水是生命之源,离开了水,人类无法生存。非常普通的水,存在于各种形式物质中。要准确地检测它,可要花一番功夫的。下面拆解的1992年瑞士梅特勒Mettler公司DL-18(卡尔·费休)微量水份分析仪,精度高,可测10ppm含量的水份。在当时,要8万元一台,那可是神器,只有少数人才能接触到这种高精尖仪器。这个型号坚固耐用,目前仍有单位在使用中。
检测水份有多种方法:热干燥法、蒸馏法、卡尔·费休法(化学法)、水分活度AW的测定等等。
卡尔·费休法检测水份原理:卡尔·费休法是测定各种物质中微量水份的一种方法。这种方法自从1935年由卡尔·费休提出,它利用甲醇和吡啶存在的情况下,滴加入适当量的碘,水与碘和亚硫酸发生定量化学反应的原理,使用一支双铂电极,其两极加有电流源,把极化电极针两端测得的电压作为输入信号用于控制滴加碘,在滴定完最后一滴痕量水时,电压降到零。过量碘的存在,使电极去极化,小电流在一个电极上氧化碘离子、在另一个电极上还原等量的碘分子,根据碘的消耗量测出水份含量。该法检测精度很高,但试剂的成本也很昂贵,安装麻烦,电路复杂。国际标准化组织把这个方法定为国际标准测微量水份,我国也把这个方法定为国家标准测微量水份。
仪器电路原理:
首先由单片机诊断仪器状况(自检),仪器正常时,信号经机内A/D转换再经数字滤波,输出一个电压控制信号。此信号经过压控电流源变换后加到测量电极上。测量电极信号送至单片机。电极的电流经运算放大器转换成电压信号,输入到V/F变换器。由单片机对V/F变换后的频率进行累加积分。将此积分结果计算出水分含量。单片机还负责完成频率响应,控制滴定管步进电机、信息显示,与计算机、电子天平、打印机的通讯功能等。
仪器外貌,三个棕色玻璃瓶是装化学溶液用:
仪器后部,气泵(抽排液用)、电源插座、开关、信号线插头:
滴定管(10ML)、 滴定池(烧杯):
滴定管结构:由步进电机驱动活塞杆滴液(类似注射器)
滴定池配的是高品质德国Schott(肖特)150ML实验室DURAN烧杯,用了近20年,还是光亮如新,烧杯中的白色胶囊状物体是磁力搅拌子。
(DURAN硼硅玻璃所能承受的最高操作温度为500°C, 耐热冲击性能是普通玻璃三倍以上,可冷却至最大极限的零下温度,约-192°C,即使最恶劣骤冷骤热也不会炸。):
打开底板,步进电机驱动机械部分,活塞杆的极限位置由上下两个限位开关控制:
驱动磁力搅拌器的直流电机:
主板全貌:
商标, METTLER(梅特勒)公司,瑞士原产:
电源输入口装有抗干扰集成模块:
主电源变压器采用“环牛”:
“环牛”有100V、120V、230V、240V抽头,便于适应不同电源电压:
这是主板电源部分:
串有100欧电阻的电源滤波电容(第一次见这种封装):
两个KBP02M 3N248 整流桥200V 1.5A
LM317T LM337降压型线性三端稳压器,为仪器提供所需的稳定电流电压源:
BD244A PNP功率管6A 65W,驱动电机,摩托罗拉LM317T三端稳压器:
NS公司LM340AT5.0P+ 三端稳压器:
德国直流滤波电容4700μF 25V:
PHILIPS直流滤波电容2200μF 40V(第一次见PHILIPS电容):
大小黄豆(钽电容):
CPU是当时大名鼎鼎ZiLog公司的Z8系列 Z0868108PSC;
左边的IC是梅特勒Mettler公司的固化程序ROM;
下面是日本EPSON 256K RAM:
给CPU来个近镜头,1991年第36周生产,安插在镀金管的插座上:
为了接触良好,主板上IC插座的插孔都是内镶镀金管的,看看这个闲置的IC插座:
瑞士Ageltro 6.144MHz晶振:
输入信号处理单元:
DG211CJ MAXIM公司 4通道模拟开关;
LM331N NS(美国国家半导体公司) 精密电压频率转换器;
LM324N NS公司 低功耗四运算放大集成电路;
LF411CN NS公司 低误差低漂移BI-FET输入运算放大器;
这个部分的电阻(五环色标)、电容采用的是高精度、稳定性好的元件:
NEC D8155HC-2通用接口电路;
飞利浦HEF4040BP 二进制计数器;
又一个梅特勒Mettler公司的固化程序ROM:
主板上保持数据的电池 1.2V×2镍镉电池,是著名电池生产商德国VARTA公司产品:
UDN2981A Allegro公司的8通道输出驱动芯片;
ULN2003A ST公司的7反向器,输出驱动用;
SN74LS74AN TI公司的双路D类上升沿触发触发器:
扩展输出驱动功率的 BD140 PNP中功率管1.5A 10W:
SFH601-4X 六脚光耦:
LED数码管作显示:
红LED作状态显示:
UDN2981A Allegro公司的8通道输出驱动芯片, 驱动红LED;
SN74LS02N TI公司的逻辑IC 四路2输入或非门:
磁力搅拌器速度调节电位器:
镀金通讯串口座、线(大头):
昂贵的铂金电极:
传完了,谢谢大家观看!
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