一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法，通過含水量傳感器經(jīng)過信號處理電路輸出含水量θ，pH傳感器經(jīng)過信號處理電路輸出電壓E，熱電阻溫度傳感器經(jīng)過信號處理電路輸出溫度T；判斷含水量θ的大小，若θ小于10％，則pH測量結(jié)果不可信，增加含水量，再次進行測量，直到含水量θ大于10％；若10％<θ<50％，則對pH測量結(jié)果進行溫度含水量雙補償處理；若θ大于50％，則對pH測量結(jié)果進行溫度單補償處理。本發(fā)明制備的土壤栽培基質(zhì)復(fù)合傳感器經(jīng)過溫度和含水量補償，提高了對不同含水量和不同溫度情況下pH測量的適應(yīng)性和準確性。
【專利說明】
一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電化學(xué)傳感器的制備領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種土壤基質(zhì)栽培多參 數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法，用于實現(xiàn)對有一定含水量的土壤、栽培基質(zhì)的pH測試。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤和栽培基質(zhì)是由礦物和有機物的混合組成，存在著固體，氣體和液體狀態(tài)，屬 于非均相體系，液體和氣體主要存在于固體顆粒間隙中，復(fù)雜的組成和非均相混合態(tài)，使得 土壤表現(xiàn)出迥然不同的物理化學(xué)特性，為土壤栽培基質(zhì)等的理化性狀的原位測量帶來難 度。
[0003] 土壤和栽培基質(zhì)等的pH測量，實質(zhì)是檢測土壤基質(zhì)等中的氫離子的濃度。眾所周 知，氫離子主要是由酸在水中電離產(chǎn)生。而且氫離子是"裸露"的質(zhì)子，半徑很小，極易被其 他水分子吸引生成水合氫離子(H30+)，通常情況下氫離子都是以水合氫離子的形式存在。因 此，土壤中氫離子與土壤中的水息息相關(guān)，要實現(xiàn)土壤基質(zhì)等非均相體系的pH的原位測量， 就必須找到一種方法能夠快速吸附土壤中的水分，進而吸附氫離子，進而快速原位測量土 壤栽培基質(zhì)等的pH。然而，即使對于同一被測對象，當含水量不同時，往往具有不同的pH值， 從而無法準確衡量土壤栽培基質(zhì)等的pH水平；同時，基于能斯特響應(yīng)的pH傳感器，對溫度具 有很明顯的依賴性，因此要實現(xiàn)對土壤栽培基質(zhì)等的pH原位測量，必須考慮含水量及溫度 對pH測量的影響。
[0004] 目前關(guān)于pH值檢測補償技術(shù)的研究主要集中于普通pH電極的溫度補償上，如陳瑤 等在其論文《pH傳感器溫度補償模型研究》中提到以鉑電阻溫度傳感器和最小二乘法建立 水質(zhì)pH監(jiān)測中的溫度補償模型;又如中國發(fā)明專利公開號CN201110381702.5公開了一種pH 測量儀的自動三點標定和溫度補償方法，對復(fù)合玻璃電極pH檢測進行了溫度補償。以上研 究主要針對的是溶液環(huán)境下的pH檢測，對pH電極進行溫度補償，在一定程度上提高了pH檢 測精度，但是對于土壤、栽培基質(zhì)等復(fù)雜環(huán)境的pH檢測補償問題并未涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明克服已有pH傳感器技術(shù)的不足，提出一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器 的pH檢測雙補償方法，用于實現(xiàn)對有一定含水量的土壤、栽培基質(zhì)等的pH測試。
[0006] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法，通過含水量傳感器經(jīng) 過信號處理電路輸出含水量θ，ρΗ傳感器經(jīng)過信號處理電路輸出電壓E，熱電阻溫度傳感器 經(jīng)過信號處理電路輸出溫度Τ;判斷含水量Θ的大小，若Θ小于1〇%，則 ΡΗ測量結(jié)果不可信，增 加含水量，再次進行測量，直到含水量Θ大于10% ;若10% <θ〈50%，則對pH測量結(jié)果進行溫 度含水量雙補償處理;若Θ大于50 %，則對pH測量結(jié)果進行溫度單補償處理。
[0008] 上述方案中，溫度含水量雙補償方法為:pH傳感器標定方程為E = k*pH+b，其中k為 響應(yīng)斜率，b為常數(shù)項，通過雙因素正交試驗和多元回歸方差分析，分別確定溫度T和含水量 Θ對響應(yīng)斜率k和常數(shù)項b的補償模型，經(jīng)過溫度含水量雙補償，得到
[0009]上述方案中，所述的溫度單補償方法為:通過分段測量多種溫度下的pH值，采用最 小二乘法進行線性回歸分析，確定溫度T對響應(yīng)斜率k和常數(shù)項b的補償模型，經(jīng)過溫度補 償，得亂，
[0010] 上述方案中，所述含水量傳感器，pH傳感器，熱電阻溫度傳感器和信號處理電路均 集成到基板上。
[0011] 上述方案中，所述含水量傳感器采用平板電容法制成，以嵌入基板中的銅箱極板 作為敏感元件。
[0012] 上述方案中，所述pH傳感器采用平板式薄膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器，所述平板式薄 膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器采用石墨烯基作為基底材料，并分別對電極表面進行織構(gòu)化處理， 形貌為凹坑或凹槽。
[0013] 上述方案中，所述平板式薄膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器包括工作電極和參比電極，分 別布置在基板的兩個表面。
[0014] 有益效果：
[0015] (1)本發(fā)明制備的土壤栽培基質(zhì)復(fù)合傳感器經(jīng)過溫度和含水量補償，提高了對不 同含水量和不同溫度情況下pH測量的適應(yīng)性和準確性。
