Gravity: 模拟pH计V2

简介

DFRobot Gravity: 模拟pH计V2专门用于测量溶液的pH，衡量溶液的酸碱程度，常用于鱼菜共生、水产养殖、环境水检测等领域。

本产品作为pH计V1的升级版本，极大的改善了用户体验与精度：板载稳压芯片，支持3.3~5.5V的宽电压供电，兼容5V和3.3V主控板；输出信号经硬件滤波，抖动小；配套软件库采用2点校准的方式，能自动识别两种标准液4.0和7.0，简单方便。

本产品配合主控板（如Arduino）与配套的开源软件库，就可迅速搭建出一套pH检测仪，即插即用，无需焊接。DFRobot提供多种水质检测传感器产品，尺寸与接口统一，满足各类水质检测的需求，也适合搭建多参数水质检测仪。

pH是衡量溶液酸碱度的一个值，亦称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度。pH在医学、化学、农业上都有广泛的用途。通常pH是一个介于0~14之间的数，在热力学标准状况下，pH=7的溶液呈中性，pH<7时呈酸性，pH>7时呈碱性。

warning_yellow.png

  • BNC座子与转换板必须保持干燥和清洁，否则会影响输入阻抗，导致测量不准确。如不慎受潮，需烘干处理。

  • 转换板不可直接放置在潮湿的平面或半导体平面上，否则会影响输入阻抗，导致测量不准确。建议用尼龙柱固定，让转换板与平面留有一定的距离。

  • pH电极头部的敏感玻璃泡不得与硬物接触，任何破损和擦毛都会使电极失效。

  • 测量完毕，转换板断电后，请及时将pH电极与转换板断开连接。pH电极不可长时间接在未供电的转换板上。

技术规格

  • 信号转换板(变送板)V2：

    • 供电电压：3.3~5.5V
    • 输出电压：0~3.0V
    • 电极接口：BNC
    • 信号接口：PH2.0-3P
    • 测量精度：±0.1@25℃
    • 板子尺寸：42mm*32mm

  • pH电极：

    • 电极类型：实验室级电极
    • 检测范围：0~14
    • 温度范围：5~60℃
    • 零点：7±0.5
    • 响应时间：<2min
    • 内阻：<250MΩ
    • 寿命：>0.5年（与使用频率有关）
    • 线缆长度：100cm

引脚说明:

标号 名称 功能描述
1 - 供电电源负极(0V)
2 + 供电电源正极(3.3~5.5V)
3 A 模拟量输出(0~3.0V)
4 BNC pH电极接口

使用教程

本教程将演示如何使用这款pH计进行校准与测量。请仔细阅读每个步骤。

测量另一种溶液之前，务必清洗好pH电极并用吸纸吸干残余水滴，防止溶液间交错污染。推荐使用蒸馏水清洗pH电极。

准备

  • 硬件
    • 1 x Arduino UNO主控板（或类似主控板）
    • 1 x pH计V2信号转换板（变送板）
    • 1 x pH电极
    • 1 x 4.0 pH标准液
    • 1 x 7.0 pH标准液
    • 1 x 模拟传感器连接线（或杜邦线）
    • 1 x 被测溶液

接线图

pH电极使用前，先从保护盖中取出电极, 然后按照如下图所示的方式连线。

校准

为保证测量精度，初次使用的电极，或者使用了一段时间的电极，需要进行校准。
本教程采用2点校准，因此需要4.0和7.0的pH标准液。
下面将详细说明如何进行2点校准。

  • 1.上传样例代码至arduino主控板中，上传完毕后，打开串口监视器，即可看到温度与pH。如自行添加了温度传感器，务必写好相应的功能函数代码并调用。

  • 2.用蒸馏水清洗电极，然后用吸水纸吸干残余水滴。将pH电极插入到7.0的pH标准液中，轻轻搅拌，等待数值稳定。

  • 3.待数值稳定后，即可进行第一点的校准。具体步骤如下：

  • 1.在串口监视器中输入enterph指令，进入校准模式。

Ph_cal1.jpg

  • 2.输入calph指令进行校准，校准成功与否会有相应的提示。程序会自动识别2种pH标准液：4.0和7.0。本例会自动识别出7.0的pH标准液。

Ph_cal2.jpg

  • 3.校准完毕后，输入exitph指令,保存好相关参数并退出校准模式。必须输入exitph指令后，相关参数才能保存下来。

Ph_cal3.jpg

  • 4.经过上述步骤，第一点的校准就完成了。下面进行第二点的校准。

  • 4.用蒸馏水清洗电极，然后用吸水纸吸干残余水滴。将pH电极插入到4.0的pH准液中，轻轻搅拌，等待数值稳定。

  • 5.待数值稳定后，即可进行第二点的校准。与第一点校准步骤一致，具体步骤如下：

1.在串口监视器中输入enterph指令，进入校准模式。

2.输入calph指令进行校准，校准成功与否会有相应的提示。程序会自动识别2种pH标准液：4.0和7.0。本例会自动识别出4.0的pH标准液。

3.校准完毕后，输入exitph指令,保存好相关参数并退出校准模式。必须输入exitph指令后，相关参数才能保存下来。

4.经过上述步骤，第二点的校准就完成了。
  • 6.完成上述步骤后，2点校准就完成了，之后就可用于实际的测量。校准过程中的相关参数已经保存至主控板的EEPROM中。

