一种离子选择电极前置放大器的设计.pdf

第22卷第11期
电子设计工程
2014年6月
Vol 22
No.11
Electronic Design Engineering
un.2014
一种离子这韓电极前置放大器的設计
李东亮,杨慈中
(江南大学教育部轻工过程先进控制重点实验室,江苏无锡214122
摘要:采用离子选择电极法测量溶液中某种离子的离子浓度时,离子选择电极与参比电极间产生一个电势差。基于
电势差信号的低频率、低幅值和输入高阻抗的特点,设计了一种用于离子选择电极信号采集的前置放大器。该放大
器主要由传感器电极、低通滤波电路、超高输入阻抗放大电路、差分式放大电路和50Hz陷波电路等组成。该前
置放大器提供了高达1020的输入胆抗,并且很好的降低了共模信号的干扰以及工频千扰,可以较好的采集到离
子选择电极的微弱信号。
关键词:离子选择电极法;超高输入阻抗;前置放大器;工频干扰
中图分类号:TN72.7
文献标识码:A
文章编号:1674-6236(201411-0012-03
A design of prime amplifier forion-selective electrode
LI Dong-liang, YANG Hui-zhong
(Key laboratory of Advanced Process Control for Light Industry Ministry of Education, iangnan University,
Wuxi 214122, China)
Abstract: When use anion-selective electrode method to measure a certain ion-concentration, an electrical potential
difference is generated in between the ion-selective electrode and thereference electrode. A prime amplifier forthe
electrical potential difference is designed based on the signal characteristics of low frequency, small amplitude and
high resistance. The amplifierincludesan electrode, low pass filter circuit, ultra high input resistance amplifier circuit
if erential amplifier and 50 Hz rejector circuit. This prime amplifier provides 10 high input impedance, and can
well remove the interference of common mode signal and interference of power frequency. Therefore, itcan be very
goodto collect the weaksignal from the ion-selective electrode
Key words: ion-selective electrode method; ultra highinput resistance; prime amplifier disturbance of industry frequency
电位型离子选择电极具有价格低廉、携带方便、适用浓
度宽广、操作简单快捷、不受样品颜色、混浊度、悬浮物或
离子选择电极法原理
粘度的影响等优点,在医疗保健、生化分析、食品安全和环境
离子选择电极法测量溶液的离子浓度是一种基于电位分
监测等领域得到了广泛的应用叫。在测量低浓度离子溶液时,析的方法,可用于直接电位法,也可用于电位滴定。图1
电极产生的信号一般比较微弱,幅度为毫伏级,频率较低且为离子选择电极应用于直接电位法的测量原理。离子选择电
呈现的内阻要高达几百兆欧,即使用髙输人阻抗的测量放大极包含由特殊的电活性物质组成的敏感膜,对溶液中某种特
器也很难实现阻抗匹配,仍然会出现很大的电压耦合损失
定离子具有较高选择性,从而产生一定的电势,其电勢大小
这就直接影响到离子选择电极的使用效果和应用范围。在信与溶液中特定离子的浓度成对数线性关系。用设计出的前置
号采集、放大和检测过程中通常会受到外界的各种干扰,其放大器采集离子选择电极与参比电极组成电池的电动势,即
中以50Hz交流电以及其多次谐波引起的工频干扰最为普遍。
可计算出被测溶液中某种离子的浓度
因此,如何把干扰滤除并且实现阻抗匹配是整个信号采集电
测量出的电动势为
路的核心叫。文中设计了一种适合离子选择电极使用的前置
B=EMER-ER
放大器,该放大器具有超高输入阻抗(1022)的特点,并
式(1)说明了离子选择电极与参比电极之间的电动势E
且能很好的抑制50Hz工频干扰,还可以实现多路信号的同的组成,其中:Ew为离子选择电极的外膜电位;Ea为参比
时采集,特别适合于传感器在水质连续自动监测和现场分析电极的电位;E为液接界电位。
中的应用。
在外界环境稳定的情况下,Ex为与溶液中某种特定离子
收稿日期:2014-02-26
稿件编号:201402192
浓度相关的电位,其余均为固定量。
基金项目:江苏省产学研联合创新资金一前贍性联合研究项目(BY201207);江苏省环保科研课题(2012051)
作者简介:李东亮(1989),男,江苏徐州人,硕士。研究方向:水质在銭监测装置的开发