基于虚拟仪器技术的pH/离子计全自动检定装置的研究

　　一、概述

　　pH计、离子计是一种常见的产品量和食品安全的检测仪器，pH计和离子计的计量性能准确与否直接影响到生产企业的产品质量和食品质量。因此，国家将其列入了国家强制检测的计量仪器。检定一台pH计或离子计要近百个检定数据，检定人员要花大量的时间进行数据处理，人工计算结果较容易出差错。为此，我们研发了基于虚拟仪器技术的PC-3电脑型pH/离子计自动检定仪,该计量标准装置采用虚拟仪器技术、数码摄像的图像采集和识别技术，组成以计算机为核心虚拟仪器，具有自动输出标准电位信号、自动采集和读取被检器读数、自动记录检定数据、自动进行数据处理、自动进行检定结果准确度的判别，自动出具检定证书等功能。对提高检定工作技术水平和检测工作效率，实现计量检定的自动化水平都有重要的意义。

　　二、PC-3电脑型pH/离子计自动检定仪的设计

　　(一)pH计及检定仪的工作原理

　　PH计是一种常用的电化学分析仪器，主要用来测量液体的酸碱度。该仪器由pH电极(传感器)和pH电计(二次仪表)两部分组成。PH计检定仪的检定对象是pH电计(二次仪表)部分。

　　pH值定义：水中氢离子活度的负对数，即pH=-log[H+]。

　　pH电极应用原电池原理，将对氢离子敏感的电极插入水溶液，组成一个原电池，pH电极的电位与pH和温度有关，满足能斯特(NERNST)方程：

　　式中：E——电位

　　E0——等电试点的电位

　　R——气体常数

　　T——温度(K)

　　F——法拉弟常数

　　在25℃时，每pH的电位为59.157mV。

　　pH检定仪的设计原理就是模拟pH电极的标准电位，输出遵循能斯特(NERNST)方程的标准电位信号，对pH电计(二次仪表)的计量性能进行检定。

　　(二)检定仪的总体设计

　　PC-3电脑型pH/离子计自动检定仪主要由虚拟仪器软件、液晶触摸屏计算机、CCD成像系统、信号发生器和计算机接口电路组成(检定仪总体框图见图1)。该检定仪有三种工作方式，一种是手工操作方式，用户通过计算机中的虚拟仪器界面，控制调节标准信号发生器发出各种模拟pH/离子计传感器的标准电位信号，可按常规仪表方式操作和检定。第二种半自动检定方式，通过检定原始数据表格界面，自动选择检定点，输出该检定点的标准电位信号，被检pH/离子计在接受到标准信号后，通过人眼观察，手动微调标准器电位信号的输出，使被检pH/离子计的示值调到与检定点一致，按确认键将检定仪的标准电位信号读数自动输入计算机，计算机将自动进行数据处理、自动进行检定结果准确度判断。(也可人工记录读数，自动处理数据。)第三种方式是全自动检定方式，虚拟仪器按照国家检定规程规定的检定点，通过设计的自动程序控制标准电位信号发生器发出各种模拟pH/离子计传感器的标准电位信号，通过CCD成像系统，自动采集和识别被检器pH/离子计的读数，并自动记录被检器的检定数据，自动进行数据处理和检定结果准确度判断。