TWM478819U - 離子濃度分析設備及阻抗量測裝置 - Google Patents

Description

離子濃度分析設備及阻抗量測裝置

本新型是有關於一種設備及裝置，特別是指一種離子濃度分析設備及阻抗量測裝置

電解絕緣半導體(Electrolyte insulator semiconductor，EIS)離子感測器主要為量測液體中的氫離子濃度，氫離子濃度則影響水的酸鹼值。所以當量測氫離子濃度時，也相對在量測溶液之pH值。現有EIS感測器的量測大部分還是使用高階阻抗分析儀(LCR METER)做電容值量測操作，因EIS感測器之電容為奈米量度，所以需相當精準的量測設備，而LCR METER往往體積龐大、價錢昂貴且攜帶不便，且無法直接量得離子濃度，其離子濃度僅能由極化電壓阻抗與離子濃度關係，間接作圖求得，此法十分費時，是目前亟需解決的問題。

因此，本新型之目的，即在提供一種解決上述問題的離子濃度分析設備及阻抗量測裝置。

離子濃度分析設備包含：一阻抗量測裝置及一阻抗至濃度轉換器。

阻抗量測裝置包括：一信號產生器、一切換器 、一電阻、一電壓偵測器及一處理器。

信號產生器將一直流信號與一交流信號加總後產生一具有一操作頻率的輸入信號。

切換器具有一第一端、一電連接一校準電容的第二端，及一電連接一離子感測器的第三端，且該切換器受一控制信號控制使其第一端選擇地電連接該第二端或該第三端。

電阻具有一電連接該信號產生器以接收該輸入信號的第一端，及一電連接該切換器的第一端的第二端，且其第一端及第二端間根據該輸入信號產生一跨壓。

電壓偵測器電連接該電阻的第一及第二端以偵測該跨壓，且當該切換器的第一端電連接該第二端時，該電壓偵測器根據該跨壓產生一相關於該校準電容的阻抗值的第一偵測電壓，當該切換器的第一端電連接該第三端時，該電壓偵測器根據該跨壓產生一相關於該離子感測器的阻抗值的第二偵測電壓。

處理器儲存該校準電容的阻抗值，且電連接該切換器及該電壓偵測器，以提供該控制信號來控制該該切換器，並分別接收來自該電壓偵測器的第一及第二偵測電壓，並根據該第一及第二偵測電壓的比值與該校準電容的阻抗值進行運算產生一運算結果，該運算結果指示該離子感測器的阻抗值。

阻抗至濃度轉換器對應不同酸鹼濃度建構一轉換表，該轉換表記錄多個直流極化電壓、多個阻抗值與離 子濃度的對應關係，且電連接該處理器以接收該運算結果，並根據該運算結果從該轉換表中進行比對與內插值運算以得到對應的離子濃度。

本新型之功效在於使量測簡單、體積更小且降低成本。

1‧‧‧離子濃度分析設備

25‧‧‧處理器

2‧‧‧阻抗量測裝置

3‧‧‧阻抗至濃度轉換器

21‧‧‧信號產生器

4‧‧‧校準電容

22‧‧‧電壓偵測器

5‧‧‧離子感測器

23‧‧‧切換器

6‧‧‧離子濃液

231‧‧‧第一端

211‧‧‧加法器

232‧‧‧第二端

221‧‧‧儀表放大器

233‧‧‧第三端

24‧‧‧電阻

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本新型離子濃度分析設備之第一較佳實施例的電路圖；圖2是該第一較佳實施例的元件圖；圖3是一阻抗與離子濃度的對應圖。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本新型離子濃度分析設備1之第一較佳實施例，適用選擇地電連接一校準電容4或一離子感測器5，在本實施例中，該離子感測器5是一電解絕緣半導體(Electrolyte insulator semiconductor，EIS)離子感測器，且放置於一離子濃液6中，且該離子濃度分析設備1包含一阻抗量測裝置2及一阻抗至濃度轉換器3。

該阻抗量測裝置2包括一信號產生器21、一切換器23、一電阻24、一電壓偵測器22，及一處理器25。

該信號產生器21將一直流信號與一交流信號加總後產生一具有一操作頻率的輸入信號，參閱圖2，該信號產生器21是一加法器211。

回到圖1，切換器23具有一第一端231、一電連接該校準電容4的第二端232，及一電連接該離子感測器5的第三端233，且該切換器23受一控制信號控制使其第一端選擇地電連接該第二端232或該第三端233。

電阻24具有一電連接該信號產生器21以接收該輸入信號的第一端，及一電連接該切換器23的第一端的第二端，且其第一端及第二端間根據該輸入信號產生一跨壓。

電壓偵測器22電連接該電阻24的第一及第二端以偵測該跨壓，且當該切換器23的第一端231電連接該第二端232時，該電壓偵測器22根據該跨壓產生一相關於該校準電容4的阻抗值的第一偵測電壓，當該切換器23的第一端231電連接該第三端233時，該電壓偵測器22根據該跨壓產生一相關於該離子感測器5的阻抗值的第二偵測電壓，參閱圖2，該電壓偵測器22是一儀表放大器221。

處理器25儲存該校準電容4的阻抗值，且電連接該切換器23及該電壓偵測器22，以提供該控制信號來控制該該切換器23，並分別接收來自該電壓偵測器22的第一及第二偵測電壓，並根據該第一及第二偵測電壓的比例與該校準電容4的阻抗值進行運算產生一運算結果，該運算結果指示該離子感測器5的阻抗值。該運算結果如下數學 式所推導：參閱圖1中電阻24、校準電容4及離子感測器5所構成的迴路，假設電阻24的阻抗遠小於校準電容4的阻抗值、該離子感測器5的阻抗值，因此，可推得式1

