CN217981336U - 一种自动校准pH计的电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自动校准pH计的电路，涉及自动校准电路的技术领域，其包括单片机，放大模块，隔离输入模块和pH电极母座；所述放大模块包括放大输入端和放大输出端，所述隔离输入模块包括隔离输入端和隔离输出端，所述pH电极母座包括参考输入端和检测输出端；所述检测输出端连接放大输入端，可将检测输出端电压经放大模块处理，所述单片机连接放大输出端和隔离输入端，可将放大模块处理过的电压进行检测并且反馈至隔离输入模块进行调节，所述隔离输出端连接参考输入端，让调节后的电压影响参考输入端的电压，从而完成校准作用。本申请具有可自动校准pH计，优化电路面积占比的效果。

Description

一种自动校准pH计的电路

技术领域

本申请涉及自动校准电路，尤其是涉及一种自动校准pH计的电路。

背景技术

目前测量溶液的酸碱度通常使用pH计，其原理是利用氯化银电极在溶液中的电动势随pH变化而变化的，通常是在几十到几百mV，进而将此电动势利用运放和单片机ADC处理测量，结合标准曲线来计算得出溶液pH值。

而由于不同电极和放大器其各参数不一致，导致在同一pH下电压会有所不同，再加上单片机ADC接受的电压范围有限，量化精度也有限。为了加以校准，精度较高的研究级pH计均设有调节电阻来相对调节其电压，从而达到校准效果

针对上述中的相关技术，发明人认为调节电阻体积较大，占用电路板空间且手动调节仍拥有较大的精度差距的缺点。

实用新型内容

为了减小调节电路的元件体积，并且以自动调节电路代替手动调节电路，同时提高测量精度，本申请提供一种自动校准pH计的电路。

本申请提供的一种自动校准pH计的电路，采用如下的技术方案：

一种自动校准pH计的电路，包括，

单片机，包括DAC输出端和ADC输入端，所述DAC输出端用于输出DAC参考电压；所述ADC输入端用于接收ADC检测电压；

隔离输入模块，包括隔离输入端和隔离输出端，所述隔离输入端连接DAC输出端；所述隔离输入模块用于在隔离输出端输出相等且隔离于隔离输入端输入的电压；

pH电极母座，其用于连接PH电极；所述pH电极母座包括参考输入端和检测输出端，所述参考输入端连接隔离输出端；

放大模块，包括放大输入端和放大输出端，所述放大输入端与检测输出端连接，所述放大输出端与ADC输入端连接；所述放大输出端用于将放大输入端输入的电压放大预设倍数后输出。

通过采用上述技术方案，pH电极母座放入所测溶液获得电势差所形成的电压，经过检测输出端进入放大模块后被单片机中的ADC检测电压，若此时检测电压与预设结果不一致，则单片机通知DAC进行干预电压操作，干预电压通过隔离输入端干预电压的调节，电压经过调节处理后，通过隔离输出端输出到参考输入端，此时因本身电势差为定值，检测输出端也会发生改变，进而循环以上操作，直至ADC检测电压与预设结果较为一致即可。

可选的，隔离输入模块包括运算放大器，所述运算放大器的负输入端连接运算放大器的输出端形成电压跟随器，所述隔离输入端连接所述运算放大器的正电压输入端，所述运算放大器的输出端连接隔离输出端。

通过采用上述技术方案，运算放大器负输入端直接连接运算放大器的输出端，使其输出端的电压恒等于负输入端电压，不收阻抗影响，形成电压跟随器，减小了DAC输出端电压折损，从而减小调节的误差值。

可选的，所述放大模块包括运算放大器，第一电阻器和第二电阻器，所述运算放大器的输出端连接所述第一电阻器，所述第一电阻器的另一端连接第二电阻器，所述运算放大器的负输入端连接于第一电阻器和第二电阻器间的节点，所述运算放大器的正输入端连接检测输出端，所述运算放大器的正电压端接电压源，所述运算放大器的负电压端接地。

通过采用上述技术方案，因运算放大器的虚短、虚断特性，可得出运算放大器的正电压端与运算放大器的输出端的电压与第一电阻器和第二电阻器的比值呈正相关关系，检测输出端的电压运算放大器的放大后，通过运算放大器的输出端输出到ADC输入端进入单片机检测，放大后的电压可以使检测结果更加精准。

可选的，所述第一电阻和第二电阻的比值范围为2～3.3。

通过采用上述技术方案，检测输出端的电压会被放大2～3.3倍至运算放大器输出端，此范围为大部分单片机较为合理的供给电压范围，可适配较多的单片机工作，使电路作业具有一定适应性。

可选的，所述第一电阻和第二电阻的比值为2。

通过采用上述技术方案，为较优第一电阻和第二电阻比值，能够较好的辅助电路进行调节校准作用。

可选的，所述电压源的预设电压为3.3V或5V。

可选的，所述单片机采用SAMD21G型号或LGT8F328P型号。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.检测pH值时由单片机自动调节校准；

2.检测pH值时提高测量精度；

3.检测pH值时减小测量误差值。

附图说明

图1是现有的校准pH计电路；

图2是实施例自动校准pH计电路的电路示意图；

图中，1、单片机；2、隔离输入模块；3、pH电极母座；4、放大模块。

具体实施方式

以下结合附图1-附图2，对本申请作进一步详细说明。

现有的校准pH计的电路，参照图1所述，包括调节模块，放大模块4和pH电极母座3。其中pH电极母座3因溶液电势差形成电压，通过放大模块4放大后，通过ADC端进行检测输出结果，若结果存在较大偏差，则通过调节模块手动调节，影响pH电极母座3所供给的电压值，进而影响检测输出结果。

