一種用于測定鐵鎳電池電解液碳酸根含量的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測定鐵鎳電池電解液中碳酸根含量的裝置，磁力攪拌器上部的燒杯內(nèi)盛有待測溶液，電子天平稱量盤上的支撐平臺上部的燒杯內(nèi)盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液，燒杯底部設(shè)有滴管，滴管上設(shè)有控制閥門，數(shù)碼管式pH計的測量電極插入盛有待測溶液的燒杯中，該盛有待測溶液的燒杯內(nèi)部裝有磁力棒，攝像頭通過數(shù)據(jù)線與計算機主機的USB接口相連接，用于采集待測溶液的pH值數(shù)據(jù)并通過顯示器實時顯示，電子天平的數(shù)據(jù)輸出接口通過數(shù)據(jù)線與計算機中的RS232C串口數(shù)據(jù)采集接口相連接，用于采集標(biāo)準(zhǔn)酸液的重量數(shù)據(jù)并通過顯示器實時顯示。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，能夠較為準(zhǔn)確地測定鐵鎳電池電解液碳酸根的含量。
【專利說明】
-種用于測定鐵鎮(zhèn)電池電解液碳酸根含量的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于碳酸根測量裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于測定鐵儀電池電解液中 碳酸根含量的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著的社會的發(fā)展，電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人們生活中，大到航空航天，小到電腦手 機。其中鐵儀電池更是對新社會發(fā)展有重要的作用，鐵儀電池又叫愛迪生電池，愛迪生于 1902年發(fā)明了運一新式蓄電池，運種蓄電池具有超長的使用壽命，而且不會對環(huán)境造成污 染。
[0003] 早期的鐵儀電池，曾一度用于汽車和坦克等重型裝備。但由于比較笨重，被后期出 現(xiàn)的鉛酸電池、儀儒電池擠出市場。21世紀(jì)的今天，隨著環(huán)保意識的增強，鐵儀電池再次被 提出，無污染的鐵儀電池非常符合當(dāng)代社會所提出的綠色化學(xué)理念。
[0004] 電解液的存在對鐵儀電池性能的提升起到了很大的作用，了解電解液中碳酸鹽的 含量對電池的影響，更進一步地掌握應(yīng)該在何時更換電解液，延長電池的使用壽命，是電池 研究的重要方向。開口式電池在使用過程中，伴隨著電池的充放電過程，電解液中的氨氧化 物能夠與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成導(dǎo)電較差的碳酸鹽，增大電池內(nèi)阻，影響電池性能，因 此需要定期更換電解液。一般情況下，當(dāng)電池電解液中碳酸鹽含量超過50g/L時，需要更換 新的電解液，否則會使電池容量不足，嚴(yán)重影響電池壽命，甚至導(dǎo)致電池報廢。所W在電池 使用過程中及時了解電解液中碳酸鹽的含量，及時更換電解液，保證電池工作能力和系統(tǒng) 安全是必不可少的工作。
[0005] 目前強堿體系中碳酸根含量的測定多采用兩步滴定法，該方法測定的碳酸根含量 會受到第一步測定氨氧根含量的影響。由于指示劑變色范圍較大，且受到人為因素的影響 需要測定多次方能得到較為準(zhǔn)確的數(shù)值，運大大影響了整體實驗的進程。因此，能夠提供一 種操作簡單，結(jié)果準(zhǔn)確的測定碳酸根含量的裝置顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便且測量準(zhǔn)確的用于測定 鐵儀電池電解液碳酸根含量的裝置。