CN86201534U - pH值测量数字显示控制仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种溶液的pH值测量、显示和控制的仪表，可供对溶液的pH值作自动连续监测和控制使用。

本仪表由双高阻输入、线性放大、电路调节、数字显示、自动控制溶液pH值等部分组成，元件采用集成块，小巧、紧凑。输入阻抗高于10¹¹欧姆，灵敏度高，放大线性好。数字显示pH值直观、醒目。自动控制溶液全量程pH值，可使仪表方便地应用于pH值变化幅度大的复杂工艺流程中，尤其适用于环境保护中的废水监测与控制。

Description

本实用新型是一种溶液的PH值测量，显示和控制的仪表，供对溶液的PH值作自动连续监测和控制使用。

在工业流程中或对成份复杂的混合污水，工业废水处理中，常常使用PH值测量仪监测溶液的酸硷度。一般是由PH值测量仪监测出溶液的PH值后，再将其适当处理成合乎要求的溶液。在污水处理中，为不污染环境还应将污水处理成中性才能排放。常用的PH值测量仪由电极、放大电路和指示三部分组成。使用时，把组合的测试电极和参比电极插入被测溶液构成电化学测量电池。电池电压的大小对应被测溶液的PH值。电池电压输入测量仪表经放大电路放大后指示出溶液的PH值。欧洲专利EP0080753《测量装置和方法》中用于测量溶液PH值的特殊装置就是由组合的测试电极和参比电极插入被测溶液构成测量电池并在电极中设置温度传感器调节测量精度，然后将电池电压输入放大电路放大后指示出被测溶液PH值的测量仪。上海新联仪表厂生产的PH值测量仪，除用指针指示被测溶液的PH值外，还用一记录仪对被测溶液的PH值进行记录，同时附带一个调节器控制一个加液阀门。这些测量溶液PH值的仪表一般都是指针式仪表，即由放大电路放大后的电压使仪表指针偏转指示出被测溶液的PH值。它们都不能自动控制被测溶液的全部PH值。为了使PH值测量仪表能精确测量、控制溶液的PH值，又能直观、醒目地数字显示出测量结果，本实用新型PH值测量仪除在电极中设置温度测量传感器提高测量精度外，主要对电路作了改进，从而提高了仪表的性能，扩大了仪表的功能和用途。

本实用新型的目的是改进PH值测量仪表，设计双高阻输入放大电路、调节电路、数字显示电路和自动控制电路，以提高仪表的灵敏度、放大线性度，实现仪表数字显示和自动控制被测溶液的全部PH值。

本实用新型PH值测量数字显示控制仪表由输入放大、调节电路、数字显示、自动控制等部分组成。运算放大器IC₁和IC₂接成双高阻输入放大电路。运算放大器IC₁和IC₂的二个输出端连接减法器IC₃，减法器IC₃上连接的负反馈调节电位器W₁用以提高共模抑制能力。经减法器整理、电极中温度传感器修正的电压输入到二级运算放大器IC₄和IC₅进行线性放大，放大后获得一个与被测溶液PH值呈线性关系的电压输出。然后，一路输入显示电路驱动数字显示器显示出被测溶液的PH值；另一路输入四电压比较器与预先由电位器W₂和比较器中电位器W₆、W₇、W₈、W₉共同设定的PH值对应的电压进行比较，比较后自动控制电磁阀门调节被测溶液的PH值。在自动控制中，当测得的溶液PH值超出预先设定的范围时，仪表上的多档报警发光二极管指示灯中的一个或二个就会启亮，发出报警信号，同时相应的控制电磁阀打开向被测溶液中注入中和溶液，自动调节被测溶液的PH值。

由于本实用新型设计的电路输入阻抗大，测量电极的微弱信号能很好地输入仪表放大电路，所以本仪表的灵敏度高。线性放大电路中，斜率电位器W₃，可调节放大部分的放大倍数，适应不同参数电极需要；定位调节电位器W₄可使电平移动，达到定位目的。仪表上的数字显示直观、醒目。仪表设置5档PH值控制量程，故可用于PH值变化幅度大、成份复杂的混合废水及其它工业流程中溶液的PH值监控。因此，本实用新型PH值测量控制仪表灵敏度高，放大线性度好，测量精度高，结构紧凑，功能齐全，实用。

附图说明：

图1a、1b分别是测量仪表的正面和背后。图1a中，〔1〕是仪表面板；〔2〕是仪表正面的PH值数字显示器，〔3〕是设定PH值的报警发光二极管指示灯，共有4个，分别指示设定下下限PH值LL档；下限PH值L档；上限PH值H档；上上限PH值HH档。图1b中，〔4〕是背后的后端子接线板，其上面有连接温度传感器补偿的输入接线柱和输出控制LL档、L档、H档、HH档的电磁阀继电器的接线柱。

