CN2164042Y - 便携式浓度光电比色计 - Google Patents

Abstract

便携式浓度光电比色计，由光源检测部分、进样 系统、主电路板、数字显示四部分组成；光源采用波长 为880nm的红外发光器件，波长为590nm的发光二 极管及带有420nm滤光片的白炽灯。用电动薄膜泵 将比色溶液吸进比色皿中。不同波长以及T.A.C转 换，采用电子开关控制，对数转换器线路保证吸光度 A对透射比T的准确转换，解决测磷时有机质干扰、 新旧比色溶液更换麻烦、波长、功能选择切换等问 题。本比色计简化操作、实验精度高、体积小、便于携 带，适合在农业、化工等部门推广使用。

Description

本实用新型涉及一种便携式浓度光电比色计，被测溶液的吸光度，通过颜色测量装置直接显示被测溶液的浓度。

以往的光电比色计采用多个（通常为4个）比色皿逐一推拉式的进样方式，操作麻烦，浪费试液，特别是常因比色皿本身的差异和推拉时比色皿几何位置的变化而影响分析结果的精密度和准确度。土壤中有效磷含量是科学施肥的重要依据，但是它的比色测定受到土壤中有机质的严重干扰。为排除这种干扰，可以采用波长λ＝880nm测定。如在660～720nm处测定，则应预先把试液用无磷活性碳脱除有机质，但是目前国内一般单位很少具有880nm的仪器，而市售活性碳又多含磷，活性碳除磷很麻烦，现有与分光光度计配套的流动进样装置多采用蠕动泵的形式，结构复杂，价格较贵。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种除可见光外增加红外光源，以扩展比色应用范围。比色计控制钮各用一个电子开关就实现了三个波长的转换和T、A、C功能转换，（T透射比、A吸光度、C浓度），并具有流动进样、结构简单的浓度直读光电比色计。

本光电比色计由光源检测部分、进样系统、主电路板、数字显示四部分组成；依据光电比色原理，进行溶液浓度测定；光源有三种：a、带有波长420nm滤光片的白炽灯，b、波长为590nm的发光二极管，c、波长为880nm的红外发光器件（后二者b、c不用滤光片），可根据实验要求用仪器面板上的波长选择按钮切换，单色光照射到比色皿上。再经1087光伏检测器检测，其信号经主电路板的放大器、对数转换器、浓度示值调节器进行T、A、C转换再通过A／D转换器在数字显示屏上显示。

光源采用直流稳压电源供电，发出波长为880nm，半宽度△λ＝40nm的红外发光器件，达到国标测定土壤有效磷的要求，按国家标准测定土壤中有效磷在不用活性碳脱除有机质时，应用880nm波长的光，然而目前国内绝大多数单位没有此设备，用普通的比色计或分光光度计（最高波长800nm左右），测定土壤有效磷时必须加无磷活性碳脱有机质，而市售活性碳多含磷，活性碳除磷困难增加了操作的麻烦程度，所以用波长880nm红外发光器件可以直接简便地测定土壤有效磷，排除有机质的干扰，避免了烦锁处理过程。

采用的另一光源是波长为590nm，半宽度△λ＝40nm的黄色发光二极管，它与由白炽灯和滤光片组成的单色光源相比，寿命长、省电、发热少、从而提高了整机的稳定性，特别是半宽度△λ＝40nm，不到普通玻璃滤光片（△λ＝90～100nm）的一半，半宽度越小，测定精度和灵敏度就越好，选用进口1087光伏检测器，保证了本实用新型的使用波长范围宽、灵敏度高、线性好，用电动薄膜泵将比色溶液吸进比色皿中，实现被测溶液半自动式更换，该泵受程序控制，并采取硅胶涂层和用防腐瓣膜等防腐措施，消除了现在广泛应用的比色计或分光光度计推拉式进样的不同比色皿间的配对误差和推拉时的几何位置误差，并极大地简化了操作和提高了分析速度，不同波长光源的转换及透射比T、吸光度A、浓度C的转换均采用电子开关，通过计数译码器MC14017译出不同码，分别点亮不同光源灯，进行波长选择，或接通继电器，切换不同的输出端分别显示T、A、C；转换时分别按动波长选择按钮和功能选择按钮，使4×2与非门集成块MC14011产生单脉冲，推动计数译码器输出不同位置的译码实现转换，一般比色计T、A、C的转换需用三个琴键开关，分别按下。本实用新型只用一个按钮就实现了T、A、C的转换。另一个按钮实现波长转换，克服了普通比色计手工更换滤光片的麻烦操作和机械位置不易对准的缺点。

