TW591227B - Portable pH value detector - Google Patents

Description

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插ί m、有關於一種酸鹼度量測器'’特別是有關於- 種可攜▼式i鹼度量測器，用以量測未知溶液之酸鹼声，· J，過自我校正和適當調整操作，可應用於大多數酸ς =%效電晶體微型感測元件，並顯示出未知溶液的酸鹼 依研究Η + -ISFET的過程中發現，pH—ISFET是最基 ISFET，若欲備製對某種物質敏感的ISFET，只需在已備製 之pH-ISFET感測膜覆上一層對其它離子敏感的材料即可。· 因此ISFET可以應用在其它之用途，例如偵測血液中之Μ、 值、鉀、鈉、鈣等，及氯離子、氟離子和碘離子的偵測等 等。 以下所列為曾經揭露有關丨SFET之量測方法之專利： (一） 美國專利案號U.s. Patent Νο·4，691，167，發明 者.Hendrik Η· v.d· Vlekkert， Nicolaas F· de

Rooy，執行日期：9/ 1 / 1 987。此專利提出將離子感測場效 電晶體、參考電極、溫度感測器、放大電路、計算及記憶 電路組合’用以決定液體中的離子活度。感測度是溫度及 汲極電流的函數，而且是由閘極電壓變量所決定，因此可 由儲存在記憶體内的公式計算而得到。 (二） 美國專利案號U. S. Patent No· 5, 30 9, 0 85，發明 者：Byung Ki Sohn，執行日期：5/ 3/ 1 994。此專利提出 將具有離子感測場效電晶體結構生物感測器之量測電路整 合在一晶片上。其中量測電路包括二個離子感測場效電晶 體元件’由酵素感測場效電晶體及參考電極場效電晶體構

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成’另外再使用差動放大器將酵素感測場效電晶體及表考 電極場效電晶體之輸出信號放大。 (三） 美國專利案號U· S· Patent No· 5, 911，873，發明 者.Robert Tanner McCarron，James R· Gray，執行日 期：6 / 1 5 / 1 9 9 9 :此專利提出使用多個汲極電流與閘源電 壓以判斷和控制零電位點的構造及方法，而用以量測水溶 液中離子濃度的儀器構造包含ISFET、參考電極、控制電^ 路、記憶體、量測電路和判斷電路。其中該控制電路使 I SFET操作在一個汲源電流與多個連續的汲極電流與閘源 電壓，並利用量測電路和判斷電路以量測離子濃度與元件 特性，且將多個結果記錄於記憶體中。 (四） 美國專利案號 U.S· Patent Νο·4, 384, 925，發 明者：Joseph R. Stetter， Naperville, 111·;

Lawrence Spritzer, Peekskill, N. Y.； Solomon Zaromb，Newark，N. J·，執行日期：5/24/ 1 983 :此專利 提出一種氣體感測器系統可連續監測週遭氣體並且週期性 地5動作新校正和自我調整，此系統和微處理器連接，藉 由畺測週遭氣體時控制週期性校正，在校正過程中會將時 漂调整至零，達到自動重新校正和自我調整之功能。 (五） 美國專利案號 U.S· Patent No .4, 641，084，發 明者· Satsuki Komatsu, Sagamilhara，Japan，執行日 期：2/ 3/ 1 98 7 :此專利提出一種量測離子濃度之系統，它 包括參考電極、離子感測場效電晶體、一參考電阻之串聯 電路 固疋電壓源跨接在離子感測場效電晶體之汲、源

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極和一個電位控制電路跨接 測場效電晶體之汲、源極電 濃度電位差，再由電壓表量 子濃度。 於參考電阻，用以偵測離子感 位差，此方法可預先定義離子· 測汲極或源極電位當作量測離· (六）美國專利案號 U.S· Patent Νο·4,397,71 4，發· 明者：Jlri Janata， Salt Lake City; Robert J·

