专利名称：自动温度补偿的精密笔式pH计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种只用一块集成电路，并具有自动温度补偿功能的精密笔式PH计，它能适用于各种水溶液PH值的精密测定，尤其适合环保、野外和现场精密测量，给携带和使用带来极大的方便，仪器精度优于0.01PH±1个字。
在国内外PH测量仪器的品种很多，从指针读数到数字显示，从人工手动温度补偿到自动温度补偿，但采用自动温度补偿的仪器只能在较高级的实验室内使用，而且制造成本高、价格昂贵。近年来一些国家开发了几种数字显示的袖珍式和笔式PH计，但前者只能采用人工手动温度补偿，操作误差较大，后者体积虽很小，但不能进行温度补偿，误差达0.2PH，因此不能作精密测量用。
本发明的目的是要提供一种只用一块集成电路，并具备自动温度补偿装置的精密笔式PH计，其玻璃PH电极、参比电极和电子线路复合成一体，外形呈笔状。它既能象笔一样挂入上衣口袋内携带，又能准确地测量水溶液PH值，精度可达0.01PH±1个字，而且成本极低，性能稳定，操作方便。
发明是这样实现的用玻璃PH电极和Ag-AgCl参比电极作PH测量传感器，半导体二极管作温度传感器，PH电极和参比电极在溶液中组成原电池，其电极电位输入至A/D集成电路的模拟输入端，温度传感器的信号送至集成电路的基准电压端来调整A/D集成电路的转换灵敏度，以抵消溶液温度的影响，达到精确测量PH值的目的，并以4位数字显示PH值。
本仪器能够保证有足够的准确度的关键之一在于正确地选择既符合奈斯特(Nernst)公式要求，又适合集成电路工作特性的半导体二极管做传感器，并施加一恒定的工作电流，利用二极管PN结正向压降随温度的变化规律达到精确补偿的目的。
下面结合附图对本发明作进一步的描述
图1A和1B是精密笔式PH计的外形图。
图2A、2B和2C是精密笔式PH计的结构图。
图3是原理方块图。
图4是电原理图。
本发明的精密笔式PH计由电极保护套(1)、衣袋挂钩(2)、“定位”调节器(3)、内充溶液补充器(4)、参比电极(5)、笔体(6)、“斜率”校正器(7)、电源(8)、开关(9)、显示电路(10)、玻璃PH电极(11)、自动温度补偿装置(12)、吸水海绵(13)组成。衣袋挂钩位于仪器的背面，象笔一样可以挂在上衣口袋内，显示器位于仪器正面，以便野外和现场精密测量PH值。
电子线路是由玻璃PH电极I·E，参比电极R·E与被测溶液组成一个原电池，其电极电位Ux作为A/D转换器的模似输入信号，通过调节仪器背面的“斜率”校正器R4使A/D转换器的转换性能符合奈斯特公式，并以数字显示对应的PH值。“定位”调节器R5的作用在于抵消电极的液接界电位、相界电位等等的截距电位。自动温度补偿装置是由场效应管V1、偏置电阻R7提供一合适的恒电流供温度传感器二极管线性工作，二极管PN结正向电压的变化及时控制着A/D集成电路的基准电压，参考点REFLO的变化(即基准电压的变化)随温度值调整A/D转换灵敏度，达到自动温度补偿的目的。
在玻璃PH电极引线端安装有一微型插头，便于该电极老化后或损坏后的拆卸更换。在参比电极的下端留有一注射孔，便于仪器经长期使用，内充溶液耗尽后的补充，以延长仪器使用寿命。在保护套内贴有一吸水海绵，以利于电极活化，便于快速测量。
本发明中采用的集成电路为双积分式3 1/2 位单片A/D转换器。当集成电路的基本外围元件的数值确定后，电路就有一个固定的采样积分时间(1000脉冲)，通过对电极电位Ux正向积分(采样积分)和对基准电压Uab反向积分(比较积分)的二次积分，将在采样时间内的电极电位Ux转换成与比较积分时间精确成正比的数值，并用计数器测出比较积分时间内的时钟脉冲数，就可得到与电极电位有关的数字值(即PH值)，当改变基准电压时电路的转换灵敏度同时改变。
