專利名稱：多階半微分交流示波計時電位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器，特別是一種可進行多階半微分測定的交流示波計時電位儀。
交流示波計時電位法(ACOCP)是由J.Heyrovsky于1941年提出的一種控制電流的電分析方法。近50年來，ACOCP法已得到了長足的發(fā)展，主要體現(xiàn)在三個方面一是已建立了多種ACOCP方法，并且廣泛地應用于物質(zhì)的定性和定量分析，其中示波滴定已經(jīng)成為電滴定分析的一個新領(lǐng)域；二是在電極過程研究中ACOCP法具有超過其它電分析方法的優(yōu)點；三是由于ACOCP法的應用范圍增加，促進了這一方面理論研究的發(fā)展和成熟。在交流示波計時電位儀器研究方面，1943年Heyrovsky與Forejt制作了第一臺交流示波計時電位儀。1987年，汪秀齡和趙常志設(shè)計并由山東電訊七廠生產(chǎn)了我國第一臺交流示波計時電位滴定儀(原名稱為LS-1及2型交流示波極譜滴定儀)。上述儀器主要由恒流源、電解池、微分器和示波器組成，它僅能夠產(chǎn)生E-t、dE/dt-t(E)信號，其靈敏度和產(chǎn)生的示波圖的分辨率均較差，不能夠滿足理論和應用研究的需要。
本發(fā)明的目的是提供一種能進行0.5-3.5次微分，可產(chǎn)生多種示波信號，而且測定靈敏度、分辨率較高的交流示波計電位儀，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程如下附

圖1為本發(fā)明線路原理圖。
附圖2為本發(fā)明半微分器、IR降扣除電路、濾波電路、微分器電路圖。
附圖3為本儀器0.5-3.5次微分示波圖形。
附圖4為在0.2mol/LKNO3溶液中In3+和Cd3+的示波圖。
本發(fā)明所依據(jù)的數(shù)學原理根據(jù)Riemann-Liouville關(guān)于微積分的定義dQ[d(t-b)]Qf(t)=tΓ(-Q)∫btf(λ)dλ[t-λ]t+Qn(Q<0)---(1)]]>當Q為正整數(shù)時，(1)式為通常的微積分定義，當Q為負整數(shù)時，(1)式為通常的積分或多重積分定義，將b=0,Q=-1/2代入式(1)，并用示波計時電位法的E-t曲線對應的函數(shù)Y=E(t)替代f(t)，于是得到E-t信號半積微分的表示式d1/2dt-1/2E(t)=1π∫0tE(λ)t-λdλ-----(2)]]>將式(2)對t微分，可得E-t信號半微分的表示式d1/2dt1/2E(t)=ddt1π∫0tE(λ)t-λdλ-----(3)]]>對式(3)再依次進行三次微分可得E-t信號的1.5-3.5次微分的表示式d3/2dt3/2E(t)=d2dt21π∫0tE(λ)t-λdλ]]>d5/2dt5/2E(t)=d3dt31π∫0tE(λ)t-λdλ]]>d7/2dt7/2E(t)=d4dt41π∫0tE(λ)t-λdλ]]>如附圖1所示，本電位儀設(shè)置有半微分器，并與IR降扣除電路和微分器D1相連接；三個低通濾波器F1、F2、F3截止頻率分別設(shè)定為2500Hz、3000Hz、4000Hz；該儀器將2次或2.5次微分示波信號通過反饋線路FBV反饋回1次或1.5次微分器的輸入端。
要獲得0.5-3.5次微分的交流示波計時電位圖關(guān)鍵是獲得半微分示波圖，本發(fā)明是利用電子學上的模擬運算技術(shù)實現(xiàn)半微分過程的，利用互補式梯型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成半微分線路。如附圖2所示，本發(fā)明的半微分器由半微分裝置與直流補償裝置組成，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K相連接，轉(zhuǎn)換開關(guān)K中，當1與3相連時，則2與4相連；當1與2相連時，則3與4相連，半微分裝置由電阻、電容器和運算放大器組成，其各元件參數(shù)為R34為1K,R35為22K,R36為2K,R37為6.3K,R38為63K,R39為630K,R40為8.3M,R41為2K,R42為20K,R43為200K,R44為2000K,R46為100K,C5為0.5μF,C6為1.6μF,C7為16μF,C8為160μF,C9為0.5μF,C10為5μF,C11為50μF。Cl2為500μF,C13為2080μF；直流補償裝置由電阻、運算放大器和二極管組成，其中運算放大器Ⅸ的負輸入端與輸出端通過R49相連，R49阻值為100K，阻值為100K的電阻R48的一端與運算放大器Ⅸ的正輸入端相連，R48另一端接地，運算放大器Ⅸ的輸出端與運算放大器Ⅹ的負輸入端通過阻值為10K的電阻R50相連，運算放大器Ⅹ的負輸入端與二極管D2的正極端相連，其負極端與運算放大器Ⅹ的輸出端相連，運算放大器Ⅹ的正輸入端接地，開關(guān)的接線柱4分別與阻值為62K的電阻R47和電位器R51的滑動端相連，R51一端與電阻R52相連，另一端與阻值為47K的電阻R53相連。
