染液pH檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、pH值檢測與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、科學(xué)研究等領(lǐng)域密切相關(guān)，其研究也備受國內(nèi)外關(guān)注。在染整行業(yè)，pH監(jiān)控是染色工藝過程中一個重要的環(huán)節(jié)，遺憾的是當前普遍使用的檢測傳感器pH玻璃電極存在的一些不足，使其并不適用于染色過程復(fù)雜的染液環(huán)境的pH檢測，因此尋找一種有效的解決方案，具有重要的價值和現(xiàn)實意義。
　　為此，本文提出了一種基于中性載體三正十二胺PVC膜pH電極染液pH檢測系統(tǒng)。首先從PVC膜pH電極結(jié)構(gòu)原理出發(fā)，運用電化學(xué)原理，提

2、出pH電極制備方法及優(yōu)化方案，旨在克服當前染色過程染液pH檢測所使用的傳統(tǒng)pH玻璃電極對染液pH檢測反應(yīng)遲緩、長期穩(wěn)定性差、不耐腐蝕、易破碎以及不易維護等缺陷。其次，結(jié)合自主研制的pH電極的特性，開發(fā)設(shè)計pH檢測軟硬件系統(tǒng)。
　　針對中性載體三正十二胺的PVC膜pH電極穩(wěn)定性欠佳、響應(yīng)時間長的缺點，本課題研究了電極功能結(jié)構(gòu)以及各結(jié)構(gòu)對性能影響關(guān)系，提出以絲網(wǎng)印刷碳糊電極為基底，采用恒電位法電聚合制備固態(tài)導(dǎo)電聚合物PEDOT(PSS

3、)層作為固態(tài)電解質(zhì)，探討聚合方法、聚合電位、聚合電量對響應(yīng)時間、穩(wěn)定性的影響規(guī)律，制備并優(yōu)化得到具有高氧化還原電容及導(dǎo)電性良好的PEDOT薄膜；手動滴涂含中性粒氫離子載體、以聚氯乙烯為支撐體的敏感膜，制備全固態(tài)平板型pH電極，并通過大量實驗研究敏感膜厚對電極性能影響并得到優(yōu)化的膜厚度。在不同的pH溶液中使用開路電動勢法測試pH電極性能，研究表明，經(jīng)固態(tài)電解質(zhì)及敏感膜厚優(yōu)化的電極靈敏度為-55.7±0.5mV/pH(r2>0.9980)(

4、24±1℃)，穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等方面較以往基于三正十二胺的pH電極有了較大提升。相較傳統(tǒng)的主流工業(yè)用pH玻璃電極，本文所設(shè)計中性載體PVC膜pH電極在普通水溶液中的測量精度、檢測范圍上雖有所欠缺，但已足夠滿足染色過程pH檢測的要求；此外電極制備簡易、維護成本低、易于微型化、不易破碎、更耐高溫、抗腐蝕性強等特性，在染色過程檢測應(yīng)用較玻璃pH電極更有優(yōu)勢。
　　針對阻抗匹配問題，采用高阻抗低失調(diào)電壓ADA4505-2設(shè)計了電壓跟隨器以

5、保證信號完整性；針對pH高阻抗信號易受測量環(huán)境因素的干擾，選用高精度低失調(diào)電壓運放芯片OPA335并設(shè)計了一階、二階低通濾波電路；為避免信號干擾，設(shè)計并實現(xiàn)了限幅消抖軟濾波算法；針對溫度對pH檢測的影響，本文設(shè)計了溫度檢測電路以及溫度補償算法設(shè)計，提高pH換算準確性。結(jié)合中性載體pH電極，該檢測軟硬件系統(tǒng)在染液pH檢測過程中表現(xiàn)出快速響應(yīng)特性以及良好的穩(wěn)定性，通過與以玻璃電極為傳感器的PHS-3C酸度計對比實驗證明了本文設(shè)計系統(tǒng)在染液p