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方程表明，產(chǎn)生的電壓取決于溶液的酸度和堿度，并以已知方式隨氫離子活性而變化。溶液溫度的變化會改變其氫離子的活性。當溶液被加熱時，氫離子運動速度加快，結(jié)果導致兩個電極間電位差的增加。另外，當溶液冷卻時，氫活性降低，導致電位差下降。根據(jù)設計，在理想情況下，當置于pH值為7的緩沖溶液中時，電極會產(chǎn)生零伏特電位。典型pH探針的規(guī)格如下表所示。

表1. pH玻璃探針的典型規(guī)格

pH探針在本研究中起著重要作用，因為數(shù)據(jù)可靠性取決于傳感器的精度和可靠性。選擇pH探針時，有兩個重要因素需要考慮：

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緩沖溶液溫度改變之后的穩(wěn)定時間

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pH值改變之后的穩(wěn)定時間

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作為例子，下面的數(shù)據(jù)摘自Jenway的應用筆記“Jenway高性能pH電極評估”，顯示了探針在給定測試條件下發(fā)生溫度變化后的穩(wěn)定性能。制備一種溶液，其緩沖液在20°C時的pH值為7，在60°C時的pH值為4。讓各電極在以200 rpm轉(zhuǎn)速攪拌的pH 7緩沖液中穩(wěn)定。然后用去離子水清洗電極，并將其轉(zhuǎn)移到pH 4緩沖液的等分試樣中放置4分鐘。再次用去離子水清洗電極，然后將其放回到pH 7緩沖液中。評估讀數(shù)持續(xù)10秒保持穩(wěn)定所需的時間。對每個探針重復測試三次。

表2. 緩沖溶液溫度改變之后的穩(wěn)定時間

表3. 緩沖溶液pH值改變之后的穩(wěn)定時間

在所示給定條件下，Jenway探針的性能與通用pH探針相比，響應時間要快最多50%。使用類似這樣的儀表會非常有利，因為其樣本吞吐速率很高，分析數(shù)據(jù)所需的時間會大大縮短。

傳感器模擬信號調(diào)理電路

為了理解信號調(diào)理電路，必須知道傳感器探針的等效電路圖。如上一節(jié)所述，pH探針由玻璃制成，可形成極高的電阻，范圍從1MΩ到1 GΩ不等，充當與pH電壓源串聯(lián)的電阻，如圖1所示。

圖1. pH探針等效電路配置

即使非常小的電路電流流經(jīng)電路中各器件的高電阻（尤其是測量電極的玻璃膜），這些電阻上也會產(chǎn)生相對較大的壓降，嚴重降低儀表測得的電壓。更糟糕的是，測量電極產(chǎn)生的電壓差非常小，處于毫伏范圍（理想情況下，室溫時每pH單位對應59.16mV）。用于此任務的儀表必須非常靈敏，并且有超高輸入電阻。