的另一端接地；单片机的VLCD管脚接第八电阻R11的一端，第八电阻R11的另一端接升压模块的输出端；单片机的VDDIO管脚接升压模块的输出端；单片机的VSSIO管脚接地，第二I/O口接第十六电容C26的一端，第十六电容C26的另一端接地；第五I/O口接第八电容C18的一端，第八电容C18的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的电源控制模块包括第一电感L1、第七电阻R10和三极管Q1；所述的三极管Q1的基极接第七电阻R10的一端，第七电阻R10的另一端与单片机的第一I/O口；三极管Q1的发射极接升压模块的输出端；三极管Q1的集电极接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端即电源控制模块的模拟供电输出端；三极管Q1的集电极即电源控制模块的普通供电输出端。

5.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的带温补pH电极采用的是带温补的pH复合电极，复合了玻璃电极和参比电极的功能；其中，温度采集采用的是NTC热敏电阻。

6.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的信号放大模块包括放大器，所述的放大器采用SGM321运算放大器；放大器的正相输入端接带温补pH电极的pH值输出端，放大器的负供电电压端接模拟地线，放大器的反相输入端接放大器的输出端及第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端即信号放大模块的输出端；放大器的正供电电压端接第十二电容C22的一端及电源控制模块的模拟供电输出端；第十二电容C22的另一端接模拟地线。

7.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的温度采集模块包括第一电容C1、第十四电容C24、第一电阻R1、第二电阻R2、第九电阻R17和第十电阻R18；第一电阻R1的一端接电源控制模块的普通供电输出端，第一电阻R1的另一端接第二电阻R2、第十四电容C24的一端及带温补pH电极的第一温度输出端；第十四电容C24的另一端接地，第二电阻R2的另一端接第十电阻R18、第一电容C1的一端及单片机的第二I/O口，第二I/O口具有A/D转换功能；第一电容C1的另一端接地，第十电阻R18的另一端接第九电阻R17的一端及带温补pH电极的第二温度输出端；第九电阻R17的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的A/D转化模块包括A/D转换芯片，所述的A/D转换芯片采用HX710B转化芯片，A/D转换芯片的Vref端接第七电容C8、第二电容C2、第三电阻R3、第三电容C4、第四电容C5、A/D转换芯片的AVDD端及电源控制模块的模拟供电输出端；第七电容C8、第二电容C2、第三电容C4及第四电容C5的另一端均接模拟地线，第三电阻R3的另一端接A/D转换芯片的INN端，A/D转换芯片的AGND端接模拟地线；A/D转换芯片的INN端接第六电阻R6、第十三电容C23、第四电阻R4、第十五电容C25的一端及带温补pH电极的参考端；第四电阻R4及第十五电容C25的另一端均接模拟地线；第六电阻R6及第十三电容C23的另一端均接A/D转换芯片的INP端及信号放大模块的输出端；A/D转换芯片的PD_SCK端接单片机的第三I/O口，A/D转换芯片的DOUT端接单片机的第四I/O口，A/D转换芯片的DVDD端接电源控制模块的普通供电输出端。

9.根据权利要求1所述的一种笔式pH值检测仪，其特征在于：所述的电池电量检测模块包括第十二电阻R22和第十三电阻R23；所述第十二电阻R22的一端接1.5V干电池的正极，另一端接单片机的第五I/O口及第十三电阻R23的一端，第五I/O口具有A/D转换功能；第十三电阻R23的另一端接地。