开题报告---PH监测系统.doc
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1、。毕业设计(论文)开题报告 设计(论文)题目: 基于VB与单片机的pH值 监测系统设计 院 系 名 称: 电气与信息工程学院 专 业 班 级: 测控技术与仪器10-1班 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 2014年3月30日 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日-可编辑修改-一、课题研究目的和意义 随着社会不断发展和人民生活水平的不断提高,人们开始不断的关注自己的及人类所处环境的问题。水是生命的起源,但由于近代工业的飞速发展,对我们赖以生存的水资源造成了严重污染,由于水的pH值偏酸性或偏碱性,在人体内都可能引起中毒。在工业生产中,溶液酸碱度的检测同样具有重要意义。测量工
2、业废水的酸碱度,以便选择合适的化学物质进行中和,使其生成无毒无污染便于沉淀或蒸发的物质。这样才能更好的解决和处理水污染问题。因此,设计一套简单可行的水pH值监测系统将在今后的环境保护与治理中将起到重要作用1。 该课题可以锻炼本专业学生的传感器应用电路设计、智能化仪器、通讯电路设计以及简单产品的开发能力。二、 文献综述(课题研究现状及分析)pH测试仪在日本发展很快,特别是70年代和80年代,日本的产品紧跟时代潮流,每个时期的产品都具有时代的特点,都具有代表性及世界的先进性。世界上第一台商品pH计2,是Arnold Beckman于1936年研制生产的。工业pH计的问世约于4O年代末期。日本生产的
3、第一台工业pH计是于1951年由日本电气式化学计研究所(DKK 前身)研制生产的,1953年日本横河电机开始研制生产工业pH计。 初期的pH 测定装置是由传感器亦称发送器(包括玻璃电极、参比电极、温度补偿元件)和阻抗变换、放大、指示的电子单元两部分组成。人们习惯上把阻抗变换、放大、指示部分叫pH计或pH变送器3。而现代的工业pH测定装置,或称为工业pH计,则应包括pH传感器、支架、pH变送器,安全保持器、电极清洗单元、配电箱等一个完整的系统。70年代是工业pH测试仪具有突破性进展的年代。由于生产过程监测和控制的实际需要和先进的科学技术的开发,IC和FET的出现,使工业pH计在7O年代取得了突破
4、性的进展4。日本横河电机利用FET和IC组成的高输入阻抗变换器体积小的特点,于1971年首次推出由pH传感器、高阻变换器和指示器构成一体化结构的8511型(流通式)pH变送器,并由pH变送器、超声波振荡器和安全保持器组成小型工业pH 系统。该仪器首次把2线式传输方式用于工业pH计系统,从而简化了本质安全防爆的结构设计5。1975年,日立生产的K-7型工业pH计中,首次将玻璃电极、比较电极和温度补偿电极一体化,构成复合电极,这种复合电极的出现,无疑为pH传感器的小型化作出了贡献。1979年,横河电机在8511型pH 变送器的基础上,推出pH6F型pH变送器;后又于1982年推出pH8F型pH变送
5、器。并由pH 8 F型变送器与pH传感器及其辅助设备构成了pH 系列。该pH系列曾在我国1983年多国仪器仪表展览会上展出,受到好评6。80年代是工业pH计微机化、智能化的年代。自从1971年微处理机问世以来,由于其独特的功能,引起了人们极大的兴趣。科研生产单位首先研制生产了带微处理机的实验室pH计7。而工业pH计的微机化约于1983年。1984年日本电气化学计生产了HBM51型带微机的工业pH计。该仪器能够进行pH自动校正和电极的自动清洗。仪器采用液晶7段数字显示,具有校正时电极电位稳定性判断功能;检量线运算功能,用液晶显示校正异常和电极劣化功能;上下限调节功能,任意设定量程功能;输出同步功
