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水硬度在线检测仪的设计与实现

作　者: 王虹
导　师: 王永清
学　校: 河北大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 离子选择性电极水硬度阻抗变换单片机在线测量
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

离子选择性电极是一种电化学传感器,自1906年发明了第一支pH玻璃电极以来,已有100多年的发展历史,目前,已经可以生产多种商品电极。离子选择性电极用于测量离子浓度,具有受溶液颜色、浊度、悬浮物的影响小,操作简单,分析速度快,易于实现自动测量等优点。随着计算机技术的广泛应用,离子选择性电极技术已成为实验室分析、工农业生产、医疗卫生、环境检测等领域重要的自动化分析手段。本系统以离子选择性电极技术为基础,以高性能混合信号单片机C8051F020为控制核心,设计了应用于工业锅炉用水水硬度实时检测的测量装置。主要内容包括电极电势的采集,水硬度值的计算和显示。由于离子选择性电极的内阻一般在109Ω的数量级,使得电极电势的测量成为模拟电路部分设计中的重点和难点问题,论文中选用高输入阻抗的运算放大器CA3140构成双高阻输入阻抗变换电路,实现了电极信号的准确测量。控制部分,单片机采集电极信号并实时监测环境温度,自动完成数据处理,根据环境温度选择不同的计算方法,得出当前水硬度值,简化了操作过程。实验证明,本仪器操作简便、测量精度高、响应速度快。基本适应了实际中的各种指标要求,适用范围广,适合作为产品推广到工业锅炉用水硬度检测的实际应用中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-14
  1.1 水硬度测量的研究背景  10
  1.2 水硬度测量的研究意义  10-11
  1.3 水硬度测量的国内外研究动态  11-12
  1.4 水硬度测量的发展趋势  12
  1.5 本论文主要内容及章节安排  12-14
第2章工业锅炉用水处理技术及检测方法  14-20
  2.1 工业锅炉用水概述  14
  2.2 水质硬度及危害  14-15
  2.3 水的软化方法  15-17
    2.3.1 锅内加药处理  15-16
    2.3.2 锅外化学处理  16-17
  2.4 水硬度的几种测试方法  17-19
  2.5 水硬度检测必要性的讨论  19-20
第3章电化学分析原理  20-30
  3.1 电化学分析理论的产生与发展  20
  3.2 电化学分析法的分类和应用  20-21
  3.3 电位分析法  21-24
    3.3.1 电池  21
    3.3.2 能斯特方程和指示电极  21-22
    3.3.3 参比电极  22-24
  3.4 离子选择性电极  24-30
    3.4.1 离子选择性电极的指标  24-27
    3.4.2 离子浓度的测量方法  27-28
    3.4.3 离子选择性电极的等电势点  28-30
第4章锅炉水硬度在线检测仪的设计方案及实现方法  30-51
  4.1 实现方案  30-35
    4.1.1 水硬度在线检测仪的结构  30-31
    4.1.2 电极的选择  31
    4.1.3 水硬度的测量方法选择  31-33
    4.1.4 水硬度的计算方法  33-34
    4.1.5 水硬度在线检测仪的整体设计方案  34-35
  4.2 信号调理电路  35-40
    4.2.1 阻抗变换电路  35-37
    4.2.2 滤波电路  37-39
    4.2.3 电平转换及放大电路  39-40
  4.3 控制电路  40-43
    4.3.1 C8051F020 简介及信号采集  40-41
    4.3.2 按键和报警电路  41-42
    4.3.3 温度采集电路  42-43
  4.4 显示电路  43-44
    4.4.1 NHC_35 彩色液晶显示器简介  43-44
    4.4.2 液晶显示器与单片机的接口电路  44
  4.5 水硬度在线检测仪程序设计  44-51
    4.5.1 单片机程序设计  45-46
    4.5.2 温度采集程序  46
    4.5.3 校准程序  46-49
    4.5.4 液晶显示器程序设计  49-51
第5章系统可靠性设计及误差分析  51-55
  5.1 印制电路板（PCB）布线及其电磁兼容性设计  51-52
  5.2 绝缘和屏蔽  52
  5.3 误差分析  52-55
第6章结束语  55-57
  6.1 测量结果及性能指标  55
  6.2 特点及关键技术  55-56
  6.3 改进思想  56-57
参考文献  57-60
攻读硕士学位期间发表论文情况  60-61
致谢  61

水硬度在线检测仪的设计与实现

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