本安型智能pH测量仪

　　本安型智能pH 测量仪可用于危险区, 如炼油厂pH 值的在线测量。为减少研制难度, 便于集中控制, 笔者将一次仪表和执行机构放在工作现场, 按本安型要求设计和选用元件, 将二次仪表放在控制室, 信号通过光纤传输。

　　1　pH 测量的基本原理

　　pH 值是溶液酸度标度单位, 用电位法测量时[ 1] , 有E0 = E0 + SpH ( 1)

　　式中　E0 是测量电池电位; ??甘是甘汞电极电位; Ej 是甘汞电极残留液电位; ??0玻是含电极标准电势、玻璃膜两侧不对称电位及内参比电极的电位; S 是玻璃电极的斜率。

　　一般E0 是常数, 但不同电极E0 不同, S 也不同, 且E 0, S 和pH 都是温度的函数, 测量时,需温度补偿。对E0 采用等位调节; 对S 可在放大电路中加热敏电阻[ 2] ; 对pH 值需求出温度系数曲线以自动补偿或手动补偿。

　　测量时, 用两点校正法标定, 即取两分标准缓冲液, 其pH 值分别为pH1 , pH2, 测得电池电动势E01 , E02 , 在E 01= E02= E 0 时, 有

　　2　本安型智能仪主要功能

　　微机化是pH 计的发展方向, 国内外都在致力于其发展[ 3～7] 。笔者研制的pH 计主要功能为:

　　2. 1　技术参数

　　测量范围　0～14. 00 pH; 分辨率±0. 01 pH; 重现性　0. 03 pH; 稳定性0. 02 pH/ 24 h;环境温度　0～45 ℃; 温度补偿范围5～110 ℃; 防爆等级　IB‖BT2。

　　2. 2　技术要求

　　能同时接收4 个一次仪表输入信号, 输出4 个Ⅱ型或Ⅲ型仪表电流以控制执行机构。各通道有独立的上、下限报警, 自动清洗等功能;

　　仪器带温度补偿;

　　用本安防爆技术提高仪表安全可靠性;

　　用偏置比为1/ 2 的时分割驱动方式的LED 显示。

　　3　本安型智能仪硬件设计

　　3. 1　一次仪表

　　一次仪表置于工作现场, 按本安型要求( GB3836. 4-83) 设计[ 8] , 其组成如图1 所示。由于pH 玻璃电极反应速度慢, 信号传输采用LM331 V/ F 转换器, 其特点为:

　　接口简单, 应用计算机资源少;

　　频率信号输入灵活, 可从I/ O 口输入或作为中断源输入等;

　　抗干扰性好, V / F 转换是对输入信号不断积分, 能对噪声或变化的输入信号平滑处理;

　　便于远距离传输, 易于光电隔离, 用光纤传送, 既符合本质安全型要求, 又不受电磁干扰。

　　3. 2　二次仪表

　　二次仪表框图如图2 所示。尽管二次仪表置于控制室, 但仍选功耗较低的元器件并控制电流。

　　由于本仪器定时/ 计数器多, 它既要对输入频率信号计数,决定采样周期, 显示LCD 方波, 又要决定4 个通道的清洗时间、延迟时间、清洗周期等, 80C31 内部2个16 位定时器显然不够, 笔者选82C53 当外部定时器。