样例代码

请先下载DFRobot_PH库文件，然后安装。如何安装库？

    /*
     * file DFRobot_PH.ino
     * @ https://github.com/DFRobot/DFRobot_PH
     *
     * This is the sample code for Gravity: Analog pH Sensor / Meter Kit V2, SKU:SEN0161-V2
     * In order to guarantee precision, a temperature sensor such as DS18B20 is needed, to execute automatic temperature compensation.
     * You can send commands in the serial monitor to execute the calibration.
     * Serial Commands:
     *   enterph -> enter the calibration mode
     *   calph   -> calibrate with the standard buffer solution, two buffer solutions(4.0 and 7.0) will be automaticlly recognized
     *   exitph  -> save the calibrated parameters and exit from calibration mode
     *
     * Copyright   [DFRobot](https://www.dfrobot.com), 2018
     * Copyright   GNU Lesser General Public License
     *
     * version  V1.0
     * date  2018-04
     */

    #include "DFRobot_PH.h"
    #include <EEPROM.h>

    #define PH_PIN A1
    float voltage,phValue,temperature = 25;
    DFRobot_PH ph;

    void setup()
    {
        Serial.begin(115200);
        ph.begin();
    }

    void loop()
    {
        static unsigned long timepoint = millis();
        if(millis()-timepoint>1000U){                  //time interval: 1s
            timepoint = millis();
            //temperature = readTemperature();         // read your temperature sensor to execute temperature compensation
            voltage = analogRead(PH_PIN)/1024.0*5000;  // read the voltage
            phValue = ph.readPH(voltage,temperature);  // convert voltage to pH with temperature compensation
            Serial.print("temperature:");
            Serial.print(temperature,1);
            Serial.print("^C  pH:");
            Serial.println(phValue,2);
        }
        ph.calibration(voltage,temperature);           // calibration process by Serail CMD
    }

    float readTemperature()
    {
      //add your code here to get the temperature from your temperature sensor
    }

常见问题

***Q1.***pH电极使用多长时间后需要校准？

A.校准的间隔和使用频率有一定关系。通常情况下，一个月校准一次即可。如使用频繁，可一个星期校准一次。校准时，尽量使用新鲜的pH标准液。

***Q2.***校准过程中，是否必须完成2点校准？可否只完成1点校准？

A. 要求不高的情况下，可只用中性标准液（7.0）进行校准，称为单点校准，用来确认pH电极的实际零点，此时斜率采用理论值。然后再用酸性标准液（4.0）进行校准，即可确认pH电极的实际斜率。因此，为了保证测量精度，推荐使用2点校准。

***Q3.***第一次校准时，总是校准失败，或者打印出异常的值，可能是什么原因？

 A. 校准时，相关的参数是保存在EEPROM中指定的位置的。如果之前恰好有保存过其他参数到EEPROM中的这个地址，可能会有冲突，导致不能正常校准。可用下述代码，擦除EEPROM中指定位置的内容。运行一次即可，然后重新上传样例代码，再进行校准操作。

 /*
 This code will reset the corresponding EEPROM used by DFRobot Gravity pH Meter V2, SKU: SEN0161-V2.
 When uploaded this code, please open the serial monitor of the Ardino IDE. The correct value of the EEPROM block should be 255. 
 */
#include <EEPROM.h>
#define PHADDR 0x00
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  for(int i = 0;i < 8; i++ )
  {
     EEPROM.write(PHADDR+i, 0xFF);// write defaullt value to the EEPROM
     delay(10);
  }
}
void loop()
{
  static int a = 0, value = 0;
  value = EEPROM.read(PHADDR+a);
  Serial.print(PHADDR+a,HEX);
  Serial.print(":");
  Serial.print(value);// print the new value of EEPROM block used by EC meter. The correct is 255. 
  Serial.println();
  delay(10);
  a = a + 1;
  if (a == 8)
    while(1);
}

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pH电极维护事项

  • 电极在初次使用或久置不用后重新使用时，需要把电极球泡及砂芯浸在3NKCL溶液中活化8小时。

  • pH电极头部的敏感玻璃泡（在塑料保护栅内）不得与硬物接触，任何破损和擦毛都会使电极失效。

  • 测量完毕不用时，应将电极保护盖套上，保护盖内应放少量3mol/L KCL溶液，以保持电极球泡的湿润。

  • 电极的引出端（插头），必须保持清洁和干燥，绝对防止输出两端短路，否则将导致测量结果失准或电极失效。

  • 电极应避免长期浸在蒸馏水、蛋白质、酸性氟化物溶液中，并防止和有机硅油脂接触。

  • 电极经长期使用后，如发现电极的百分理论斜率（PTS）略有降低，则可把电极下端浸泡在4%HF（氢氟酸）中3~5秒钟，用蒸馏水洗净，然后在0.1mol/l HCl溶液中浸泡几小时，用去离子水冲洗干净，使之复新。

  • 被测溶液中如含有易污染敏感球泡或堵塞液接界的物质，会使电极钝化，其现象是百分理论斜率（PTS）降低、响应时间长、读数不稳定。为此, 应根据污染物质的性质,以适当溶液清洗，使之复新。

  • 选用清洗剂时，如能溶解聚碳酸树脂的清洗液，如四氯化碳，三氯乙烯，四氢呋喃等，则可能把聚碳酸树脂溶解后，沾污敏感玻璃球泡表面，而使电极失效，请慎用！

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