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一種高精度可現場使用的智能壓力校驗儀研制

作時間:2019-07-17  來源:  作者:
   
摘要:利用DDS數字發生器產生可調的基準頻率源,使差頻值在非常優范圍內,設計制作基于Arduino單片機作為核心控制源的便攜式石英晶體微天平校驗儀。氯化鈉質量響應相關系數為0.9989;與不同粘度丙三醇的響應實驗表明,Δf與1/2呈線性關系,說明儀器響應性良好。銅的電沉積實驗結果1ng Cu引起0.61Hz頻率的變化,為理論值的82.4%,表明本儀器還可與電化學工作站聯用。
 
0 引言
石英晶體微天平(quartz crystal microbalance,QCM)作為一種高精度、高準確度的檢測儀器被廣泛應用于化學、生物醫學、食品、航空航天等領域。QCM傳感器利用壓電效應當石英晶體表面負載質量發生改變時引起頻率的變化。小型化是儀器發展的一個方向,提出設計一個基于差頻方法的便攜式石英晶體校驗儀。差頻值過大或過小,均影響測量精度。本研究采用差頻電路獲取頻率變化值,以單片機控制信號發生器產生可調基準頻率源,保證差頻測量精度設計制作了便攜式智能壓力校驗儀,可用于電化學研究。
壓力校驗器.jpg
1 實驗部分
1.1 儀器與試劑
AD9851(美國Analog Devices)、電化學工作站(上海辰華CHI660D)、氯化鈉、五水硫酸銅、硫酸、丙三醇(分析純,國藥集團化學試劑有限公司)。
 
1.2 智能壓力校驗儀構造及原理
儀 器 硬 件 部 分 包 括 L M 2 5 9 6 電 源 調 節 器 、Arduino UNO R3、低通濾波器、信號放大器、差頻電路板。電源調節器主要是將儀器維持在12V電壓下工作,單片機控制AD9851輸出正弦波信號,經過低通濾波與信號放大后輸出為參考頻率,參考頻率與測量頻率由差頻電路進行差頻,差頻值經過脈沖整形后輸出繪制頻率變化曲線并由液晶顯示屏顯示,數據由SD卡同步記錄。
儀器控制面板為黑色,長15.2cm、寬9.7cm、高4.0cm?刂泼姘逵覀扔屑t白兩個按鈕,紅色按鍵為電源開關鍵,白色按鍵為開始鍵,內置SD卡,可存儲數據。儀器左側引線用于連接電源適配器或5V移動電源,右側引線接自制檢測池。
 
1.3 實驗過程
以AD9851控制產生不同差頻探究非常佳差頻范圍。配置0.2g/L氯化鈉溶液與不同濃度丙三醇分別進行質量響應與粘度響應實驗。配置0.1mol/L CuSO4與0.1mol/L H2SO4,以QCM的金電極作為工作電極,參比電極為Ag-AgCl電極,對電極為鉑電
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