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一種高精度可現(xiàn)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(shù)字發(fā)生器產(chǎn)生可調(diào)的基準頻率源,使差頻值在#優(yōu)范圍內(nèi),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(zhì)量響應相關系數(shù)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(lián)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(yī)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(zhì)量發(fā)生改變時引起頻率的變化。小型化是儀器發(fā)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(fā)生器產(chǎn)生可調(diào)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(diào) 節(jié) 器 、Arduino UNO R3、低通濾波器、信號放大器、差頻電路板。電源調(diào)節(jié)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(jīng)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(jīng)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(shù)據(jù)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。控制面板右側有紅白兩個按鈕,紅色按鍵為電源開關鍵,白色按鍵為開始鍵,內(nèi)置SD卡,可存儲數(shù)據(jù)。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(chǎn)生不同差頻探究#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(zhì)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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