CN209342650U - 基于电化学的水环境微量元素检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开基于电化学的水环境微量元素检测装置，包括主控制器、三电极体系、恒电位电路模块、信号调理模块以及显示屏，所述三电极体系包括工作电极辅助电极和参比电极，采用STM32单片机作为主控制器，完成信号的采集、处理、存储及显示；低噪声、高增益的运算放大器组成电压跟随器电路，并与辅助电极形成闭环负反馈调节系统，组成恒电位电路模块；信号调理模块包括弱电流信号放大电路、I/V转换电路，可调理工作电极输出的微弱电流信号并以0‑3.3V电压形式输入到主控制器。该微量元素检测装置方便携带，不受空间限制，使用便利，应用前景广阔。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学领域，具体涉及一种基于电化学的水环境微量元素检测装置。
背景技术
在各类研究部门或实验室多采用传统的化学分析方法对水环境微量元素进行定性定量检测，而电化学的发展有效的简化了对水环境微量元素的检测过程，电化学检测技术是现代分析科学中主要的传感检测技术手段之一，电化学分析法作为一类分析方法，其本质是研究电学测量的量与化学参数之间的相互关系。
作为电化学分析中不可或缺的设备——电化学工作站(Electrochemicalworkstation)，为电化学测量系统的简称，是一种集简便、快速、准确、灵敏度高等优点于一身的分析仪器。目前电化学工作站得到了很好的推广，硬件集成化，软件程序模块化、多样化，并集多功能为一体，但它体积较大，不方便携带，无法满足一些室外检测分析的需求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有电化学工作站体积大、不方便携带的问题，提出一种基于电化学的水环境微量元素检测装置，实现硬件集成化，简化硬件结构，使用时更加便捷。
本实用新型是采用以下的技术方案实现的：一种基于电化学的水环境微量元素检测装置，包括一检测壳体，检测壳体上设置有显示屏、操作按键以及三个测量电极，三个测量电极分别为参比电极、辅助电极和工作电极，三个测量电极通过中空的支撑管设置在检测壳体上；检测壳体内设置有电源模块、主控单片机以及与主控单片机相连的恒电位电路模块和信号调理模块，电源模块用以为整个检测装置提供电源，显示屏和操作按键均与主控单片机相连；
所述恒电位电路模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过电阻R2与主控单片机的D/A输出管脚相连，第一运算放大器U1的输出端分别与第二运算放大器U2的同相输入端和第三运算放大器U3的输出端相连，第一运算放大器U1的反向输入端和输出端之间连接有电阻R3；第二运算放大器U2的同相输入端与其输出端相连，第二运算放大器U2的输出端与辅助电极相连；第三运算放大器U3的反向输入端与其输出端相连，且第三运算放大器U3的同相输入端与参比电极相连；
所述信号调理模块包括第四运算放大器U4，第四运算放大器U4的输出端与主控单片机的A/D转换管脚相连，第四运算放大器U4的输出端与其反向输入端之间连接有反馈电阻Rf，第四运算放大器U4的反向输入端与工作电极相连，检测时，所述参比电极、辅助电极和工作电极插入被测溶液中。
进一步的，所述参比电极采用氯化银电极，辅助电极采用铂电极，工作电极采用镀铋膜ITO玻璃电极。
进一步的，所述第四运算放大器采用AD8625。
进一步的，所述第一运算放大器U1和第二运算放大器采用OPA2277，第三运算放大器采用OPA124。
进一步的，所述检测壳体采用ABS合金材质，为方便测量，检测壳体上还设置有一把手。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
本方案采用主控单片机、三个测量电极、恒电位电路和信号调理电路的设计形式，提高了对水环境微量元素检测的效率，减少了实验中无关因素的干扰，拓宽了电化学分析设备对水环境微量元素检测的浓度范围，实现了硬件集成化，简化了硬件结构，降低了成本，消除了空间因素的限制，操作简单，使用时更加便捷。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述检测装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例所述检测装置的原理框图；
图3为图2中恒电位电路模块和信号调理模块的电路示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种基于电化学的水环境微量元素检测装置，包括一检测壳体1，检测壳体1上设置有显示屏2、操作按键3以及三个测量电极，三个测量电极分别为参比电极4、辅助电极5和工作电极6，三个测量电极通过中空的支撑管7设置在检测壳体1上；检测壳体1内设置有电源模块、主控单片机以及与主控单片机相连的恒电位电路模块和信号调理模块，电源模块用以为整个检测装置提供电源，显示屏和操作按键均与主控单片机相连，其原理图如图2所示。
继续参考图3，所述恒电位电路模块10包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过电阻R2与主控单片机的D/A输出管脚相连，本实施例中所述主控单片机采用STM32系列单片机(比如STM32F103RC)，第一运算放大器U1的输出端分别与第二运算放大器U2的同相输入端和第三运算放大器U3的输出端相连，第一运算放大器U1的反向输入端和输出端之间连接有电阻R3；第二运算放大器U2的同相输入端与其输出端相连，第二运算放大器U2的输出端与辅助电极相连；第三运算放大器U3的反向输入端与其输出端相连，且第三运算放大器U3的同相输入端与参比电极相连，其中，所述第一运算放大器U1和第二运算放大器采用OPA2277，第三运算放大器采用OPA124，具有低噪声、低温漂、高增益的优点。
另外，本方案中，所述信号调理模块9包括第四运算放大器U4，第四运算放大器U4采用AD8625，第四运算放大器U4的输出端与主控单片机的A/D转换管脚相连，第四运算放大器U4的输出端与其反向输入端之间连接有反馈电阻Rf，第四运算放大器U4的反向输入端与工作电极相连，检测时，所述参比电极、辅助电极和工作电极插入被测溶液8中。
