支持RF无线传输的pH传感器参考设计

　　如果系统精度、效率和可靠性至关重要，设计传感器节点无线数据传输以用于远程监控会是一个相当大的挑战。溶液的pH值是许多行业需要考虑的一种测量，例如农业或医疗领域。本文的主要目的是评估pH玻璃探针的特性，从而解决硬件和软件设计的不同挑战，并提出一种利用射频收发器模块从探针无线传输数据的解决方案。

　　本文第一部分介绍pH探针，然后探讨与前端信号调理电路相关的各种设计挑战，以及如何实现低成本、高精度、高可靠性的数据转换。为了提高数据处理的精度，讨论中还会涉及校准技术，例如一般多项式拟合，即利用最小二乘法逼近分散的预定义数据来校准pH值。本文最后一部分提供一种无线监控系统参考电路设计。

　　了解pH探针

　　pH值定义

　　水溶液可分为酸性、碱性和中性三类。在化学中，酸碱度通过一种数值尺度来衡量，称为pH值。依据嘉士伯基金会的定义，pH值代表氢离子浓度。此尺度是一个对数尺度，范围为1到14。pH值的数学表达式为：pH = –log（H + ）。因此，如果氢离子浓度为1.0 ×10 -2摩尔/升，则pH = –log（1.0 ×10 -2 ） = 2。蒸馏水等水溶液的pH值为7，这是一个中性值。pH值小于7的溶液为酸性溶液，大于7的溶液为碱性溶液。对数尺度反映了一种溶液相对于另一种溶液的酸性程度。例如，pH值为5的溶液，其酸度是pH值为6的溶液的10倍，是pH值为8的溶液的1000倍。

　　pH指示器

　　有很多办法可测量水溶液的pH值，包括通过石蕊试纸指示器或使用玻璃探针。

　　石蕊试纸

　　石蕊试纸指示器通常由从地衣提取的染液制成，可用来指示pH水平。一旦与溶液接触，试纸就会发生化学反应，导致其颜色改变，由此指示pH水平。这一类大体上包括两种方法：一种是将已知pH值对应的标准颜色与利用缓冲溶液浸入测试液体的指示器颜色进行比对；另一种是将pH试纸先浸没在指示器中，然后浸入测试液体中，将其颜色与标准颜色进行比对。虽然上述两种方法很容易实现，但是温度和测试溶液中的杂质很容易引起误差。