具体的，pH电极母座3检测输出端连接放大模块4输入端，进行电压放大处理后，电压从放大模块4输出端输出至ADC进行检测结果，若检测电压与对应pH值所对应的理想电压不吻合，则调节滑动变阻器RP1的阻值来改变pH电极的参考输入端电压，进而影响pH电极的检测输出电压，最后再次经过放大模块4后至ADC进行检测，而其中手动调节变阻器RP1是容易产生较大误差的，需要经过较大调节才能达到理想状态，而且其中变阻器在电路中占用面积也较大。

一种自动校准pH计的电路，参照图2，包括单片机1，隔离输入模块2，pH电极母座3和放大模块4。

其中单片机1包括DAC输出端和ADC输入端，DAC输出端用于输出DAC参考电压；所述ADC输入端用于接收ADC检测电压

其中隔离输入模块2包括隔离输入端，隔离输出端，隔离输入端连接DAC输出端；隔离输入模块2用于在隔离输出端输出相等且隔离于隔离输入端输入的电压；

pH电极母座3包括参考输入端和检测输出端，参考输入端连接隔离输出端；

放大模块4包括放大输入端和放大输出端，放大输入端与检测输出端连接，放大输出端与ADC输入端连接，放大模块4用于将放大输入端输入的电压放大预设倍数后从放大输出端输出。

具体的，隔离输入模块2包括运算放大器，运算放大器的负输入端连接运算放大器的输出端形成电压跟随器，隔离输入端连接所述运算放大器的正电压输入端，运算放大器的输出端连接隔离输出端；

放大模块4包括运算放大器，第一电阻器和第二电阻器，运算放大器的输出端连接所述第一电阻器，所述第一电阻器的另一端连接第二电阻器，运算放大器的负输入端连接于第一电阻器和第二电阻器间的节点，运算放大器的正输入端连接检测输出端，运算放大器的正电压端接电压源，所述运算放大器的负电压端接地。

上述两大模块通过pH电极母座3连通，参考输入端连接隔离输出端，检测输出端连接放大输入端；当pH计插入中性溶液时，pH电极则会因溶液存在的电动势形成一定电压，此电压通过检测输出端传输至放大输入端，进入放大模块4中，通过放大模块4中运算放大器与第一电阻和第二电阻所连接形成的同向放大器放大预设倍数（第一电阻与第二电阻阻值比为2，由同向放大器放大远离可知此时预设倍数为3）后传输至放大输出口，再从放大输出口传输至单片机1内的ADC进行检测处理，若ADC检测电压与理想电压不吻合，则单片机1传输数字信号至DAC进行调节处理，此时DAC收到相对应的调节处理信号后，将调节电压输出通过DAC输出端传送至隔离输入模块2，再通过隔离输入模块2中运算放大器自身输出口与负输入端连接所形成的电压跟随器影响隔离输入模块2的隔离输出端电压，此时隔离输出端电压影响了参考输入端的电压，而溶液中的电动势是一定的，则同时影响了检测输出端的电压，此时则改变了ADC所测量所得的电压，起到了自动校准电压的作用。

本申请实施例的实施原理为：通过编写单片机1程序，并且设置DAC元件代替原有的变阻器来初步调节电压，再通过隔离输入模块2和放大模块4来处理初步调节的电压，使改变后的电压经ADC检测对比是否为预设电压，若是则无需继续校准。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动校准pH计的电路，其特征在于：包括，

单片机(1)，包括DAC输出端和ADC输入端，所述DAC输出端用于输出DAC参考电压；所述ADC输入端用于接收ADC检测电压；

隔离输入模块(2)，包括隔离输入端和隔离输出端，所述隔离输入端连接DAC输出端；所述隔离输入模块(2)用于在隔离输出端输出相等且隔离于隔离输入端输入的电压；

pH电极母座(3)，其用于连接PH电极；所述pH电极母座(3)包括参考输入端和检测输出端，所述参考输入端连接隔离输出端；

放大模块(4)，包括放大输入端和放大输出端，所述放大输入端与检测输出端连接，所述放大输出端与ADC输入端连接；所述放大输出端用于将放大输入端输入的电压放大预设倍数后输出。

2.根据权利要求1所述的一种自动校准pH计的电路，其特征在于，所述隔离输入模块(2)包括运算放大器，所述运算放大器的负输入端连接运算放大器的输出端形成电压跟随器，所述隔离输入端连接所述运算放大器的正电压输入端，所述运算放大器的输出端连接隔离输出端。

3.根据权利要求1所述的一种自动校准pH计的电路，其特征在于，所述放大模块(4)包括运算放大器，第一电阻器和第二电阻器，所述运算放大器的输出端连接所述第一电阻器，所述第一电阻器的另一端连接第二电阻器，所述运算放大器的负输入端连接于第一电阻器和第二电阻器间的节点，形成同向放大器，所述运算放大器的正电压端连接电压源，所述运算放大器的负电压端接地。

4.根据权利要求3所述的一种自动校准pH计的电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的比值范围为2～3.3。

5.根据权利要求3所述的一种自动校准pH计的电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的比值为2。

6.根据权利要求3所述的一种自动校准pH计的电路，其特征在于，所述电压源的预设电压为3.3V或5V。

7.根据权利要求1所述的一种自动校准pH计的电路，其特征在于，所述单片机(1)采用SAMD21G型号或LGT8F328P型号。

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