庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置制造方法
【專利摘要】庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，屬于材料測試領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)在沒有專門庫侖滴定實(shí)驗(yàn)裝置的問題。本發(fā)明包括PC機(jī)、通信接口電路、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、恒流源、繼電器電路、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和待測部；PC機(jī)將采樣間隔時(shí)間指令和輸出電流設(shè)定值指令通過通信接口電路下達(dá)給單片機(jī)；單片機(jī)輸出電流設(shè)定值指令信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與恒流源加載在待測部上；單片機(jī)通過繼電器電路控制恒流源的量程選擇；恒流源的實(shí)際輸出電流信號和待測部的采樣電壓信號返回給單片機(jī)，再返回至PC機(jī)，以獲取待測部的氧非化學(xué)計(jì)量。
【專利說明】庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種庫侖滴定實(shí)驗(yàn)裝置，屬于材料測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物材料包含豐富的物理內(nèi)容，因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，被凝聚態(tài)物理和材料物理研究廣泛應(yīng)用。氧化物中的過渡族金屬在氧分壓改變時(shí)因?yàn)榫w內(nèi)存在著原子或電子缺陷的關(guān)系表現(xiàn)出不同的價(jià)態(tài)，同時(shí)導(dǎo)致其氧含量發(fā)生改變，呈現(xiàn)出氧非化學(xué)計(jì)量現(xiàn)象，這對化合物的電、磁、光等性質(zhì)有很大的影響。非化學(xué)計(jì)量的測量方法之一是庫侖滴定法。庫侖滴定法的優(yōu)點(diǎn)是:可以精確的測量缺陷濃度的極微小變化，氧偏壓變化范圍很廣，測量過程容易控制。
[0003]由于市面上沒有專門的庫侖滴定實(shí)驗(yàn)裝置，只能借助于其他設(shè)備的某些功能實(shí)現(xiàn)庫侖滴定實(shí)驗(yàn)，但是這些設(shè)備往往價(jià)格昂貴，設(shè)備沉重，攜帶不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)在沒有專門庫侖滴定實(shí)驗(yàn)裝置，借助于其他設(shè)備的某些功能實(shí)現(xiàn)庫侖滴定實(shí)驗(yàn)，存在設(shè)備價(jià)格昂貴，設(shè)備沉重，攜帶不便的問題，提供了一種庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置。
[0005]本發(fā)明所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，它包括PC機(jī)、通信接口電路、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、恒流源、繼電器電路、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和待測部；
PC機(jī)將采樣間隔時(shí)間指令和輸出電流設(shè)定值指令通過通信接口電路下達(dá)給單片機(jī)；單片機(jī)的輸出電流設(shè)定值指令信號輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸出端與恒流源的給定電壓信號輸入端相連，恒流源的電流信號輸出端與待測部的電流信號輸入端相連；
單片機(jī)的量程選擇指令輸出端與繼電器電路的量程選擇指令信號輸入端相連；繼電器電路的開關(guān)信號選擇輸出端與恒流源的開關(guān)信號選擇輸入端相連；
恒流源的實(shí)際輸出電流信號輸出端與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸入端口相連，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸出端口與單片機(jī)的實(shí)際輸出電流信號輸入端口相連；
待測部的采樣電壓信號輸出端與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸入端口相連，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸出端口與單片機(jī)的采樣電壓信號輸入端口相連；
單片機(jī)將實(shí)際輸出電流信號、采樣電壓信號及運(yùn)行時(shí)間通過通信接口電路返回給PC機(jī)，以獲取待測部的氧非化學(xué)計(jì)量。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
一、體積小，不占用過多空間，重量輕，攜帶方便；
二、精度高，本裝置經(jīng)過高精度電位儀測試校準(zhǔn)，可以達(dá)到很高的精度；
三、成本低，本裝置采用的是STC12C5A32S，TM7709，TM8211等性價(jià)比極高的芯片，在保證性能的基礎(chǔ)上盡可能的節(jié)約了成本； 四、專業(yè)性強(qiáng)，根據(jù)實(shí)際要求，在PC機(jī)中設(shè)定好實(shí)驗(yàn)要求的數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集的信號快速算出待測樣品的氧非化學(xué)計(jì)量值，并將結(jié)果以文件方式保存，便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理；
五、測試范圍寬，本裝置測試范圍跨越了4個(gè)數(shù)量級，可以實(shí)現(xiàn)微小電流變化的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置的控制原理框圖；
圖2是待測部的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是繼電器電路與單片機(jī)及恒流源的具體連接關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，它包括PC機(jī)1、通信接口電路2、單片機(jī)3、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4、恒流源5、繼電器電路6、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8和待測部9 ；