[0016] (2)對pH傳感器參比電極和工作電極表面進行織構(gòu)化處理，織構(gòu)化表面呈現(xiàn)出超 親水特性，從而達到快速吸附氫離子的目的，實現(xiàn)pH的快速測量。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所述的土壤栽培基質(zhì)多參數(shù)復(fù)合傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是含水量傳感器截面示意圖。
[0019] 圖3是pH傳感器截面示意圖。
[0020] 圖4是本發(fā)明所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法工 作流程圖。
[0021 ] 其中，1-含水量傳感器;2-pH傳感器;3-熱電阻溫度傳感器;4-信號處理電路;5-基 板;11 -銅箱極板;21 -工作電極;22-參比電極;23-石墨烯基。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述：
[0023] 如圖4所示，一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法，通過含水 量傳感器1經(jīng)過信號處理電路4輸出含水量Θ， ΡΗ傳感器2經(jīng)過信號處理電路4輸出電壓E，熱 電阻溫度傳感器3經(jīng)過信號處理電路4輸出溫度Τ;判斷含水量Θ的大小，若Θ小于1〇%，則 ΡΗ 測量結(jié)果不可信，增加含水量，再次進行測量，直到含水量Θ大于10% ;若10%〈θ〈50%，則對 pH測量結(jié)果進行溫度含水量雙補償處理;若Θ大于50%，則對pH測量結(jié)果進行溫度單補償處 理。
[0024]溫度含水量雙補償方法為:pH傳感器標定方程為E = k*pH+b，其中k為響應(yīng)斜率，b 為常數(shù)項，通過雙因素正交試驗和多元回歸方差分析，分別確定溫度T和含水量Θ對響應(yīng)斜 率k和常數(shù)項b的補償模型，經(jīng)過溫度含水量雙補償，得到，
[0025]所述的溫度單補償方法為:通過分段測量多種溫度下的pH值，采用最小二乘法進 行線性回歸分析，確定溫度T對響應(yīng)斜率k和常數(shù)項b的補償模型，經(jīng)過溫度補償，得到
[0026] 如圖1所示，所述含水量傳感器1，ρΗ傳感器2,熱電阻溫度傳感器3和信號處理電路 4均集成到基板5上。
[0027]如圖2所示，所述含水量傳感器1采用平板電容法制成，以嵌入基板5中的銅箱極板 11作為敏感元件。所述pH傳感器2采用平板式薄膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器，所述平板式薄膜全 固態(tài)復(fù)合pH傳感器采用石墨烯基23作為基底材料，并分別對電極表面進行織構(gòu)化處理，形 貌為凹坑或凹槽。
[0028]如圖3所示，所述平板式薄膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器2包括工作電極21和參比電極 22，分別布置在基板5的兩個表面。
【主權(quán)項】
1. 一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法，其特征在于，通過含水 量傳感器（1)經(jīng)過信號處理電路(4)輸出含水量Θ， ΡΗ傳感器(2)經(jīng)過信號處理電路(4)輸出 電壓Ε，熱電阻溫度傳感器(3)經(jīng)過信號處理電路(4)輸出溫度Τ;判斷含水量Θ的大小，若Θ小 于10%，則pH測量結(jié)果不可信，增加含水量，再次進行測量，直到含水量Θ大于10%;若1〇%〈 θ〈50 %，則對pH測量結(jié)果進行溫度含水量雙補償處理;若Θ大于50 %，則對pH測量結(jié)果進行 溫度單補償處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法， 其特征在于，溫度含水量雙補償方法為:pH傳感器標定方程為E = k*pH+b，其中k為響應(yīng)斜 率，b為常數(shù)項，通過雙因素正交試驗和多元回歸方差分析，分別確定溫度T和含水量Θ對響 應(yīng)斜率k和常數(shù)項b的補償模型，經(jīng)過溫度含水量雙補償，得13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法， 其特征在于，所述的溫度單補償方法為:通過分段測量多種溫度下的PH值，采用最小二乘法 進行線性回歸分析，確定溫度T對響應(yīng)斜率k和常數(shù)項b的補償模型，經(jīng)過溫度補償，得到4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法， 其特征在于，所述含水量傳感器（1)，ρΗ傳感器(2)，熱電阻溫度傳感器(3)和信號處理電路 (4)均集成到基板(5)上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法， 其特征在于，所述含水量傳感器（1)采用平板電容法制成，以嵌入基板（5)中的銅箱極板 (11)作為敏感元件。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法， 其特征在于，所述PH傳感器(2)采用平板式薄膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器，所述平板式薄膜全固 態(tài)復(fù)合PH傳感器采用石墨烯基（23)作為基底材料，并分別對電極表面進行織構(gòu)化處理，形 貌為凹坑或凹槽。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤基質(zhì)栽培多參數(shù)復(fù)合傳感器的pH檢測雙補償方法， 其特征在于，所述平板式薄膜全固態(tài)復(fù)合pH傳感器(2)包括工作電極(21)和參比電極(22)， 分別布置在基板(5)的兩個表面。
【文檔編號】G01N27/26GK106018504SQ201610301258
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】徐坤, 崔守娟, 張西良, 李萍萍, 耿妙妙, 張世慶
【申請人】江蘇大學(xué)