离子选择电极信息特性研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文摘要离予选择窀极是一种电纯学传感器，它作为～稀简肇、直藏、菲破坏往的分辛斥工具，在科学研究及工业生产等众多领域得NT广泛的应用。温室营游液循环控制系统中，营养液内各种离子浓度的测量工疑就是离子选择电极。能斯特方程是离子选择电极分析法中最基本的公式。在电化学理论中，能斯特公式是在电极膜表面与外部溶液的相界面达到热力学平衡时才能成立。但在很多情况下，例如高精度分析或实时控制中利用离子选择电极作为测量元件进行分析和控制时，需要掌握平衡状态建立的过程中离子选择电极的动态特性。基于此，本文从以下三个方面对离子选择电极的信息特性进行了研究。第一，研究离子选择电极

2、在温度阶跃变化下输出电势对时间的动态响应模型。分析离子选择电极稳态模型的建立过程，建立了离子选择电极溶液温度～测量电压一溶液浓度三维数学模型。最后通过实验，找出影响输出电势的主要因素，并对大量的实验数据进行分析，定出电势随这些因素的变化趋势，最终确立系统模型。第二，从控制的角度出发研究离子选择电极的时间响应特性，测定离子选择电极被测溶液浓度发生阶跃变化时的惯性时间常数，并得到其动态响应模型，给出通用的建模算例。最后将该方法应用于硝酸根选择电极动态响应模型的建立。第三，考虑离子选择电极在多个外界条件发生变化时的响应特性，分析离子选择电极在浓度和温度同时发生变化时输出电势对时间的动

3、态响应模型。分别用多变量系统辨识中的逐个试验法和联合试验法辨识，结合最小二乘法，得到离子选择电极在温度和浓度同时突变时的响应模型。关键词：离子选择电极，温度突变，浓度阶跃变化，动态特性，响应时间响应模型II中趟科学技术大学顿士学位论文AbstractIon—SelectiveElectrode(ISE)isakindofelectrochemicalsensor,Asasimple，directandnondestructivediagnostictool，itisappliedwidelyinscientificresearch，industrialproductionand

4、otherfields．Ingreenhousecirculatingnutritioussolutioncontrolsystems，themeasuretoolforallkindsofIonconcentrationisISE．NemstequationisthebasicequationinISEanalysismethods．Intheelectrochemistrytheory,itonlyworkswhenthephaseinterfacebetweentheelectrode’smembranesurfaceandtheextemalsolutionreache

5、sthermodynamicbalance、Butinmanycases，e．g．，whenusingISEasmeasuretoolinhighprecisionanalysisandreal—timecontrol，weneedtoknowexactlythedynamiccharacterofISE．Basedontheresearchwork，thisthesisstudiestheinformationcharacterofISEfromthefollowingaspects．Firstly,thedynamicresponsemodelofISEaccordingt

6、oatemperaturestepsignalisintroduced．Byanalyzingtheprocessofconstructingthestablemodel，a3dimensionmathematicmodel(thesolutiontemperature，measuredpotentialandthesolutionconcentration)isreached．Then，themodelofthesystemisconstructedbyanalyzingagreatdealofexperimentsdata．SecondlNbasedontheaspecto

7、fcontroltogetthetimeresponsecharacterofISE，thispapermeasuresthetimeconstantofISEaccordingtoaconcentrationstepsignal，andobtainsthedynamicresponsemodel，andgivestheuniversalmethodforconstructingmodel．ThenwechosetheNitrateISEasanexampletointroducethede