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種用于測定鐵儀電池電解液碳 酸根含量的裝置，其特征在于主要由顯示器、計算機主機、攝像頭、數(shù)碼管式P的十、磁力攬拌 器、電子天平、支撐平臺和燒杯構(gòu)成，其中磁力攬拌器上部的燒杯內(nèi)盛有待測溶液，電子天 平的稱量盤上設(shè)有支撐平臺，支撐平臺上部的燒杯內(nèi)盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液，盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液的燒杯 底部設(shè)有延伸至盛有待測溶液的燒杯上方的滴管，該滴管上設(shè)有控制閥口，數(shù)碼管式P的十 的測量電極插入盛有待測溶液的燒杯中，該盛有待測溶液的燒杯內(nèi)部裝有磁力棒，攝像頭 通過數(shù)據(jù)線與計算機主機的USB接口相連接，用于采集待測溶液的抑值數(shù)據(jù)并通過顯示器 實時顯示該pH值數(shù)據(jù)，電子天平的數(shù)據(jù)輸出接口通過數(shù)據(jù)線與計算機中的RS232C串口數(shù)據(jù) 采集接口相連接，用于采集標(biāo)準(zhǔn)酸液的重量數(shù)據(jù)并通過顯示器實時顯示該重量數(shù)據(jù)。
[0008] 本發(fā)明采集由攝像頭拍攝到的間隔為Is的P的十屯段數(shù)碼管圖像，圖像采集到后， 將圖像二值化，再由計算機主機自動定位出數(shù)字區(qū)域并割出單個數(shù)字，進行模板匹配，提取 出一組特征數(shù)字，最后將特征數(shù)字送入識別器進行識別，最后輸出待測溶液的pH值結(jié)果。
[0009] 本發(fā)明所述的用于測定鐵儀電池電解液碳酸根含量的裝置的使用方法，其特征在 于具體步驟為：（1)取已經(jīng)標(biāo)定好的摩爾濃度為0.12mol/L的鹽酸溶液置于放置于支撐平臺 上的燒杯中；（2)稱取待測溶液置于放置于磁力攬拌器上的燒杯中，并向盛有待測溶液的燒 杯中加入氯化領(lǐng)溶液W完全沉淀碳酸根，靜置10-20min使碳酸根完全沉淀；（3)向盛有待測 溶液的燒杯中加入磁力棒并開啟攬拌，同時開啟滴管上的控制閥口，由計算機主機采集對 應(yīng)的鹽酸溶液的重量數(shù)據(jù)和待測溶液的抑值數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的一系列數(shù)據(jù)繪制縱坐標(biāo)為待 測溶液pH值和橫坐標(biāo)為鹽酸溶液質(zhì)量的曲線，并對曲線進行求導(dǎo)，根據(jù)曲線得出滴定過程 中的兩次突變，導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)峰值點時即為抑值的突變點，根據(jù)第一個pH值突變點和第二個pH 值突變點分別確定待測溶液中OHT自耗鹽酸溶液的質(zhì)量mi和待測溶液中助T和C032T自耗鹽酸 溶液的總、席畳tm.巧據(jù)血下公擊A訝I計當(dāng)OH-巧0)戶的濃度：
[0010]
[0011]
[0012] 其中Vo代表待測溶液的體積;FfW-代表待測溶液中OHT自耗鹽酸溶液的體積，根據(jù) 待測溶液中OHT自耗鹽酸溶液的質(zhì)量mi及鹽酸溶液的摩爾濃度求得;代表待測溶液中 C032T自耗鹽酸溶液的體積，根據(jù)待測溶液中C032T自耗鹽酸溶液的質(zhì)量m2-mi及鹽酸溶液的摩 爾濃度求得。
[0013] 本發(fā)明的數(shù)碼管式抑計比帶顯示屏抑計反應(yīng)靈敏度高，帶顯示屏抑計讀取一個抑 值大概需要2-3秒的反應(yīng)時間，而數(shù)碼管式抑計讀取一個抑值一般不到1秒就能顯示出來抑 值，所W本實驗裝置采用了數(shù)碼管式P的十，用圖像識別的方法得到待測溶液的pH值，一定程 度上提高了測量裝置的靈敏度和精確度。
[0014] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，能夠較為準(zhǔn)確地測定鐵儀電池電解液碳酸 根的含量，整個實驗裝置測定過程中，操作人員打開滴管上的控制閥口 W后可W忙于其它 實驗，實驗完成W后直接處理測定的數(shù)據(jù)就可W得到實驗結(jié)果，碳酸根含量只要一組數(shù)據(jù) 就可W準(zhǔn)確的得到實驗結(jié)果，減少了人為影響，也不用多次測量求平均數(shù)，縮短了測定時 間。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是根據(jù)采集的待測溶液pH值數(shù)據(jù)和鹽酸溶液質(zhì)量數(shù)據(jù)繪制的曲線及求導(dǎo)曲 線。
