自清洁非线性pH电极的研制

【摘要】：目前,水污染给自然环境和人们的身心健康带来了不容忽视的危害。在现实生活中,各种用水都应该以水质分析结果为依据,才能做出准确的判断和评价。在进行水质检测时,p H是水质检测的一个重要参数,是控制生活污水和工业废水排放的一个重要指标。国家环境监督管理局规定,企业工厂排放工业废水及污水的p H值需保持在6-9范围内,国家环境监测站也将p H值检测作为工业排放污水和废水的重要控制指标。近年来随着仪器仪表自动化和智能化的发展,使得p H检测变得更加方便快捷,p H测试仪的出现代替了传统的手工测量分析。但是科技进步带来便利的同时,一些弊端也在应用中逐渐显露。在p H测试仪器测量p H值时,由于其传感器是利用电化学的机理制作的,随着检测次数的增加,电解液逐渐损耗,测量误差会逐渐加大。此外,外界环境因素例如分类垃圾、油污等杂质又会使电极在测量过程中受到二次污染,使电极的寿命缩短,灵敏度降低,影响测量结果,甚至损坏仪器。目前p H电极自清洗装置非常少,只能适用于特殊的场合,不能应用到实际生活中。因此自清洗p H电极的研制,在解决复杂环境下的p H快速检测,具有重要的意义。本论文应用新型的微控制技术,在现有的水质分析传感器技术的基础上对水质检测进行深入的探究,设计了一种自清洁的p H电极。本设计基于ARM7微控制器LPC2138作为主控芯片,应用16位的A/D转换器ADS8320来实现对信号的高精度转换,应用PWM脉冲控制步进电机进行电极清洁装置的精确控制。为了保证电源的利用率,设计了交直流电源自动切换电路。为数据的传输提供可靠的通信接口,有独立完善的上位机操作界面。设计的p H电极可以实现在多种环境下p H值和温度的在线测量与分析,可以实现电极的自动清洁。具有体积小,低功耗,反应速度快,测量结果精确,操作方便等特点。 【关键词】：水质检测 p H测量 pH电极 自清洁 温度测量
【学位授予单位】：吉林建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X832;O657.1
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题背景12
• 1.2 本课题研究的目的及意义12-13
• 1.3 国内外研究现状及分析13-16
• 1.3.1 国外发展现状13-15
• 1.3.2 国内发展现状15-16
• 1.4 本课题研究的内容16
• 1.5 本章小结16-18
• 第2章 测量原理分析及整体方案设计18-28
• 2.1 pH测量原理及分析18-21
• 2.1.1 pH定义及测量方法18-19
• 2.1.2 电位分析法测量pH原理19-21
• 2.2 温度对pH测量影响21-24
• 2.2.1 pH测量温度补偿21-22
• 2.2.2 pH测量两点定标与校正22-24
• 2.3 温度测量原理及分析24-26
• 2.3.1 温度测量原理24-25
• 2.3.2 测量中的定向计算与误差分析25-26
• 2.4 整体方案设计26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 硬件电路设计28-47
• 3.1 硬件电路总体设计方案28-29
• 3.2 器件选择29-33
• 3.2.1 主控芯片的选择29-30
• 3.2.2 高精度差分放大器的选择30-32
• 3.2.3 A/D转换器的选择32
• 3.2.4 串口通讯芯片的选择32
• 3.2.5 系统供电转换器件的选择32-33
• 3.3 各个模块电路的设计33-46
• 3.3.1 主控电路的设计33-35
• 3.3.2 pH测量电路的设计35-37
• 3.3.3 温度测量电路的设计37-38
• 3.3.4 A/D采集电路的设计38-40
• 3.3.5 液晶显示电路的设计40-41
• 3.3.6 串口通讯电路的设计41-42
• 3.3.7 EEPROM存储电路的设计42
• 3.3.8 步进电机自清洁电路的设计42-44
• 3.3.9 电源供电电路的设计44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 软件设计47-58
• 4.1 系统下位机程序设计47-55
• 4.1.1 开发环境及开发语言47-48
• 4.1.2 微控制器LPC2138 的配置48
• 4.1.3 液晶显示程序设计48-51
• 4.1.4 系统整体程序设计51-52
• 4.1.5 温度测量程序设计52
• 4.1.6 pH定标程序设计52-53
• 4.1.7 pH测量子程序设计53-54
• 4.1.8 分时复用模拟开关程序设计54-55
• 4.2 系统上位机程序设计55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 实验结果及分析58-61
• 5.1 温度测量数据及分析58-59
• 5.2 pH测量数据及分析59
• 5.3 误差分析59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 总结展望61-63
• 参考文献63-67
• 附录67-82
• 攻读学位期间发表的学术论文82-84
• 致谢84

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