其中，參數V_ZO 為校準電容4上的電壓，參數V_ZX 為離子感測器5上的電壓，參數R為電阻24的電阻值，參數Z_X 、Z_O 分別是校準電容的阻抗值、離子感測器的阻抗值，參數V1、V2分別對應校準電容4、離子感測器5時電阻24上的跨壓，若電壓偵測器22的增益為一時，參數V1、V2也分別就是第一偵測電壓、第二偵測電壓。

由式1可推得式2如下：

阻抗至濃度轉換器3對應不同酸鹼濃度建構一轉換表，參閱圖3，該轉換表記錄多個直流極化電壓、多個阻抗值與離子濃度的對應關係，該直流極化電壓是該信號產生器21所產生的直流信號，且阻抗至濃度轉換器3電連接該處理器25以接收該運算結果，並根據該運算結果從該轉換表中進行比對與內插值運算以得到對應的離子濃度。

綜上所述，利用量測電連接校準電容4時的電阻24之電壓，用電壓比例計算出離子感測器5也就是EIS感測器的電容值，而由已知酸鹼濃度所建立的校準數據比對即可判定待測溶液的PH值大小，避免計算電流值而造成 的誤差，可在提高量測的精確度，又同時更簡化繁雜的計算過程，使量測簡單、體積更小且降低量測成本，能解決先前技術所遭遇的問題。故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧離子濃度分析設備

2‧‧‧阻抗量測裝置

21‧‧‧信號產生器

22‧‧‧電壓偵測器

23‧‧‧切換器

231‧‧‧第一端

232‧‧‧第二端

233‧‧‧第三端

24‧‧‧電阻

25‧‧‧處理器

3‧‧‧阻抗至濃度轉換器

4‧‧‧校準電容

5‧‧‧離子感測器

6‧‧‧離子濃液

Claims (8)

1. 一種離子濃度分析設備，包含：一阻抗量測裝置，包括：一信號產生器，將一直流信號與一交流信號加總後產生一具有一操作頻率的輸入信號，一切換器，具有一第一端、一電連接一校準電容的第二端，及一電連接一離子感測器的第三端，且該切換器受一控制信號控制使其第一端選擇地電連接該第二端或該第三端，一電阻，具有一電連接該信號產生器以接收該輸入信號的第一端，及一電連接該切換器的第一端的第二端，且其第一端及第二端間根據該輸入信號產生一跨壓，一電壓偵測器，電連接該電阻的第一及第二端以偵測該跨壓，且當該切換器的第一端電連接該第二端時，該電壓偵測器根據該跨壓產生一相關於該校準電容的阻抗值的第一偵測電壓，當該切換器的第一端電連接該第三端時，該電壓偵測器根據該跨壓產生一相關於該離子感測器的阻抗值的第二偵測電壓，及一處理器，儲存該校準電容的阻抗值，且電連接該切換器及該電壓偵測器，以提供該控制信號來控制該該切換器，並分別接收來自該電壓偵測器的第一及第二偵測電壓，並根據該第一及第二偵測電 壓的比值與該校準電容的阻抗值進行運算產生一運算結果，該運算結果指示該離子感測器的阻抗值；及一阻抗至濃度轉換器，對應不同酸鹼濃度建構一轉換表，該轉換表記錄多個直流極化電壓、多個阻抗值與離子濃度的對應關係，且電連接該處理器以接收該運算結果，並根據該運算結果從該轉換表中比對與內插值運算以得到對應的離子濃度。
2. 如請求項1所述的離子濃度分析設備，其中，該信號產生器是一加法器。
3. 如請求項1所述的離子濃度分析設備，其中，該電壓偵測器是一儀表放大器。
4. 如請求項1所述的離子濃度分析設備，其中，該離子感測器是一電解絕緣半導體離子感測器。
5. 一種阻抗量測裝置，包括：一信號產生器，將一直流信號與一交流信號加總後產生一具有一操作頻率的輸入信號，一切換器，具有一第一端、一電連接一校準電容的第二端，及一電連接一離子感測器的第三端，且該切換器受一控制信號控制使其第一端選擇地電連接該第二端或該第三端，一電阻，具有一電連接該信號產生器以接收該輸入信號的第一端，及一電連接該切換器的第一端的第二端，且其第一端及第二端間根據該輸入信號產生一跨壓， 一電壓偵測器，電連接該電阻的第一及第二端以偵測該跨壓，且當該切換器的第一端電連接該第二端時，該電壓偵測器根據該跨壓產生一相關於該校準電容的阻抗值的第一偵測電壓，當該切換器的第一端電連接該第三端時，該電壓偵測器根據該跨壓產生一相關於該離子感測器的阻抗值的第二偵測電壓，及一處理器，儲存該校準電容的阻抗值，且電連接該切換器及該電壓偵測器，以提供該控制信號來控制該該切換器，並分別接收來自該電壓偵測器的第一及第二偵測電壓，並根據該第一及第二偵測電壓的比值與該校準電容的阻抗值進行運算產生一運算結果，該運算結果指示該離子感測器的阻抗值。
6. 如請求項所述5的阻抗量測裝置，其中，該信號產生器是一加法器。
7. 如請求項5所述的阻抗量測裝置，其中，該電壓偵測器是一儀表放大器。
8. 如請求項5所述的阻抗量測裝置，其中，該離子感測器是一電解絕緣半導體離子感測器。