Huber, Bountiful； Rosemary L. Smith, Salt Lake

Clty， aAU 〇f Utah，執行日期：8/ 9/ 1 983 :此專利提出· 種固態化學感測積體電路，此電路包括三個場效電晶體· (FET)備製在單一半導體基底上，其中一 FET在閘極上鍍化 學感測薄膜，當浸入待測溶液以產生電化學電位，以閘極 連接至第二個FET之源極和第三個FET之汲極，而此兩個 FET當作開關使用以隔絕外界干擾信號，以提供第一個FET 正確量測待測溶液並且在不使用時也避免靜電短路之功 能。 (七） 美國專利案號 U.s· Patent Νο·3,648，159，發 明者：Marion J·; Shelby J.，執行日期：3/7/1972 :此 專利提出一種輸出響應快及精確量測血液和其他流體中 pH、鈉、鉀、氣離子含量之可攜式充電系統，此系統包括 各種離子選擇電極、參考電極、高阻抗電極開關、高阻抗 固態靜電計、校正控制和可充電式電源供應器。 (八） 美國專利案號 U.S· Patent Ν〇·4,207，159，發 明者：Shinji Kimura， Yokohama; Hiroshi Takao，

Kamakura; Sh i geo Ishitani，Yokosuka; Kenji

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第6頁 591227 五、發明說明（4)

Ikezawa; Koki Sone, both of Yokohama, all of Japan，執行日期：6/ 1 0 / 1 9 80 :此專利提出量測氧濃度之· 方式，量測系統包括一探針鍍有感測氧離子固態電解層、· 一電位計和一組DC電壓源連接至探針，當量測時，Dc電壓 源提供一電流流過兩電極板之間的電解層用以維持在電解 層和參考電極層之間界面的參考氧離子部份壓力。 (九）美國專利案號 U.S· Patent Νο·4, 532, 013，發 明者：Hermann Dietz, Gerlingen; Ferdinand Grob， Besigheim; Klaus Miiler， Tamm; Harald Reber， . Gerlingen, all 〇f Fed. Rep. Of Germany，執行日期： 7 / 3 0 / 1 9 8 5 :此專利提出校正感測器長期使用產生漂移而 使用比較感測器偵測週遭空氣和電路中電阻標準值或者呼 叫微電腦記憶體中標準條件之間差量為輸出值，藉由改變 加偏壓於感測器上產生電流對電壓曲線後可以與儲存於記 憶體中之曲線做比較以預測最大之容許度。 而一般市場上商品化酸驗離子感測計都只適用於單一 感測元件，並無法將一般實驗室備製完成之pH— ISFET做實 際量測，以達到實際應用於日常生活或者工業廢水之量 測0 有鑑於此，本發明藉由得知感測元件之基本特性後， 再以一訊號檢測單元固定其電流和電壓，此定電流及定電 壓會使得感測器之輸出電壓與酸鹼值呈現線性的變化不受 到溫度之影響，因此上述訊號檢測單元之主要功能將提供 感測器一個定電流及定電壓，並且將訊號讀出提供予一準

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第7頁 591227 五、發明說明（5) 位調準單元。 . &隹為了配合一後續之類比/數位轉換單元使用，上述m · Ϊ =整單元可以將訊號檢測單元之輸出訊號加二· ^接傳迗到上述類比/數位轉換器，其主要包括讀出訊 ，之放大及位移之調整。經調整適當之訊號傳遞到上述類 ^ A/D c〇nverter) ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ # 成數位汛號，以利於一後續之微處理機對訊號的處理。 因為上述類比/數位轉換單元之讀出結果是絕對的，. 此右要將貧料轉成相對之結果，就需要有相對之參 :料之80 5 1單晶片微處理器會取ΡΗ“ΡΗ7之數位 貝枓田成，考點，計算出其餘pH值。 成號經由類比/數位換器處理之後，上述80 5 1單曰μ ;處；器！對未知溶液產生之數位信號與上述PH參V曰值比 、 计算出酸驗值，然後將結果顯示於LCD上，生—斥旦 測者現在水溶液之酸鹼值為多少。 斥里 根？ 士述目的’本發明係提供一種可攜式酸 裝置：包括-PH-ISFET感測元件，用以接 里測 2號檢測單元，心固定上述pH_Ism 電壓及電流，並量測上述pH_ISFET感測元：：：; 檢測單元，調：一準位調整單元，麵接上述訊號 -類比/數位轉換:輪出信號的位準’作為一第-信號； 換上述第一传於、成輕接上述準位調整單元’用以轉 上述類比/數位轉換為單—數位信號；以及一處理單元，耗接 W換早兀，並將上述數位信號與一對照表