优点效果

1、在880nm波长下测定有机质的干扰很小，可忽略不计，因而勿需用活性碳脱除有机质，这是本比色计的优点，没有能力用880nm进行检测的单位只需很少的投资就可获得这种检测的能力。

2、本比色计尽量采用发光二极管作光源，就半宽度来说，发光二极管比光学玻璃滤光片半宽度窄得多，（前者30～40nm，后者90～120nm），所以本比色计有更高的灵敏度和选择性。发光二极管耗电量小，发热少，因此提高了整机的稳定性，使测得的数据准确可靠。

3、各用一个电子开关代替三只互锁的按键，使仪器的面板更加紧凑，操作方便，并由于指示灯与之同步变化，就使得波长选择和功能选择更直观。

4、以对数／反对数放大器组件为核心元件专门设计的电路，保证了吸光度A对透射比T的高精度的跟踪，测试结果准确可靠。

5、全部采用集成电路和板块插接式结构，使生产、调试、维修方便，并使整机的线性度好，能准确地进行浓度直读。

6、采用电动薄膜泵和流通式比色皿的进样系统，简化了操作，消除了普通仪器的比色皿间的配对误差和几何位置误差，提高了实验精度。

本比色计体积小、重量轻、便于携带、适合在农业、化工生产等部门推广使用。

附图的图面说明如下：

图1本比色计外形图。

图2本比色计结构框图。

图3本比色计光源检测器结构剖面图。

图4本比色计主电路板电路图。

图5本比色计功能选择电路图。

图6本比色计波长选择电路图。

本实用新型的实施例结合附图作进一步的描述：

图1将电源线接于电源插座（12），打开电源开关（11），波长指示灯（2）的最上面灯亮，表示此时仪器使用波长为420nm，功能指示灯（3）之T灯亮，表示此时面板上的显示屏（10）显示之值为透射比T，处于外壳（13）表面上的进样泵（14）自动启动，此时如将进样管（1）插于被测溶液中，溶液将被吸进比色皿中而由排液管（15）排出，波长指示灯（2）共有3支，从上至下分别表示420，590和880nm的三个光源的状态。功能指示灯（3）也共有3支，从左至右分别表示透射比T，吸光度A和浓度C，轻触波长选择按钮（9）可以选择本比色计三个光源中的一个，而相应的波长指示灯同时点亮。轻触功能选择按钮（8）仪器将按T→A→C的程序处于不同的功能状态，而相应的功能指示灯亦同时点亮。进样泵（14）的运转时间为6秒，到时自动停止。重新轻触泵启动按钮（7）进样泵将重新工作6秒。

图2的结构框图表明本比色计进样系统将样品溶液抽进比色皿中，光源和滤光片发出的单色光被比色皿中的溶液吸收后，照射到检测器上，它将此光信号转换为电信号后传输给下一部分一主电路板，在这部分信号依次经放大器、对数转换器和浓度示值调节器后再经A／D转换由数字显示屏（10）显示。

图3所示的光源检测器中，光源有3个，它们分别是红外发光器件（16）、黄色发光二极管（17）、白炽灯（18）和滤光片（19）发出蓝光，依实验要求选择一种单色光经比色皿（20）中的溶液吸收后被检测器（21）（1087光伏探测器）接收，并由它转换为电信号从其输出端①和②输出。

图4主电路板电路图。说明电信号的处理过程，1087光伏探测器（21）的输出端①和②输出的电信号，送到运算放大器LF353的②脚放大，由脚①输出：一路送（对数／反对数）放大器组件755N的④脚进行对数转换，另一路经继电器J₁接通数字显示屏（10）UP135显示透射比T。信号经755N转换成对数值后由脚①③输出：一路送LF353脚⑤以进行浓度转换，另一路经继电器J₂接通数字显示屏UP135显示吸光度A。LF353脚⑦输出的信号经继电器J₃接通数字显示屏UP135显示浓度C。