电原理图中R1、R2、C2、C3、C4、C5为集成电路的基本外围元件，R1、C2确定电路时钟频率C3为基准电容，比较积分时基准电压就记忆在该电容上。C4为自动调零电容，在每一工作周期前，自动调零一次，以消除集成电路内各运算放大器的工作漂移。R2和C5为积分电阻和电容。V2为温度传感器，V1、R7提供一合适的恒定工作电流。C1为消除高频干扰的滤波电容。
集成电路片内提供了一个稳定的2.8V左右的电压。通过R3、R4、R5、R6组成了三个分压点。Ua点提供了转换器的基准电压，由于电极的实际斜率并非奈斯特理论值，调节R4可以使电极斜率得到校正，即确定A/D(mv/pH)转换灵敏度。Uc点提供了调整电极零电位需要的“定位”电压。Ub点为基准电压参考点，当溶液温度变化时随着二极管V2的正向压降的变化自动控制着基准参考点，即自动调整着A/D(mv/pH)转换灵敏度，以准确抵消温度对电极斜率的影响，并以LCD显示PH值。
权利要求
1.一种自动温度补偿的精密笔式PH计，其特征在于a、玻璃PH电极、参比电极和电子线路复合成一体，其外形呈笔状。b、采用了设计新颖的二极管自动温度补偿装置。c、采用3 1/2 位A/D转换集成电路，并以微型LCD显示使PH值数字化。d、玻璃PH电极损坏后可拆卸更换，参比电极内充溶液可补充。
2.据权利要求1所述的精密笔式PH计，其特征是由电极保护套(1)、衣袋挂钩(2)、“定位”调节器(3)、内充溶液补充器(4)、参比电极(5)、笔体(6)、斜率校正器(7)、电源(8)、开关(9)、显示电路(10)、玻璃PH电极(11)、自动温度补偿装置(12)、吸水海棉(13)组成。
3.据权利要求1所述的精密笔式PH计，其特征是挂钩位于仪器的背面象笔一样挂在上衣口袋内，显示器位于仪器正面，以便野外和现场精密测量PH值。
4.据权利要求1所述的电子线路，其特征是由玻璃PH电极I·E，参比电极R·E与被测溶液组成一个原电池，其电极电位U作为A/D转换器的模拟输入信号，通过调节仪器背面的“斜率”校正器R4使A/D转换器的转换性能符合奈斯特公式，并以数字显示对应的PH值。“定位”调节器R5的作用在于抵消电极的液接界电位、相界电位等等的截距电位。
5.据权利要求1所述的自动温度补偿装置，其特征是由场致应管V1、偏置电阻R7提供一合适的恒电流供温度传感器二极管线性工作，二极管PN结正向电压的变化，及时控制着A/D集成电路的基准电压，参考点REFLO的变化(即基准电压的变化)随温度值调整A/D转换灵敏度，达到自动温度补偿的目的。
6.据权利要求1所述的可拆卸更换的PH玻璃电极和可补充内充溶液的参比电极，其特征是在玻璃PH电极引线端安装有一微型插头，便于该电极老化后或损坏后的更换和在参比电极的下端留有一注射孔，便于仪器经长期使用，内充溶液耗尽后的补充，以延长仪器使用寿命。
7.据权利要求1所述的电极保护套，其特征是在保护套内贴有一吸水海绵以利于电极活化，便于快速测量。
全文摘要
一种只用一块集成电路，并具有自动温度补偿功能的精密笔式pH计，它能适用于各种水溶液pH值的精密测定，仪器精度优于0.01pH±1个字。由于采用了新颖的结构设计，玻璃pH电极、参比电极和电子线路复合成一体，还采用了3(1/2)位A/D转换集成电路，并以微型LCD显示使pH值数字化。该pH计的外形呈笔状，能象笔一样挂入上衣口袋内携带，适合于环保、野外和现场精密测量。
文档编号G01N27/416GK1045183SQ8910111
公开日1990年9月5日 申请日期1989年2月24日 优先权日1989年2月24日
发明者王庭阳 申请人:王庭阳