0619-7108TWF(N);Denni s.ptd 第8頁 591227 五、發明說明（7) '-- 水溶液中，藉由閘極上的氧化層作為絕緣性離子感測膜，· 此元件與不同p Η值 >谷液接觸時會在閘極與溶液接觸之界面 產生不同的電位變化，使得通道之電流發生改變，藉由此. 特性量測水溶液的酸驗值或是其它離子之濃度。 舉例而a ’清參閱第2圖酸驗離子感測場效電晶體元 件結構圖，感測薄膜2 4可為各種感測膜（如：非晶形石夕 氫、非晶形三氧化鎢、二氧化錫、非晶形碳氫等等）當作 本專利之pH-ISFET感測元件11〇，本發明係以非晶形石^氫. 感測4膜作為本發明之說明，而其它感測薄膜元件亦如同. 非晶矽氫感測薄膜元件之操作。 上述pH-ISFET感測元件11〇之動作原理為：工作時是 將感測膜區域浸泡在溶液2 2中，由於感測膜2 4與半導體表 面之間僅隔一層極薄的介電層26，因而感測膜24與溶液22 間的界面勢將影響半導體的表面，使表面反轉層中的載子 電荷密度發生變化，而調制流過丨SF ET之通道電流。而感 測膜24與溶液22間界面勢又與溶液22中離子活度有關，故 可利用ISFET在不同氫離子活度之溶液中形成不同之界面 勢’導致通道電流的不同以檢測溶液中的氫離子活度。此 即為氫離子感測場效應電晶體的基本工作原理。 首先要了解P Η - I S F E T感測元件1 1 〇基本工作區域，請 參ρ第3圖係為一非晶形矽氫離子感測電晶體，固定汲源 電壓為〇· 2伏特和固定汲源電流為80 // Α時所得到之感測情 形’由第3圖可知非晶形矽氫之感測度為52. 92mV/pH，而 其它感測薄膜之操作工作參數及感測度情況請參閱表1。

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591227 五、發明說明（8) 養1 各種pH-ISggT感測薄膜之操作工作參數及感測度 感測薄膜 非晶形石夕氩 非晶形破氮 非晶形 三氧化鎢 二氧化錫 汲源電壓 (V) 0.2 0.2 0.2 0.2 >及源電流 (u A) 80 50 100 50 感測度 (mV/pH) 52.29 54.86 53 57.36 接著，請參閱第4圖，表示上述訊號檢測單元丨2 〇之電 路架構圖。上述號檢測單元1 2 〇係由兩個運算放大器 A1、A2(//A741)、兩個齊納二極體di、D2(Zener

Diode)、兩個電阻器Ri、R2及一個電源開關41所組成一恆 壓恆流讀出電路，此電路之特點是方法簡便，不需要增加 辅助设備’不需專門製作元件技術。如第4圖中所示，一 運算放大器（OP) A1接成電壓隨麵器之形式，而另一運算 放大器A2以負回授的形式調整參考電極之電壓，以維持源 汲間的恆壓恆流。整個上述訊號檢測單元是以負回授模式 在沒極D與源極S間保持固定的電壓，以及固定的電流，'使 上述元件110響應反應在閘極電壓上，其負回授為若上述 源極電流IDS增加時，導致源極電壓v s上升。透過上述運算