对数转换器的755N对数／反对数放大器组件的线路连接，经稳压的2.4伏分压，通过1K电位器向755N脚⑨提供100毫伏参考电压并由755N的①③脚输出，使器件按照K＝1的工作曲线工作，保证了吸光度A对透射比T的准确转换，脚①和脚③短接其输出的信号与由脚④输入的信号关系就符合K＝1的器件工作曲线也完全符合朗伯一比耳比色定律：

A＝εbc＝－lgT A：吸光度 ε：摩尔吸收系数（L／（cm·mol）） b：光路长度（cm） c：浓度（mol／L） T：透射比

结合图5和图6，分析信号处理后的分段显示以及器件联接方式，图5和图6所示的电路，表明它们是各由三只美国莫托罗拉公司产的集成电路组成的切换电路用的电子开关，但图5是依次驱动三只继电器J₁、J₂、J₃，而图6则是依次驱动三只波长不同的光源灯（16）（17）（18）（灯在图3中）。

图5图6集成电路MC14011是4×2与非门，集成电路MC14017是十选一计数译码器，集成电路MC1413是七达林顿阵列，开机通电后，由MC14011的二只2与非门A和B组成的开机清零电路，产生一个脉冲，由B的脚③输出到MC14017的脚 使MC14017清零，MC14017输出译码0，即在脚③输出高电位，送入MC1413的脚④后增加驱动能力。在图5电路此时继电器J₁吸合J_1－1接通UP135数字显示屏显示LF353脚①输出的透射比T，J_1－2这组接点则接通数字显示屏的小数点，透射比T满度为100.0用旋钮（6）调节。第二步应显示吸光度A。图5电路中轻触按钮（8），由MC14011的C和D两个门组成的单脉冲发生器，便产生触发脉冲，由D的脚

输入MC14017的脚 ，使其输出译码1，即高电位移到脚②输出，经MC1413另一组达林顿管，驱动J₂继电器，J_2－1接通UP135使它显示755N①③脚输出的吸光度A，J_2－2这组接点则接通吸光度值A相应的小数点，用旋钮（5）调节。第三步应显示浓度C，再次轻触图5中的按钮（8），单脉冲发生器再次产生脉冲，使MC14017产生译码2，高电位由其脚④输出，经MC1413使继电器J₃吸合，把LF353⑦脚输出接到UP135显示浓度C。定位时调节浓度旋钮（4），使其显示已知浓度值，如果再按按钮（8），MC14017输出译码3，由脚⑦输出，用它也可以把MC14017清零，此时的T.A.C切换又回到显示透射比T。图6和图5的逻辑电路相同，使用方法也相同，区别在于：图6的执行部件为三个不同波长的发光器，分别按选择工作。图5的执行部件为三个继电器，分别显示T.A.C。

Claims (2)

1、便携式浓度光电比色计，由光源检测部分、进样系统、主电路板、数字显示四部分组成，单色光照射到比色皿上，再经检测器检测，其信号经主电路板的放大器、对数转换器、浓度示值调节器进行T.A.C转换，再通过A/D转换器在数字显示屏上显示，其特征在于：

a、光源(16)采用直流稳压电源供电，发出波长为880nm，半宽度△λ=40nm的红外发光器件，光源(17)波长为590nm，半宽度△λ=40nm的黄色发光二极管：

b、用电动薄膜泵(14)将比色溶液吸进比色皿(20)中，实现被测溶液的半自动更换，该泵受程序控制，并采取用硅胶涂层和防腐瓣膜等防腐措施；

c、不同波长光源的转换，及透射比T、吸光度A、浓度C的转换均采用电子开关(9)、(8)。通过计数译码器MC14017译出不同码，分别点亮不同的光源灯，进行波长选择，或接通继电器，切换不同的输出端分别显示T.A.C；

2、根据权利要求1所述的光电比色计，其特征在于：对数转换器的755N对数／反对数放大器组件的线路连接，通过1K电位器向755N脚⑨提供100毫伏参考电压，并由755N的①③脚输出，使器件按照K＝1的工作曲线工作，保证了吸光度A对透射比T的准确转换。

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