一种氧电流测量电路、溶解氧测量仪及氧电流测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种氧电流测量电路、溶解氧测量仪及氧电流测量方法，属于溶解氧 测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 空气中的氧分子溶解在水中后即为溶解氧(D0，dissolved oxygen)，溶解氧值是 环保部门水质监测中的指标之一，同时也是水体自净能力的重要条件。准确、方便、快速地 测量水中的溶解氧含量对环境监测，工业和农业生产均具有重要意义。极谱式溶解氧测定 采用的方法是氧电流法。氧电流法也叫Clark溶解氧电极法，传感器的电极通常由金阴极， 银阳极，氯化钾或氢氧化钾电解液以及透氧膜组成，根据通过检测透过透氧膜的氧分子所 参加电化学反应产生的扩散电流，就可以来测定水中所含的溶解氧值。影响溶解氧测量响 应速度的因素包括电解液中氯离子的浓度、银阳极和电解液的接触面积、金阴极和电解液 的接触面积、透氧膜与电解液的接触面积和极化电压。在传感器的各个参数都固定的情况 下，极化电压无疑是对溶解氧测量响应时间影响最大的因素。如何充分利用极化电压对氧 电流响应时间的影响，设计新型的氧电流处理电路，将大大缩短在多次反复测量溶解氧值 时所需要的时间，提高极谱式溶解氧测量的响应速度。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种氧电流测量电 路、溶解氧测量仪及氧电流测量方法，充分利用极化电压对氧电流响应时间的影响，大大缩 短在多次反复测量溶解氧值时所需要的时间。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种氧电流测量电路，包括运算放大器山和芯 片U2,所述运算放大器山的反向输入端IN1与溶解氧测量仪中溶解氧传感器的银阳极相连， 所述运算放大器山的正向输入端IN2与0.68V直流电平相连，所述运算放大器山的输出端 0UT1与数模转换器A/D芯片1] 2的输入端相连;所述芯片数模转换器A/D芯片U2的输出端与溶 解氧测量仪中的微处理芯片MCU相连;所述运算放大器山的反向输入端IN1和输出端0UT1之 间并联一电阻心，电阻办的两端并联一电容Cu
[0005] -种溶解氧测量仪，包括微处理芯片MCU、IXD显示模块、按键模块、电源模块、溶解 氧传感器以及权利要求1所述的氧电流测量电路，所述溶解氧传感器的银阳极与所述氧电 流测量电路的运算放大器山的反向输入端IN1相连，所述氧电流测量电路中数模转换器A/D 芯片1]2的输出端与微处理芯片MCU相连，所述LCD显示模块、按键模块、电源模块均与所述微 处理芯片MCU相连。
[0006] -种氧电流测量方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，溶解氧测量仪的金阴极和银阳极上发生氧化还原反应，消耗待测溶液中 的氧气，在氧电流测量电路中产生氧电流Ido;氧电流Ido从IN1流向电阻&，电阻&将氧电流 Ido转化为电压值供数模转换器A/D芯片U2做电压比较;同时，与电阻办并联的电容&为溶解 氧传感器提供预极化电压；
[0008] 步骤二，根据运算放大器山的虚短、虚断特性，计算出运算放大器山的输出电压 Uouti ；
[0009] 步骤三，溶解氧测量仪分别检测无氧水和空气，得到最小电压值uMIN和最大电压值 Umax;其中最小电压值Umin对应的溶解氧浓度为0,最大电压值Umax对应的溶解氧浓度为20mg/ L〇
[0010] 步骤四，根据最小电压值Umin和最大电压值Umax计算待测溶液中溶解氧浓度DO;
[0011] 其中，所述步骤二中，运算放大器山的输出电压u_的计算公式为：
[0012] Uouti = 0.68+Ri*Ido
[0013] 其中，IDQ取值为30nA~1300nA，Ri的值为500ΚΩ。
[0014] 所述步骤四中，待测溶液中溶解氧浓度D0的计算公式为：
[0015]
[0016] 进一步，对待测溶液测量溶解氧浓度时，多次测量取平均值，且每次测量前均将测 量仪重新通电。
[0017] 本发明所达到的有益技术效果：
[0018] 1.本发明提供的氧电流测量电路能显著提高溶解氧测量的响应速度;在相同的测 量条件下，在对被测液体进行多次测量的时候，能节省40%的响应时间；
[0019] 2.电路结构简单，能降低测量系统硬件成本;跟传统方案相比，本发明只需要用 到一级运放；
[0020] 3.系统精密电阻的需求量显著减少;跟传统方案相比，本发明使用的精密电阻的 数量减少了 4个；
【附图说明】
[0021 ]图1本发明之电路测量电路的示意图；
[0022] 图2本发明之溶解氧测量仪的部件连接示意图；
【具体实施方式】
[0023] 为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发 明的附图结合实施例进行更详细的说明。
[0024]下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
[0025]如图1所示，本发明提供一种氧电流测量电路，包括运算放大器山和芯片U2,所述运 算放大器山的反向输入端IN1与溶解氧测量仪中溶解氧传感器的银阳极相连，所述运算放 大器U!的正向输入端IN2与0.68V直流电平相连，所述运算放大器山的输出端0UT1与数模转 换器A/D芯片1] 2的输入端相连;所述芯片数模转换器A/D芯片U2的输出端与溶解氧测量仪中 的微处理芯片mj相连;所述运算放大器山的反向输入端IN1和输出端0UT1之间并联一电阻 R:，电阻R:的两端并联一电容&。电容&是该电路结构的亮点之处，除了滤波的作用的外，最 主要的功能是作为储能电容，给D0传感器提供一个预极化的电压。
[0026]如图2所示，一种溶解氧测量仪，包括微处理芯片MCU、LCD显示模块、按键模块、电 源模块、溶解氧传感器以及上述述的氧电流测量电路，所述溶解氧传感器的银阳极与所述 氧电流测量电路的运算放大器山的反向输入端IN1相连，所述氧电流测量电路中数模转换 器A/D芯片1]2的输出端与微处理芯片Μ⑶相连，所述LCD显示模块、按键模块、电源模块均与 所述微处理芯片MCU相连。
[0027] 一种氧电流测量方法，包括以下步骤：
[0028]步骤一，溶解氧测量仪的金阴极和银阳极上发生氧化还原反应，消耗待测溶液中 的氧气，在氧电流测量电路中产生氧电流Ido;氧电流Ido从IN1流向电阻仏，电阻仏将氧电流 Ido转化为电压值供数模转换器A/D芯片U2做电压比较；同时，与电阻Ri