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第11頁 591227 五、發明說明（9) 放：器A2之負回授拉下閘極電壓、，因此上 又：被拉下來，以維持源汲間的怪壓怪流。另外更V:; 二電阻R1調整上述汲源電壓I，或電_調】 抓DS。其中上述訊號量測到之上述pH_ISFET Η ” 之閘極的電壓VG作為—輸出信號S1。 D兀件11。 元13。再者上，：類參比考Γ圖’表示本發明之上述準位W 之電路架圖 位轉換單以40以及上述處理單元 其中上述準位調整單元1 30係包括一個儀表放 . A3UD62G)，輕接上述輪出信號S1及 σ :上；”信號”，位準減去上述參考電壓位準 L ‘翼放虎S2 ;以及一運算放大器電路132，包 以741)以及電輕接上述降 位WS2放大-既定倍數後輸出’以作為上述第一信號 S3〇 3 〜

其中上述準位調整單元130，更包括一位準提 131，由一第一及第二電阻R3、R4串聯 ^D3 Zener Dlode)ii|# , ^ ^ M 述背納二極體D3之兩端所構成，透過串聯連接之上述 及第^f⑽’上的分壓’作為上述參考 至上述儀表放大器A3之非反相輸入端。 电翌徒仏 和上後續ί上述ΐ比/數位轉換單元140之解析度 和上述處理早元，先將訊號檢測單元12〇所量到之電壓值 VG接至上述儀表放大器Α3之反相端’藉由上述齊納二極體 0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第12頁 591227 五、發明說明（10)

