标签:区别 data- 有一个 生物 半导体 基本原理 产生 术语 电阻
前一篇讨论了传感器微量电流测量电路基本要求,再讨论另一种重要测量电路:毫伏电压测量的基本原理和要求.
不就是测量电压么?拿个万用表来谁不会用?
且慢!电化学仪器之所以值几万银子,肯定不是万用表能替代的。电化学与一般固体电路不同,关键在于它的电流-电压关系是靠电极表面与溶液中分子离子的电子交换来实现并维持的。要想测量电极表面平衡态的电荷积累状态(相间电位),就必须用电流等于零的方式来测量,这本身违反欧姆定律,没有电流是测不到电压的,那又如何实现测量?
实际生活中,要求测量电路本身具有极大电阻,以电流接近与零的方式来完成测量,使测量时流过的电流所消耗的电极电荷相对于电极表面的总体平衡态可以忽略不计,不会明显扰动电极表面状态。
上面这句话含义其实很深,注意!电压本身是非加和量(这个术语一时间想不起来了,Intensive quantity),与电极表面积无关,但是电极表面积却是加和量(extensive quantity),电极表面积越大,所能允许的测量电流就越大,所以在尽可能情况下(例如测试液体体积不受限制时),电极面积越大越好,能够降低对测量电路的要求。
下面是一个原理电路,使用一个高输入阻抗的运算放大器直接实现毫伏电压测量,想要可靠测量毫伏电压,测量时的微量放电就可能使整个测量结果失效,所以需要测量电路的输入阻抗大于10-14欧姆以上(这个量值也是直接从欧姆定律得来的)。
第一个运算放大器(高输入阻抗)直接测量pH电极与参比电极之间的电压差,第二个放大器将电压符号转换一下输出至显示器。理论上说原理与万用表没什么区别,主要是对测量电路输入阻抗的要求极高,不能有电流流过,否则造成电极放电,就测不准了。
再就是毫伏电压测量受环境干扰极大,必须有足够消除噪音的措施。表现在上面电路中,就是多处电容的使用。
再就电极表面现象解释一下,离子选择电极的毫伏测量是对表面相间电位的测量,如下图所示。这是一个电极表面(或玻璃膜表面)在溶液中,由于离子积 累所产生的电容效应。若每一个正负离子对代表一个单位电位差,则单位面积上的所有离子对的代数和(电荷密度)就是外电路测量所得电压。
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