具体测量时(上述连接关系如果有描述不清楚的地方请注意修改，务必保证方案清楚、能够实现，并注意核实以下过程描述是否清楚)，将三个测量电极浸入被测量的水环境中，打开操作按键，通过单片机自带的D/A模块输出0-3.3V的电压作为激励信号用于促进被测溶液中样品发生氧化还原反应，主控单片机通过D/A转换输出激励信号，激励信号经过U1后转换为负电压，使辅助电极作为阴极，工作电极上发生氧化反应，U2为高输入阻抗运算放大器，以保证参比电极不会有电流流过，并与辅助电极构成闭环负反馈调节系统，激励信号经U3后增强其驱动能力，经过恒电位电路处理的激励信号分别输出到参比电极和辅助电极，参比电极和辅助电极形成恒定的电位差，水环境中的溶液在激励信号的作用下在工作电极上发生化学反应产生电流信号，电流经过信号调理模块后，由原来几毫安的电流信号转换为0-3.3V的电压信号，该电压信号通过主控单片机的处理，以实时在显示屏上显示相关伏安曲线。
其中，工作电极与辅助电极之间构成的回路主要用于电流信号的测量，工作电极与参比电极之间也构成一个回路，主要起到两电极之间电位恒定的作用，具体解释为：为了保证参比电极不会有电流流过，本方案选用高输入阻抗运放OPA124组成电压跟随器，并与辅助电极形成一闭环负反馈调节系统，溶液中电流发生变化时，参比电极电位相对于工作电极电位的任何偏移，均被负反馈环所纠正，从而达到恒电位的目的，由于体系中有电流通过，产生了溶液电压降和对电极的极化，因此工作电极的电位难以准确测定，由此引入参比电极构成恒电位防止压降和电极的极化。
本实施例中，所述参比电极采用氯化银电极，辅助电极采用铂电极，工作电极采用镀铋膜ITO玻璃电极，为了提高整个装置的轻便性，所述检测壳体采用ABS合金材质，且检测壳体上还设置有一把手，以便于测量。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.基于电化学的水环境微量元素检测装置，其特征在于，包括一检测壳体(1)，检测壳体(1)上设置有显示屏(2)、操作按键(3)以及三个测量电极，三个测量电极分别为参比电极(4)、辅助电极(5)和工作电极(6)，三个测量电极通过中空的支撑管(7)设置在检测壳体(1)上；检测壳体(1)内设置有电源模块、主控单片机以及与主控单片机相连的恒电位电路模块(10)和信号调理模块(9)，电源模块用以为整个检测装置提供电源，显示屏和操作按键均与主控单片机相连；
所述恒电位电路模块(10)包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过电阻R2与主控单片机的D/A输出管脚相连，第一运算放大器U1的输出端分别与第二运算放大器U2的同相输入端和第三运算放大器U3的输出端相连，第一运算放大器U1的反向输入端和输出端之间连接有电阻R3；第二运算放大器U2的同相输入端与其输出端相连，第二运算放大器U2的输出端与辅助电极(5)相连；第三运算放大器U3的反向输入端与其输出端相连，且第三运算放大器U3的同相输入端与参比电极(4)相连；
所述信号调理模块(9)包括第四运算放大器U4，第四运算放大器U4的输出端与主控单片机的A/D转换管脚相连，第四运算放大器U4的输出端与其反向输入端之间连接有反馈电阻Rf，第四运算放大器U4的反向输入端与工作电极(6)相连，检测时，所述参比电极(4)、辅助电极(5)和工作电极(6)插入被测溶液(8)中。
2.根据权利要求1所述的基于电化学的水环境微量元素检测装置，其特征在于：所述参比电极(4)采用氯化银电极，辅助电极(5)采用铂电极，工作电极(6)采用镀铋膜ITO玻璃电极。
3.根据权利要求1或2所述的基于电化学的水环境微量元素检测装置，其特征在于：所述第四运算放大器U4采用AD8625。
4.根据权利要求3所述的基于电化学的水环境微量元素检测装置，其特征在于：所述第一运算放大器U1和第二运算放大器采用OPA2277，第三运算放大器U3采用OPA124。
5.根据权利要求4所述的基于电化学的水环境微量元素检测装置，其特征在于：所述检测壳体(1)采用ABS合金材质，检测壳体(1)上还设置有一把手。
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|---|---|---|---|---|
| CN112147207A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-29 | 无锡市申瑞生物制品有限公司 | 碘离子浓度的检测电路及方法、碘离子浓度检测仪 |
| CN113433193A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-09-24 | 玉林师范学院 | 一种无创血糖检测仪及其血糖检测方法 |
| CN115061523A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-09-16 | 山西大学 | 一种便携式高分辨率恒电位系统 |
| CN115950938A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-04-11 | 武汉理工大学 | 一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路 |
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| CN115061523A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-09-16 | 山西大学 | 一种便携式高分辨率恒电位系统 |
| CN115950938A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-04-11 | 武汉理工大学 | 一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路 |
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