6、能及pH标准液在各温度下pH值的存储功能等。1987年9月,日本横河电机在pH系列的基础上推出具有自诊断功能的TM20BG型工业pH计。该仪器为一体化结构,具有高可靠性、多功能、使用维护方便等特点。1989年月本横河电机又推出EXAPH pH 200 G型智能式工业pH计,仪器配有微处理机,据称该EXA型pH计是世界上第一台智能2线式工业pH计8。90年代是工业pH计微机化、智能化普及的年代9。90年代用户对工业pH计的要求为:可靠性高、易维护、成本低、操作方便、小型、防爆且能在条件恶劣的场所使用。要求仪器具有传感器自诊断、标准液自动校正,电极自动清洗,以及具有人机对话和通讯功能。产品系列化,
7、为满足不同用户的要求,仪器应具有多种电极清洗方式,可供用户选用。2线式传输,具有标准信号输出,便于和计算机联用。可以一种机器多种用途,仪器不仅可检测pH值,也可对ORP(氧化还原电位)、电导率、离子浓度、温度等一项或几项联合检测10。三、基本内容、拟解决的主要问题;设计的基本内容:本pH监测系统,归属于电位式分析仪器。在测量溶液中的氢离子浓度时用到电位分析法。电位分析法是指通过三电极测量系统与被测溶液构成的测量电池(原电池)的电动势,获知被测溶液离子浓度的分析方法。用于该分析法的仪器成为电位式分析仪器。电位式分析仪器主要由测量电池和高阻毫伏计(离子计)两部分组成。测量电池是由指示电极、参比电极
8、和被测溶液构成的原电池,参比电极的电极电位不随被测溶液浓度的变化而变化,指示电极对被测溶液中待测离子很敏感,其电极电位是待测离子浓度的函数,所以原电池的电动势与待测离子的浓度有一一对应的关系,可见,原电池的作用是把难以直接测量的离子浓度转换成容易测量的电学量(测量电池的电动势)。高阻毫伏计是检测测量电池电动势的电子仪器,如果它兼有直接读出待测离子浓度的功能,就是离子计。电位式测量仪器,它用软件来完成电位、pH浓度的测定。它能进行背景校正,以及温度自动补偿、自动校正等多种功能。本pH监测系统设计是一个可以检测及显示当前液体pH值的便携仪器。该仪器应能独立检测测量值,同时应具有与PC机通讯功能,即
9、可通过PC显示并检测测量值。此装置应具有一定的存储能力可以存储一段时间内的测量数据。对于本设计的分析以及解决方法如下:1、PH值的定义:PH值是水溶液最重要的理化参数之一。凡涉及水溶液的自然现象,化学变化以及生产过程都与pH值有关。水的pH值是表示水中氢离子活度的负对数值,表示为:pH=-lg aH+pH值有时也称氢离子指数,由于氢离子活度的数值往往很小,在应用上很不方便,所以就用pH值这一概念来作为水溶液酸性、碱性的判断指标。而且,氢离子活度的负对数值能够表示出酸性、碱性的变化幅度的数量级的大小,这样应用起来就十分方便,并由此得到:(1)中性水溶液,pH=-1g aH+=-1g 10(-7)
10、=7(2)酸性水溶液,pH7,pH值越大,表示碱性越强。2、pH标度:pH测量是一种相对测量,它仅仅指示标准溶液与未知溶液之间的pH差别,实际测量时,需要用标准缓冲溶液定期进行校准。因此,为了达到量值的一致,必须建立pH标度。pH表度范围定为014pH,pH标度的量值由基准缓冲溶液的pHs值确定。因此,pH标度的含义可表达为:根据pH定义,在014pH范围内选择若干个pH缓冲溶液作为pH标度的固定点,并且采用当代技术能达到的最准确的方法测定它们的pHs值。国际上有二种pH标度,即多种基准pH标度和单种基准pH标度。3、pH测量标定校准:pH测量通常有比色法和电极法二种。比色法不需要标定,而电极
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