PC機(jī)I將采樣間隔時(shí)間指令和輸出電流設(shè)定值指令通過通信接口電路2下達(dá)給單片機(jī)
3 ；
單片機(jī)3的輸出電流設(shè)定值指令信號輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4的數(shù)字信號輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4的模擬信號輸出端與恒流源5的給定電壓信號輸入端相連，恒流源5的電流信號輸出端與待測部9的電流信號輸入端相連；
單片機(jī)3的量程選擇指令輸出端與繼電器電路6的量程選擇指令信號輸入端相連；繼電器電路6的開關(guān)信號選擇輸出端與恒流源5的開關(guān)信號選擇輸入端相連；
恒流源5的實(shí)際輸出電流信號輸出端與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7的模擬信號輸入端口相連，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7的數(shù)字信號輸出端口與單片機(jī)3的實(shí)際輸出電流信號輸入端口相連；
待測部9的采樣電壓信號輸出端與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8的模擬信號輸入端口相連，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8的數(shù)字信號輸出端口與單片機(jī)3的采樣電壓信號輸入端口相連；
單片機(jī)3將實(shí)際輸出電流信號、采樣電壓信號及運(yùn)行時(shí)間通過通信接口電路2返回給PC機(jī)1，以獲取待測部的氧非化學(xué)計(jì)量。
[0009]恒流源5輸出端的米樣電阻包括電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4,并由繼電器電路6控制選擇電阻R1、電阻R2、電阻R3或電阻R4分別接入電路參與電流信號的采樣工作；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7的輸入端口通過受量程選擇指令信號控制的模擬開關(guān)選通，連接到電阻R1、電阻R2、電阻R3或電阻R4的兩端。
[0010]待測部9包括摻雜氧化鋯制成的坩堝901、樣品902、傳感器電極903和泵氧電極904 ;坩堝901是密封設(shè)置的，坩堝901內(nèi)設(shè)置樣品902，坩堝901的頂端貫穿設(shè)置有傳感器電極903，坩堝901的側(cè)面貫穿設(shè)置有泵氧電極904 ;泵氧電極904與恒流源5的電流信號輸出端相連；傳感器電極903的兩端與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8的模擬信號輸入端口相連。
[0011]通信接口電路2采用能夠?qū)崿F(xiàn)TTL電平和RS232C串口電平變換的芯片搭建。
[0012]單片機(jī)3采用8位或16位總線的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
[0013]數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4采用雙通道DA轉(zhuǎn)換器TM8211D/A芯片搭建。
[0014]第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8均采用24位AD轉(zhuǎn)換器搭建。[0015]摻雜氧化錯(cuò)是以堿土元素Mg、Ca,或者稀土元素Sc、Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd作為摻雜元素，摻雜量為lmol°/T30mol%組成的具有純的氧離子導(dǎo)電性氧化物固溶體。
[0016]傳感器電極903和泵氧電極904是通過Pt、Ag貴金屬漿料涂布，然后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成的多孔貴金屬電極。
[0017]工作原理:
PC機(jī)I作為上位機(jī)，負(fù)責(zé)主要的控制，給單片機(jī)下達(dá)采樣間隔時(shí)間指令和輸出電流設(shè)定值指令，所述輸出電源設(shè)定值是要求恒流源5輸出給出待測部9的電流值，但單片機(jī)3并不能直接輸出電流值，因此，以電壓的形式給定，該數(shù)字信號電壓值經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4后，輸出的模擬信號電壓值給恒流源5，即圖3所示中的Uin，恒流源5中將給定的電壓值Uin進(jìn)行恒壓處理后輸出的還是電壓值，因此，恒流源常規(guī)的處理方式是在輸出部分加載電阻，流過電阻的電流即為所求，輸出部分的電阻值不同，恒流源輸出的電流值不同，本實(shí)施方式中恒流源設(shè)置了四個(gè)量程，分別用不同阻值的采樣電阻Rl、R2、R3和R4來實(shí)現(xiàn)，而量程的選擇由繼電器電路6來完成，繼電器電路6并列設(shè)置四個(gè)中間繼電器K1、K2、K3和K4，由ULN2003作為繼電器驅(qū)動(dòng)電路，量程選擇指令由單片機(jī)3下達(dá)給繼電器電路6，即選擇讓中間繼電器K1、K2、K3或K4中任一中間繼電器線圈得電，則該得電中間繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，令與該常開觸點(diǎn)串聯(lián)的采樣電阻參與工作，作為恒流源5的輸出，通過端子Jl加載在泵氧電極904上；選擇的采樣電阻不同，獲取恒流源5的量程不同，即給待測部9加載的電流值不同。
[0018]該電流加載在待測部9的泵氧電極904上，實(shí)現(xiàn)對樣品902的泵氧，進(jìn)行庫侖滴定實(shí)驗(yàn)，采集傳感器電極903兩端電壓值，并通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8返回給單片機(jī)3，作為采樣電壓信號；采集采樣電阻Rl、R2、R3或R4兩端的電壓值，并通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7返回給單片機(jī)3，處理后作為實(shí)際輸出電流信號；根據(jù)已知的采樣間隔時(shí)間及已發(fā)生的脈沖個(gè)數(shù)獲取運(yùn)行時(shí)間；單片機(jī)3將實(shí)際輸出電流信號、采樣電壓信號及運(yùn)行時(shí)間通過通信接口電路2返回給PC機(jī)1，以獲取待測部的氧非化學(xué)計(jì)量。
