双层膜锑pH电极及其测试仪的研制与应用

pH值是工农业生产、医学检验和环境保护等领域十分重要的化学参数。针对目前农业生产中玻璃电极及其测试仪存在影响因素多、测量误差大等不足,依据锑pH电极敏感机理和全氟磺酸树脂(Nafion)修饰膜选择性透过特性,应用16位低功耗微控制器(单片机)凌阳SPCE061A研制一种经双层膜修饰锑pH测试仪。通过对电极性能测定试验和pH测试仪土壤pH检测试验,结果表明:在pH值为1～12,电极输出电势E与pH值线性度好,相关系数R2为0.997,具有响应快、回差小、抗干扰能力强等优点;pH测试仪在测定土壤浑浊液pH值时,误差绝对值小于0.075,相对误差绝对值小于1.342%,在工农业生产中具有广阔应用前景。     

便携式无土栽培基质多参数无线检测仪

为实现无土栽培基质参数的快速准确测量,基于自制的基质多参数复合传感器,并结合Zig Bee无线网络技术,研制了便携式基质多参数无线检测仪。检测仪采用分体式设计,由无线复合传感器和手持终端两部分组成。无线复合传感器采集基质参数信息,并以无线的方式将信息发送到手持终端;手持终端对接收到的测量参数信息进行处理分析、显示、存储和查询等。检测仪性能试验表明,含水率测量误差为-0.4%~3.1%,相对误差为-3.2%~9.6%,且对不同基质具有较好的适应性;电导率测量误差为-0.015~0.179 m S/cm,相对误差为-4.7%~10%,且对不同基质具有较好的适应性;温度测量误差为-0.63~0.69℃,相对误差为-1.1%~3.3%。检测仪能够满足无土栽培基质参数检测的要求。     

基于RC峰值检测的土壤水分传感器设计与性能试验

针对现有电容式土壤水分传感器精度低、功耗高、价格高、标定过程复杂等问题,基于RC稳态响应峰值检测原理,设计了一款土壤水分传感器,并对传感器敏感区域、电学特性、标定模型、温度和电导率特性进行了测试。实验结果表明,传感器测量体积含水率平均灵敏度为12. 187 mV,敏感区域为3. 8 cm×2. 5 cm×7. 2 cm;输出信号不受供电电压影响,消耗电流仅为3～4 mA;通过在不同介电常数溶液中标定,结合TOPP经验公式,建立的指数标定模型的决定系数R~2均大于0. 96;传感器温漂引起的测量误差约为0. 5%,在0～2 000μS/cm范围内电导率引起的最大测量误差小于4. 2%,传感器最大实测误差为2. 17%。     

高低频双频激励土壤含水率传感器设计与试验

针对现有电容式土壤含水率传感器对电导率敏感等问题,从电阻电容串联阶跃响应原理出发,采用峰值检测技术,设计高低频（100、50 MHz）激励下的数字型土壤含水率传感器,并提供一种融合高低频响应信号分析土壤等效相对介电常数的反函数模型。试验结果表明,传感器的高低频响应稳定时间在338～464 ms,建议传感器高低频切换间隔大于500 ms。在非导电液体介质中标定结果表明,高低工作频率下各自输出信号与液体相对介电常数符合指数模型,决定系数R²大于0.98。在0～1 000μS/cm范围内的溶液试剂中,基于反函数模型的高低频数据融合处理,电导率引起的测量相对介电常数的最大误差为1.775,对应最大引用误差2.16%。土壤实测表明,单频率传感器输出信号易受土壤电导率的影响,其引起的信号误差可大于100 mV,对应的体积含水率误差大于10%;而双频输出信号经反函数模型的数据融合处理后,结合Topp模型,电导率对传感器的影响最大误差为3.2%。