Analysieren Sie den Grundaufbau und das Funktionsprinzip des pH-Meters
Das Instrument zur Messung des pH-Wertes einer Lösung ist ein Säuremessgerät (auch pH-Meter genannt), das nach der praktischen Definition des pH-Wertes konzipiert ist. Das Instrument zur Messung der Aktivität (Konzentration) des zu messenden Ions in der Lösung ist ein Ionenmeter. Da Säuremessgeräte die elektromotorische Kraft zwischen den beiden Elektroden chemischer Batterien mit hohem Innenwiderstand messen, sind ihre Strukturprinzipien grundsätzlich gleich, und oft verfügt dasselbe Instrument über mehrere Funktionen, die pH und pX messen und auch mV messen können.
1. Der Grundaufbau des Instruments:
Es gibt viele Modelle von Säuremessgeräten und Ionenmessgeräten, die in Laboratorien verwendet werden, aber ihre Strukturen bestehen im Allgemeinen aus zwei Teilen, nämlich dem Elektrodensystem und dem hochohmigen Millivoltmeter. Die Elektrode und die zu testende Lösung bilden eine Primärbatterie, und die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden wird mit einem Millivoltmeter gemessen. Nachdem die Potentialdifferenz durch eine Verstärkerschaltung verstärkt wurde, wird sie von einem Amperemeter oder einer digitalen Röhre angezeigt. Entsprechend den Eigenschaften von pH-Glaselektroden und verschiedenen ionenselektiven Elektroden (ionenselektiven Elektroden) müssen Säuremessgeräte und Ionenmessgeräte eine hohe Impedanz, positive und negative Polarität aufweisen und positive und negative Ionen der Testlösung messen können. Das Instrument muss besser sein. Daher besteht im Eingangsteil des Instruments die Differenzpaarschaltung aus Feldeffekttransistoren mit hoher Eingangsimpedanz, und die aus Doppeltrioden bestehende Konstantstromquelle sorgt dafür, dass der Arbeitspunkt des Differenzpaars festgelegt ist um die Drift des Signals zu reduzieren; In der Mitte des Instruments befindet sich eine Filterschaltung, um die Störung hochfrequenter Signale zu verhindern. Die Funktion des Temperaturkompensationsnetzwerks besteht darin, zu verhindern, dass das Elektrodensignal durch Temperaturänderungen beeinflusst wird. Das Ionenmessgerät mit direkter Ablesefunktion der Konzentration verfügt außerdem über einen Anti-Log-Verstärker, der den pX-Wert in den Konzentrationswert des gemessenen Ions umwandelt und ihn direkt auf dem Display anzeigt.
2. Das Funktionsprinzip des Instruments
In der chemischen Batterie des Säuremessgeräts ist die Indikatorelektrode eine pH-Glaselektrode und die Referenzelektrode eine gesättigte Kalomelelektrode. Heutzutage verwendet das Säuremessgerät hauptsächlich die pH-Verbindungselektrode, die beide miteinander kombiniert.
In der chemischen Batterie des Ionenmessgeräts sind die Indikatorelektroden meist verschiedene ionenselektive Elektroden und die Referenzelektroden sind meist gesättigte Kalomelelektroden. Beide Instrumente funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Während des Messvorgangs gelangt das von der chemischen Batterie des Instruments erzeugte Potenzialsignal zur Impedanzumwandlung in den aus Differenzpaaren bestehenden Source-Folger und wird, nachdem es zu einem Signal mit niedriger Impedanz wird, in den nichtinvertierenden Anschluss des Betriebs eingegeben Verstärker durch einen Widerstand und verstärkt durch den Operationsverstärker. Schließlich durchläuft das Ausgangssignal den mV-Block, den pH-Block und den pX-Block des Instruments (das Allzweck-Ionenmessgerät hat diese drei Funktionen) und dann das Gate des Feldeffekttransistors des Source Followers den Rückkopplungskreis und gelangt dann in den Operationsverstärker. Der invertierende Eingangsanschluss der Schaltung bildet eine Spannungsserien-Gegenkopplung. Daher werden die verstärkten Elektrodensignale jeweils in jedem Gang des mV-, pH- und pX-Inphase-Eingangs erhalten. Wenn sich im elektrochemischen Prozess die Temperatur ändert, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers nach Durchlaufen des Temperaturkompensationsnetzwerks korrigiert. Aufgrund der Funktion des Subtrahierers wird das temperaturkompensierte Elektrodensignal gefiltert. Jeder ganzzahlige Teil, der dem „Nennpotentialwert“ des Instrumentenmodells entspricht, wird vom Range Extender subtrahiert und angezeigt. Jeder Mantissenwert, der kleiner als der „Nennpotentialwert“ ist, wird in der Kopfzeile der Anzeige angezeigt
Merkmale des pH-Meters:
Das pH-Meter bietet die Vorteile hoher Präzision, hoher Zuverlässigkeit sowie bequemer Installation und Wartung. Außerdem reagiert es empfindlich auf Verschmutzung und muss häufig kalibriert werden. Im Allgemeinen erfolgt die Kalibrierung alle ein bis eineinhalb Monate und der Austausch der Elektrode alle zwei Jahre. Das Glas der pH-Elektrode altert mit der Zeit allmählich, der Gradient verschlechtert sich und es wird lange dauern, bis ein stabiles Potential erreicht wird. Die Lebensdauer allgemeiner Elektroden kann bis zu zwei Jahre betragen. Darüber hinaus hat auch die Temperatur einen großen Einfluss auf die Alterung, und der Alterungsgrad einer mehrwöchigen Lagerung bei 100 Grad Celsius entspricht dem Alterungsgrad einer Lagerung im Gewächshaus für das nächste Jahr.