[0019]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，還包括第一直流電源10、第二直流電源11和第三直流電源12 ;第一直流電源10為單片機(jī)3和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4提供工作電源；第二直流電源11為恒流源5提供工作電源；第三直流電源為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8提供工作電源。
【權(quán)利要求】
1.庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，它包括PC機(jī)(I)、通信接口電路(2)、單片機(jī)(3)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(4)、恒流源(5)、繼電器電路(6)、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)和待測部(9)； PCW(I)將采樣間隔時(shí)間指令和輸出電流設(shè)定值指令通過通信接口電路(2 )下達(dá)給單片機(jī)(3)； 單片機(jī)(3)的輸出電流設(shè)定值指令信號輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(4)的數(shù)字信號輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(4)的模擬信號輸出端與恒流源(5)的給定電壓信號輸入端相連，恒流源(5)的電流信號輸出端與待測部(9)的電流信號輸入端相連； 單片機(jī)(3)的量程選擇指令輸出端與繼電器電路(6)的量程選擇指令信號輸入端相連；繼電器電路(6)的開關(guān)信號選擇輸出端與恒流源(5)的開關(guān)信號選擇輸入端相連； 恒流源(5)的實(shí)際輸出電流信號輸出端與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)的模擬信號輸入端口相連，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)的數(shù)字信號輸出端口與單片機(jī)(3)的實(shí)際輸出電流信號輸入端口相連； 待測部(9)的采樣電壓信號輸出端與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)的模擬信號輸入端口相連，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)的數(shù)字信號輸出端口與單片機(jī)(3)的采樣電壓信號輸入端口相連； 單片機(jī)(3)按照串口通信協(xié)議，將實(shí)際輸出電流信號、采樣電壓信號及運(yùn)行時(shí)間的數(shù)字量通過通信接口電路(2 )返回給PC機(jī)(I)，通過計(jì)算后獲取待測部的氧非化學(xué)計(jì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，還包括第一直流電源(10)、第二直流電源(11)和第三直流電源(12);第一直流電源(10)為單片機(jī)(3)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(4)提供工作電源；第二直流電源(11)為恒流源(5)提供工作電源；第三直流電源為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)提供工作電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，恒流源(5)輸出端的采樣電阻包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電阻R4，并由繼電器電路(6 )控制選擇電阻Rl、電阻R2、電阻R3或電阻R4分別接入電路參與電流信號的采樣工作；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)的輸入端口通過受量程選擇指令信號控制的模擬開關(guān)選通，連接到電阻R1、電阻R2、電阻R3或電阻R4的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，待測部(9)包括摻雜氧化鋯制成的坩堝(901)、樣品(902)、傳感器電極(903)和泵氧電極(904);坩堝(901)是密封設(shè)置的，坩堝(901)內(nèi)設(shè)置樣品(902)，坩堝(901)的頂端貫穿設(shè)置有傳感器電極(903)，坩堝(901)的側(cè)面貫穿設(shè)置有泵氧電極(904);泵氧電極(904)與恒流源(5)的電流信號輸出端相連；傳感器電極(903)的兩端與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)的模擬信號輸入端口相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，通信接口電路(2)采用能夠?qū)崿F(xiàn)TTL電平和RS232C串口電平變換的芯片搭建。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，單片機(jī)(3)采用8位或16位總線的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(4)采用雙通道DA轉(zhuǎn)換器TM8211D/A芯片搭建。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)均采用24位AD轉(zhuǎn)換器搭建。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，摻雜氧化鋯是以堿土元素Mg、Ca,或者稀土元素Sc、Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd作為摻雜元素,摻雜量為1mo 19T30mo 1%組成的具有純的氧離子導(dǎo)電性氧化物固溶體。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述庫侖滴定實(shí)驗(yàn)簡易測量裝置，其特征在于，傳感器電極(903)和泵氧電極(904)是通過Pt、Ag貴金屬漿料涂布，然后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成的多孔貴金屬電極。
【文檔編號】G01N27/42GK103940886SQ201410176966
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】龍柏君, 呂喆, 王艦 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)