本發(fā)明的IR降扣除電路由運算放大器和電阻組成，其中運算放大器Ⅰ、Ⅱ的負輸入端分別與其輸出端相連接，運算放大器Ⅰ、Ⅱ的輸出端分別與運算放大器Ⅲ的負輸出端、正輸入端通過電阻R21、R22相連，運算放大器Ⅲ的正輸入端與電阻R23相連，R23的另一端接地，運算放大器Ⅲ負輸入端與輸出端通過電阻R24相連，運算放大器Ⅲ的輸出端與運算放大器Ⅳ負輸入端通過電阻R25相連，運算放大器Ⅳ的負輸入端與輸出端通過R26相連，運算放大器Ⅳ的正輸入端分別與電阻R27、R28相連，電阻R27的另一端接地，電阻R28的另一端與電位器R29的滑動端相連。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果該儀器具有較高的靈敏度，較好的分辨率和重現(xiàn)性；對于噪音，該儀器具有較好的擬制功能；該儀器可輸出dE/dt-t(Y-t)、Y2-t、Y3-t、Y0.5-t、Y1.5-t、Y2.5-t、Y3.5-t等示波信號；用于示波滴定時，滴定終點清晰，變化敏銳，靈敏度高；可以方便的進行峰參數(shù)的測定；該儀器也可以用于理論研究工作，靈活方便，有較高的實用價值。
附圖1各部分名稱如下DC表示直流電源，AC表示交流信號源，A為加法器，B為恒流源，C表示電解池，E表示差分電路和IR降扣除電路，H、P為半微分器，D1、D2和D3為三級上升時間不同的微分器，F(xiàn)1、F2和F3為截止頻率不同的三個低通濾波器，T表示峰參數(shù)測量裝置，J為整形電路，Os表示示波器，K為功能開關(guān)，1R2′為電壓反饋線路(FBV)。
附圖3為使用本儀器在2×10-5mol/L Cd2+的NaOH醋酸緩沖溶液(PH=4)中作出的0.5-3.5次微分示波計時電位圖，其中a為dE/dt-E電位圖，b為d0.5E/dt0.5-E電位圖，c為d1.5E/dt1.5-E電位圖，d為d2.5E/dt2.5-E電位圖，e為d3.5E/dt3.5-E電位圖。
附圖4為在[Cd2+]=3.8×10-5mol/L,[In3+]=5.0×10-5mol/L的0.2mol/L KNO3溶液中In3+和Cd2+的示波圖，其中a表示dE/dt-E曲線，b表示d3.5E/dt3.5-E曲線。
權(quán)利要求
1.一種由恒流源、電解池、微分器和示波器等組成的多階半微分交流示波計時電位儀，其特征是該電位儀設(shè)置有半微分器，并與IR降扣除電路和微分器D1相連接；三個低通濾波器F1、F2、F3截止頻率分別設(shè)定為2500Hz、3000Hz、4000Hz；該儀器將2次或2.5次微分示波信號通過反饋線路FBV反饋回1次或1.5次微分器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多階半微分交流示波計時電位儀，其特征是半微分器由半微分裝置和直流補償裝置組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多階半微分交流示波計時電位儀，其特征是IR降扣除電路由運算放大器和電阻組成，其中運算放大器Ⅰ、Ⅱ的負輸入端分別與其輸出端相連接，運算放大器Ⅰ、Ⅱ的輸出端分別與運算放大器Ⅲ的負輸出端、正輸入端通過電阻R21、R22相連接，運算放大器Ⅲ的正輸入端與電阻R23相連，R23的另一端接地，運算放大器Ⅲ負輸入端與輸出端通過電阻R24相連，運算放大器Ⅲ的輸出端與運算放大器Ⅳ負輸入端通過電阻R25相連，運算放大器Ⅳ的負輸入端與輸出端通過R26相連，運算放大器Ⅳ的正輸入端分別與電阻R27、R28相連，電阻R27的另一端接地，電阻R28的另一端與電位器R29的滑動端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多階半微分交流示波計時電位儀，其特征是半微分裝置與直流補償裝置通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K相連，半微分裝置由電阻、電容器和運算放大器組成，其各元件參數(shù)為R34為1K,R35為22K,R36為2K,R37為6.3K,R38為63K,R39為630K,R40為8.3M,R41為2K,R42為20K,R43為200K,R44為2000K,R46為100K,C5為0.5μF,C6為1.6μF,C7為16μF,C8為160μF,C9為0.5μF,C10為5μF,C11為50μF,C12為500μF,C13為2080μF。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多階半微分交流示波計時電位儀，其特征是直流補償裝置由電阻、運算放大器和二極管組成，其中運算放大器Ⅸ的負輸入端與輸出端通過R49相連，R49阻值為100K，阻值為100K的電阻R48的一端與運算放大器Ⅸ的正輸入端相連，另一端接地，運算放大器Ⅸ的輸出端與運算放大器Ⅹ的負輸入端通過阻值為10K的電阻器R50相連，運算放大器Ⅹ的負輸入端與二極管D2的正極端相連，D2的負極端與運算放大器Ⅹ的輸出端相連，運算放大器Ⅹ的正輸入端接地，開關(guān)K的接線柱4分別與阻值為62K的電阻R47和電位器R51的滑動端相連，R51一端與電阻R52相連，另一端與阻值為47K的電阻R53相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多階半微分交流示波計時電位儀,其技術(shù)關(guān)鍵是:該電位儀設(shè)置有半微分器,并與IR降扣除電路和微分器D1相連接;三個低通濾波器F1、F2、F3截止頻率分別設(shè)定為2500Hz、3000Hz、4000Hz;該儀器將2次或2.5次微分示波信號通過反饋線路FBV反饋回1次或1.5次微分器的輸入端。該儀器具有較高的靈敏度,較好的分辨率和重現(xiàn)性,可輸出多種示波信號,可以方便的進行峰參數(shù)的測定,有較高的實用價值。
文檔編號G01R19/00GK1221882SQ97108569
公開日1999年7月7日 申請日期1997年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月31日
發(fā)明者鄭建斌, 高鴻 申請人:西北大學