图2是测量仪表的电压线性放大电路，其中〔5〕是连接测量电极的集成运算放大器IC₁；〔6〕是连接参比电极的集成运算放大器IC₂；〔7〕是减法器IC₃；〔8〕是第一级线性放大的集成运算放大器IC₄；〔9〕是第二级线性放大的集成运算放大器IC₅；〔10〕是校验电位器W₂，可连续给出在显示器上显示00.0－14.0PH值的校验电压，并且能与比较器中的设定电位器一起设定所需要的PH值。〔11〕是减法器上的负反馈电位器W₁，用以提高电路共模抑制能力；〔12〕是放大电路中的斜率电位器W₃，可调节放大部分的放大倍数以适应不同参数电极需要；〔13〕是放大电路中的定位电位器W₄，使电平移动起定位作用。

图3是测量仪表的数字显示部分。其中〔14〕是给出基准电压的集成电路块，〔15〕是精密电阻器；〔16〕是A／D转换器，〔17〕是译码器；〔18〕是驱动器；〔2〕是2 1/2 位显示器。

图4是测量仪表四电压比较自动控制部分。其中〔19〕是电压比较器；〔20〕是设定LL档PH值对应电压的电位器W₆；〔21〕是设定L档PH值对应电压的电位器W₇；〔22〕是设定H档PH值对应电压的电位器W₈；〔23〕是设定HH档PH值对应电压的电位器W，；〔24〕是LL档控制电磁阀的继电器J₁；〔25〕是L档控制电磁阀的继电器J₂；〔26〕是H档控制电磁阀的继电器J₃；〔27〕是HH档控制电磁阀的继电器J₄。

下面结合附图说明本实用新型的实施例。

图2中，由测量电极和参比电极获得的电压分别输入集成运放器IC₁〔5〕和集成运放器IC₂〔6〕组成的双高阻放大电路的二个输入端。高阻双运放〔5〕、〔6〕连接成同相输入，其输入阻抗大于10¹¹欧姆。同时，IC₁〔5〕和IC₂〔6〕又连接成电压跟随电路作单位隔离器，提高抗干扰能力。集成运放器IC₁〔5〕和IC₂〔6〕的输出连接减法器IC₃〔7〕，减法器IC₃对电压进行整理放大，其上的负反馈电位器W₁〔11〕用以提高电路的共模抑制能力。减法器IC₃整理后的电压和电极中温度传感器的修正电压一起输入到与减法器连接的集成运放器IC₄〔8〕进行线性放大，集成运放器IC₅〔9〕与运放器IC₄〔8〕连接，把IC₄放大的电压再一次线性放大，放大后的电压线性对应被测溶液的PH值。放大电路中的斜率电位器W₃〔12〕可调节放大部分的放大倍数以适应不同参数电极的需要；定位电位器W₄〔13〕可移动电平，使电极在7PH值标准溶液中获得的电压输入仪表后能对应显示出7PH数值，达到定位目的。至此，放大部分获得了一个线性对应被测溶液PH值的输出电压。

图3中，为使放大部分输出的电压能与A／D转换器5G14433〔16〕匹配，本发明选用精密电阻器〔15〕与放大部分连接。放大部分输入的电压经电阻器〔15〕和电阻R分压后输入A／D转换器5G14433〔16〕。其中A／D转换器〔16〕的基准电位由集成电路5G1403〔14〕设定给出。A／D转换器〔16〕输出的电信号经译码器5G4511〔17〕输入驱动器5G1413s〔18〕驱动2 1/2 位显示器〔2〕，按一定的控制信号显示出对应于溶液PH值的测量结果。

图4中，由放大电路放大的输出电压输入四电压比较器〔19〕的正负二组四个输入端。输入电压与预先由设定电位器W₆〔20〕、W₇〔21〕、W₈〔22〕和W₉〔23〕设定的电压进行比较。其中，LL档和L档为一组输入；HH档和H档为另一组输入。比较后，如果不超出设定电压，即落在L档到H档之间的正常档电压值中则为工艺需要控制的范围，四电压比较器〔19〕处于截止状态，四个发光二极管指示灯〔3〕都不亮，说明工艺流程中测得的溶液PH值与要求的PH值符合，不需加入中和溶液。然而，当比较后，输入的电压超出设定电压时，即低于L档甚至低于LL档，或高于H档甚至高于HH档，则相应的比较器就输出电信号触发与其连接的晶体管导通，发光二极管报警指示灯〔3〕就启亮，同时相应的继电器J₁或J₁和J₂；J₃或J₃和J₄就动作，电磁阀开启，注入中和溶液自动控制被测溶液的PH值，直到被测溶液PH值与工艺要求的PH值相符合为止。