阻器R3、财壓達到“犬則上述參考電壓D 剩餘之放大器A3之非反相#，進行減去1伏特，再將. 剩2之電壓藉著上述運算放大器A4和上述電阻R5、R6構成· 放大電路放大5倍後，輸入至上述類比/數位轉換單元 然而我們減1伏特之作用係因後續所使用8 b丨t之類比 數=換器61⑽8〇4)，而其解析度不夠且所用之感測 = 110的讀出電壓Vg的最小值在！伏特以上，故先將減i -伙特後再進行放大之功能以提高解析度；如果不先減去1 伏特則因想要之解析度進行放大後，而會超過類比/數 位轉換器61之工作電壓而無法正常工作，故才會有此調整 之動作，至於再將剩餘電壓乘以5倍則是提高其解析度， 原本所使用之類比/數位轉換器61其靈敏度為2〇mV，對於 感測度約為50mV/PH之ISFET而言無法準確到小數點以下、一 位’故將訊號檢測單元丨2 〇所讀出之電位％減去i伏特後再 ，乂 5么使其靈敏度可到達4 m V，使類比/數位訊號轉換 器6 1 (IC 0 8 0 4 )轉換為數位訊號，再輸入後續之處理單元則 I使其準確度到達小數點以下一位。若是類位/數位轉換、 =Η工作電壓可允許於較大的電壓下操作，上述位準調整 單元亦可以省略不用。 一接下來，請再參考第5圖，其中上述類比/數位轉換單 元1 4 0之基本工作原理為：（丨）由電阻器R 7和電容器[1所組 成振盪器接至一類比/數位轉換器61(IC〇8〇4)之第19腳和 第4腳則振盪頻率為6〇〇KHz，以提供類比/數位轉換器 1 第13頁 0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 624 591227 五、發明說明（11) 6 1 (IC 0 8 0 4 )内部振盪器動作，（2 )預設茂及两腳皆為 ” 〇”，則會令_接腳重置為”丨”，而且使類比至數位電 路完成準備工作。（3)經過1〇〇ns後，若一與一兩腳之 中有任腳以上恢復為"1π，則類比至數位轉換電路進入 工作步驟’開始將上述運算放大器Α4( # Α741)輸出之類比 電壓（即上述第一信號s 3 )轉換成8位元的數位資料。（4 )當 轉換完成時，會將數位資料保存在栓器，並使上述類比/ 數位訊號轉換器61(IC〇8〇4)之^腳輸出，，〇，，表示已轉換 完畢。（5)當及而腳皆零"〇，，，則三態緩衝器導通， 將數位資料由第1 1腳至第1 8腳送出。 最後’再參考第6圖，上述處理單元麵接上述類比 /數位轉換單元，具有硬體初始化、兩點自我校正、精準 取值、運算數據處理、上傳（接收）數據處理等等功能，其 中處理單元150包括一 80 5 1單晶片微處理器62，耦接上述、 類比/數位轉換單元140，產生一轉換致能信號SEN至上述 J =/二數位轉換器61，致使上述類比/數位轉換器61將上述 第二，號S3轉換成上述數位信號後輸出，且並接收上述數 位=號與上述對照表比對，以得到未知溶液之酸鹼值；以 及一LCD顯示器63，耦接上述8〇51單晶片微處理器“，用 以顯不上述未知溶液之酸鹼值。 曰^外，上述對照表係上述8 0 5 1單晶片微處理器6 2於測 虿上述未知溶液前，根據一pH4及pH7的溶液產生之數位信 591227 五、發明說明（12) -- 號’ 5十鼻出上述pHl〜pH13之對應數位值所建構而成，儲存 於上述上述8 0 5 1單晶片微處理器中。 以下參考第6圖說明本發明之可攜帶式酸鹼值量測裝 置的動作流程。首先，於電源開啟後，進入步驟s丨〇，使 上述80 5 1單晶片微電腦處理器62内部和LCD液晶顯示器63 作初始化（reset)工作，例如本發明第5圖中之開關65切至 導通後’於是上述8 0 5 1單晶片微電腦處理器6 2内部和lCD 液晶顯示器63作初始化（reset)，將原本儲存於上述8〇51 單晶片微電腦處理器6 2内部和L C D液晶顯示器6 3之資料清 除。 接著，進行步驟S 2 0，確認上述訊號檢測單元1 2 〇提供 至上述ISFET感測元件11 〇之工作電流和電壓是否適當，若 不符合上述感測元件1 2 0之工作電流和電壓，則進入步驟 S25，利用電阻器調整上述R1、r2，以調整工作電流和電 壓至一適當值。 若符合或經上述調整後，則進入步驟S3〇，取得一pH 值為4之溶液的數位值。舉例來說，上述LCD液晶顯示器63 可顯示"PLEASE INPUTER pH4 BUFFER，，指示輸入pH4之緩衝 液’以取得兩點校正之一第一參考值，接著，則等待丨· 5 分鐘後讀取pH4經上述PH-ISFET感測元件110、訊號檢測單 元120、準位調整單元13〇至類比/數位轉換單元14〇之一第 一數位訊號，作為上述第一參考值。

接下來’進入步驟S31，取得一pH值為7之溶液的數位 值。舉例來說，上述LCD液晶顯示器63可顯示n PLEASE

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第15頁 591227 五、發明說明（13) INPUTER pH7 BUFFER’，指示輸入pH7之緩衝液，以取得兩點 杈正之一第二參考值，接著，則等待丨· 5分鐘後讀取pH4經· 上述pH-ISFET感測元件1 1〇、訊號檢測單元12〇、準位調整· 單元1 3 0至類比/數位轉換單元丨4 〇之一第二數位訊號，作 為一第二參考值。 其中等待1· 5分鐘，此動作是由kISFET在剛放入緩衝 /谷液時’其反應電壓並不穩定，若立即取入電壓轉換值， 會造成取入值不正確之情形，至於取15分鐘是為了符合 大部份pH-ISFET感測元件ι10之輸出響應而設定。 ·

之後’進行步驟S3 2，當上述第一及第二參考值輸入 上述8 0 5 1單晶片微電腦處理器6 2之後，經由上述8 〇 5丨單晶 片微電腦處理器62之計算而得出一pH1到？1113之對照表， 並將其由高到低逐次存入堆疊段之中。 接下來’進行步驟S 40，取得一未知溶液之數位值。 舉例而言’上述LCD液晶顯示器可顯示” Sz; *** PLEASE INPUTER SOLUTION”，其中”_，，在此為pH—ISFET之感測 度’此時只要將上述pH-ISFET感測元件110，經由去離子 水清洗擦拭過後即可進行未知溶液的酸鹼度量測，即將上 述pj-ISFET感測元件11〇置於一未知溶液中經上述訊號檢

測單το 1 2 0、準位調整單元丨3 〇至類比/數位轉換單元丨4 〇轉 換成數位5孔號再輸入至上述8 0 5 1單晶片微電腦處理器 62 〇 再者’上述8 0 5 1單晶片微電腦處理器6 2將以堆疊段之 中上述pH 1 3至pH 1的對照表，與未知溶液之數位資料逐次

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的進行比較，當堆s . 或等於時，即可尸=t中的數位值比所取入之數位值小 805 1單晶片；'合液其個位數之pH值。然後，上述- 卞日日乃铖電腦處理β 晶顯示器63顯示出夫，：62將運异最後結果輸出至—液. ,Λ 丁出未知溶液之酸鹼值。 校正之：：以5::ρΗ4’，ρΗ7=ΐ24為例說明上述兩點 列的計算得出；ΡΗ值立：：入時805 1單晶片微電腦可依下 & . 、 值 以輪入之待測溶液數位值為14 5時 為例，作以下之說明·· · PH - (pH7- pH4)/3 = (124-80)/3 二15 此為數位值之感測度，經由805 1單晶片微電腦計算可 沐，此值顯不至面板上，得知感測元件之感測度，且亦將一 併建對照表做為比較待測溶液之酸鹼值，如下所示： pHl = PH4-(PH7-pH4) pHl0 = pH7+(pH7-pH4)

PH2 = pHl + PH pH3 = pH4 - pH pHl pH2 pH3 pH4 pH5 pH6 pH7 pH8 pH9 pHIO pHll pH12 pH13 36 51 65 80 95 109 124 139 153 168 183 197 212 (現在值-pH8)x(10/pH) = ( 1 45 - 1 3 9 )x( 1 0/ 1 5 ) = 4 首先上述80 5 1單晶片微處理器62可以確認145是界於 PH8與pH9之間，並計算出其小數點以下第一位之值，故可 計算出當輸入資料為145之相對pH值為ρΗ8· 4。 最後，詢問是否再進行量測，若是要繼續量測未知溶 液，則回到步驟S4 0再開始量測，若否，則結束。

591227 五、發明說明（15) 綜上所述及附圖所示之實施例，本案創作藉由上述各 電路之設計，其前端上述訊號檢測單元係採用一恆壓恆流· 電路，可針對影響感測度最大之溫度效應作一改善，而經· 由調整pH-ISFET感測元件工作參數使輸入電壓有利於下一 級電路工作，進而適用於各種pH-ISFET感測元件，以增加 其解析度和穩定性，利用兩點校正法先判斷出操作 p Η - I S F E T感測元件之感測度，進而能準確的量測出待測溶 液，在最後一級之讀出方面，亦將利用LCD面板，省電、 降低成本且清晰顯示出量測數據。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第18頁 591227 圖式簡單說明 第1圖為本發明之可攜式酸鹼值量測裝置1 0的示意 圖。 · 第2圖為一pH-ISFET感測元件1 1 0之結構示意圖。 · 第3圖係為一非晶形矽氫離子感測電晶體，固定汲源. 電壓為0. 2伏特和固定汲源電流為8 Ο /z A時所得到之閘極電 壓與pH值的關係圖。 第4圖為本發明之I SFET感測元件與訊號檢測單元之電_ 路示意圖。 第5圖為本發明之準位調整單元、類比/數位轉換單元· 及處理單元之電路示意圖。 第6圖為本發明之酸鹼值量測裝置之操作流程圖。 [符號說明] 1 0〜可攜式酸鹼值量測裝置； 110〜pH-ISFET感測元件； 1 2 0〜訊號檢測單元； 1 3 0〜準位調整單元； 1 4 0〜類比/數位轉換單元； 1 5 0〜處理單元； 2 4〜感測膜； 2 6〜介電層；