在比较控制中，设定控制电压是由图2中的校验电位器W₂〔10〕和比较控制部分的设定电位器W₆〔20〕、W₇〔21〕、W₈〔22〕、W₉〔23〕一起设定的。图2中的校验电位器W₂〔10〕可在全量程范围内（00.1－14.0PH）给出校验电压。电位器W₂〔10〕的二个定臂分别连接±0.7V电源的正、负极，滑臂获得分压。当断开图2中运放器IC₁〔5〕的输出端时，测量电极无信号输入减法器IC₃〔7〕。闭合电位器W₂〔10〕的滑臂和减法器IC₃〔7〕的输入端，电位器W₂就向放大电路提供电压，调节W₂〔10〕的滑臂可在显示器〔2〕上获得00.0－14.0PH值的全量程数值。再配以调节比较控制部分的设定电位器即可设定任何PH值。

下面以设定下下限LL档为5PH值，下限L档为6PH值，上限H档为8PH值，上上限HH档为10PH值，溶液的PH值控制在6－8PH值范围内为例予以说明。起始调节图2中校验电位器W₂〔10〕，使显示器〔2〕上出现06.0PH数值，即放大电路有一对应6PH值电压输入比较器〔19〕。然后，缓慢调节比较自动控制部分的设定电位器W₇〔21〕，使面板〔1〕上的下限L档指示灯刚启亮立即停止W₇〔21〕的调节，同时听到电磁阀继电器J₂〔25〕动作的响声，L档的电磁阀门打开，这时设定的电压等于放大电路输入比较器的电压，L档6PH值设定完毕。同样，重新再起始调节图2中校验电位器W₂〔10〕，使显示器〔2〕上出现05.0PH数值，然后缓慢调节比较自动控制部分的设定电位器W₆〔20〕，使面板〔1〕上的LL档指示灯刚启亮立即停止W₆〔20〕的调节，因L档PH值高于LL档PH值，当然L档指示灯也亮着。同时又听到电磁阀继电器J₁〔24〕动作的响声，LL档和L档的电磁阀门都打开。这时设定的LL档电压等于放大电路输入比较器的对应5PH值的电压，LL档5PH值设定完毕。类似调节设定8PH值、10PH值，方法同上。在四档PH值都设定完成后，则被测溶液的PH值就被控制在正常档6－8PH值范围内。然后断开W₂〔10〕，接通运放器IC₁〔5〕和减法器IC₃〔7〕就能实现对被测溶液PH值的测量和自动控制。本发明的控制范围可在00.0－14.0PH范围内全量程设定。因此，仪表设定控制溶液的PH值幅度大，控制速度快且方便。

当然，本实用新型也可以仅仅不连接自动控制比较器而其余部分如上所述予以实施；或者仅仅不连接数字显示电路，换接成指针指示溶液PH值，其余部分如上所述予以实施；或既不连接数字显示电路也不连接自动控制比较部分，改接成指针式PH值测量仪如上所述予以实施。

可见，本实用新型PH值测量数字显示控制仪结构完整，功能完善。用于环境保护，监测、控制、处理废水更为方便，效果好。

Claims (5)

1、本实用新型是一种溶液的PH值测量、显示和控制的仪表，包括组合的测量电极和参比电极、电极中的温度传感器、其特征在于有放大线性好，输入阻抗大于10″欧姆的放大电路、PH值数字显示电路和自动控制被测溶液PH值的比较电路。

2、根据权利要求1所述的PH值测量、显示、控制仪，其特征在于放大电路中的双高阻输入放大器、减法器、二级线性放大器以及电压跟随单位隔离器由集成电路块构成。

3、根据权利要求1所述的PH值测量、显示、控制仪，其特征在于放大电路中设有校验电位器W₂、负反馈电位器W₁、斜率电位器W₃和定位电位器W₄。

4、根据权利要求1所述的PH值测量、显示、控制仪，其特征在于PH值数字显示电路由基准电压发生器、A／D转换器、译码器、驱动器、显示器以及输入精密电阻和电阻R组成的分压器等构成。

5、根据权利要求1所述的PH值测量、显示、控制仪，其特征在于自动控制被测溶液PH值的比较电路由一个四电压比较器集成块、设定电位器W₆、W₇、W₈、W₉、电磁阀继电器J₁、J₂、J₃、J₄、发光二极管指示灯和晶体管组成。