Al、A2、A4〜運算放大器； A3〜儀表放大器；

Dl、D2、D3〜齊納二極體；

Rl 、R2、R3 、R4、R7〜電阻器；

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第19頁 591227 圖式簡單說明 4 1〜電源開關； 1 3 1〜位準提供電路； C1〜電容器； 6 1〜類比/數位轉換器； 6 2〜8 0 5 1單晶片微處理器； 6 3〜L C D顯示器。

0619-7108TWF(N);Dennis.ptd 第20頁

Claims (1)

1. 591 Ή ί 上董正替換

   91110543 六、申請專利範圍

   修正

   1 · 一種可攜式酸驗值量測裝置，包括： 一酸驗離子感測場效電晶體（簡稱pH-ISFET)感測元 件，用以接觸一未知溶液； '............________________ ____________________ 、一訊號檢測單元，用以固定上述pH-ISFET感測元件之 沒-源極的電壓及電流，並量測上述pH—ISFET感測元件之 閘極的電壓作為一輸出信號； 一準位調整單元，耦接上述訊號檢測單元，調整上述 輪出信號的位準，作為一第一信號； 一類比/數位轉換單元，耦接上述準位調整單元，用 以轉換上述第一信號成為一數位信號；以及 、一處理單元，耦接上述類比/數位轉換單元，並將上 述數位信號與一對照表，以得到上述未知溶液之酸鹼值。 2·如申請專利範圍第丨項所述之可攜式酸鹼值量測裝 置’其中上述處理單元包括： 一80 5 1單晶片微處理器，耦接上述類比/數位轉換單 凡，產生一轉換致能信號至上述類比/數位轉換單元，、致 使亡述類比/數位轉換單元將上述第一信號轉換成上述數 位仏號後，並接收上述數位信號與上述對照表比 到未知溶液之酸驗值；以及 i 一一LCD顯示器，耦接上述8〇51單晶片微處理器， 顯示上述未知溶液之酸驗值。 3甘:申請專利範圍第2項所述之可攜式㈣值量測裝 置，其中上述對照表係上述8〇51單晶片微處理器於 述未知溶液前，根據一pH4及pH7的溶液產生之數位俨

   0619-7108TWFl(N);DENNIS.ptc 第21頁 六、申請專利範圍 計算出上述pHl〜pH13之 述上述8 0 5 1單晶片微處 4.如申請專利範圍 置’其中上述準位調整 一儀表放大器，_ 以將上述輸出信號之位 出一降位信號； 一運算放大器電路 倍數以作為上述第一信 5 ·如申請專利範圍 置，其中上述準位調整 一第一及第二電阻串聯 流電壓源跨接於上述齊 連接之上述第一及第二 提供至上述儀表放大器 對應數位值所建構而成，儲存於上 理器中。 ' 第1項所述之可攜式酸鹼值量測裝 單元，包括： 接上述輸出信號及一參考電壓，用 準減去上述參考電壓的位準後，輪 ’耦接上述降位信號，放大一既定 號。 第4項所述之可攜式酸驗值量測裝 單元，更包括一位準提供電路，由 後與一齊納一極體並聯，以及一直 納二極體之兩端所構成，透過串聯 電阻上的分壓’作為上述參考電壓

   甘 明 軛圍第3項所述之可攜式酸鹼值量測裝 置，其中上述80 5 1單晶片微處理器及LCD顯示 源導入時進行初始化（r e s e t)動作。 "" ' 8·如申請專利範圍第丨項所述之可攜式酸鹼值量測裝 L ΐi述^—ISFET感測元件為一非晶形三氧化鶴酸驗 離子感測场效電晶冑、及非晶形礙氫酸驗離子感測場效電

   9·如申請專利範圍第1項所述之可攜式酸鹼值量測裝 置，其中上述pH-ISFET感測元件為一二氧化鍚酸驗離子感· 測場效電晶體。 I 0·如申請專利範圍第1項所述之可攜式酸鹼值量測量· 裝置，其中上述pH-ISFET感測元件為一非晶形矽氫酸驗離 子感測場效電晶體。 II · 一種酸鹼值量測方法，適用於一可攜式酸驗值量， 測裝置’包括一酸驗離子感測場效電晶體（簡稱p Η — I s e T) 感測元件、一訊號檢測單元、一準位調整單元、一類比/ 數位轉換單元以及一處理單元，上述酸驗值量測方法包括 下列步驟： 利用上述pH-ISFET感測元件，分別感測一第一及第二 既疋pH值之〉谷液’以得到兩參考值’並根據上述兩參考值 建構一酸鹼值對照表； 利用上述pH-1 SFET感測元件感測一未知溶液，得到之 一數位值，根據上述數位值與上述酸鹼值對照表比對，產 生未知溶液之酸鹼值。 1 2 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之酸鹼值量測方法， 其中更包括於分別感測上述第一及第二既定pH值之溶液， 進行下列步驟： 初始化上述處理單元；以及 確認上述訊號檢測單元提供至上述丨SFET感測元件之 工作電流和電壓是否適當。

   0619-7108TWFl(N);DENNIS.ptc Γ-- 第23頁 591

   91110543 六、申請專利範圍 1 3 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之酸鹼值量測方法，. 更包括於上述訊號檢測單元所提供之電壓及電流不符合上 述感測元件之工作電流和電壓時，則利用調整第一、第二. 電阻器，以調整工作電流和電壓至一適當值。 1 4 ·如申請專利範圍第丨1項所述之酸鹼值量測方法， 其中上述感測一第一及第二既定pH值之溶液，以建構一酸 鹼值對照表的步驟，包括： (a) 將上述pH-ISFET感測元件之感測膜與一第一既定-pH值之緩衝液接觸； (b) 等一第一既定時間後，量測上述pH-ISFET之閘極 電壓； (c) 調整上述閘極電壓之位準至一適當位準； (d) 轉換上述調整過位準之上述閘極電壓成為一第一 數位訊號，作為上述第一參考值； (e) 將上述pH—ISFET感測元件之感測膜與一第二既定 pH值之緩衝液接觸，重複執行上述步驟（b)〜（d)，以得= 一第二數位信號，作為上述第二參考值； (f) 和用上述第一及第二參考值建構上述酸驗值照 •3& 〇 ^ •如甲請專利範圍第14項所述之酸鹼值量測方 其中上述第-既^時間為L5分鐘。 里射法 16.如申請專利範圍第12項所述之酸鹼 其中上述感測-未知溶液，得到之一數位值的里/方法括 下列步驟： 肛W灭鄉，包括

   0619-7108TWFl(N);DENNIS.ptc 第24頁 59^¾7正替換 ht*

   號 91110543 六、申請專利範 年 (a) 將上述PH-ISFET感測元件之感測膜與一未知溶液 接觸； (b) 等待一第二既定時間後，量測上述PH-ISFET之閘 極電壓； (c ) t周整上述閘極電壓之位準至一適當位準，以及 (d )將上述調整過位準之上述閘極電壓轉換成一數位 訊號作為上述數位值。 1 7 ·如申請專利範圍第〗6項户斤述之酸驗值量測方法， 其中上述第二既定時間為丨.5分鐘。 豆中^包^申-專μ利土範圍第1 1項所述之酸驗值量測方法， 兵Τ更包括顯不出未知溶液 4 ^驗值於一顯示單元中。

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