[0017] 圖中：1、顯示器，2、計算機主機，3、攝像頭，4、數(shù)碼管式pH計，5、待測溶液，6、磁力 棒，7、標(biāo)準(zhǔn)酸液，8、支撐平臺，9、電子天平，10、磁力攬拌器。
【具體實施方式】
[0018]結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體內(nèi)容。一種用于測定鐵儀電池電解液碳酸根含量 的裝置，主要由顯示器1、計算機主機2、攝像頭3、數(shù)碼管式抑計4、磁力攬拌器10、電子天平 9、支撐平臺8和燒杯構(gòu)成，其中磁力攬拌器10上部的燒杯內(nèi)盛有待測溶液5,電子天平9的稱 量盤上設(shè)有支撐平臺8,支撐平臺8上部的燒杯內(nèi)盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液7,盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液7的燒杯底 部設(shè)有延伸至盛有待測溶液5的燒杯上方的滴管，該滴管上設(shè)有控制閥口，數(shù)碼管式P的十4 的測量電極插入盛有待測溶液5的燒杯中，該盛有待測溶液5的燒杯內(nèi)部裝有磁力棒6，攝像 頭3通過數(shù)據(jù)線與計算機主機2的USB接口相連接，用于采集待測溶液5的pH值數(shù)據(jù)并通過顯 示器1實時顯示，電子天平9的數(shù)據(jù)輸出接口通過數(shù)據(jù)線與計算機主機2中的RS232C串口數(shù) 據(jù)采集接口相連接，用于采集標(biāo)準(zhǔn)酸液7的重量數(shù)據(jù)并通過顯示器1實時顯示。
[0019]實施例1
[0020] 1、鐵儀電池電解液中碳酸根的滴定用到的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0021] (1 )Na2C〇3+BaCl2 一 BaC〇3i+2 化 Cl
[0022] (2)Na0H+HCl一NaCl+H2〇
[0023] (3)BaC〇3+2肥 1 一 BaCl2+出 O+CO2 下
[0024] 2、操作步驟如下：
[0025] (1)取已標(biāo)定好的摩爾濃度為0.12mol/L的鹽酸溶液置于盛放標(biāo)準(zhǔn)酸液的燒杯中；
[00%] (2)稱量25g BaCb并加去離子水溶解定容于IOOmL容量瓶中得到質(zhì)量濃度為25% 的BaCl2溶液；
[0027] (3)移取待測溶液(鐵儀電池電解液)2mL于盛放待測溶液的燒杯中；
[00%] (4)移取70mL去離子水倒入盛放待測溶液的燒杯中；
[0029] (5)移取質(zhì)量濃度為25%的BaCl2溶液2mL加入盛放待測溶液的燒杯中并靜置15分 鐘使碳酸根完全沉淀。
[0030] 3、將電子天平的示數(shù)歸零，計算機主機通過計算電子天平減少的量來計算鹽酸溶 液消耗的質(zhì)量。旁邊是放在磁力攬拌器上裝有待測溶液的燒杯，注意保證磁力棒均勻攬拌， 速度不能太快，數(shù)碼管式抑計的測量電極在待測溶液中用于測量待測液體的酸堿值，攝像 頭對數(shù)碼管式抑計上的pH值數(shù)據(jù)進行采集，通過數(shù)字識別的原理進行數(shù)據(jù)處理。打開滴管 上的控制閥口讓鹽酸溶液緩慢的滴入待測溶液中，電子天平和攝像頭的采集會得到一系列 的數(shù)據(jù)(見表1)，然后在Origin軟件上進行繪圖，并進行求導(dǎo)處理(如圖1所示）。
[0031 ]表1待測溶液的pH值數(shù)據(jù)和鹽酸溶液的質(zhì)量數(shù)據(jù) 「nmol
[0033]圖1中線一代表滴定曲線，線二代表滴定曲線的一階導(dǎo)數(shù)，由圖可W看出滴定過程 中出現(xiàn)兩次突變，由一階導(dǎo)數(shù)曲線可W肯定圖像有兩次突變點，當(dāng)一階導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)峰值點時 即為抑值的突變點，第一個極值點的抑值為10.06，對應(yīng)鹽酸溶液的消耗量為47.75g，第二 個極值點的抑值為4.03，對應(yīng)鹽酸溶液總的消耗量為59. Olg。故計算待測溶液Of、0)32^且 分的含量應(yīng)用公式為：
[0034]
[0035]
[0036] 其中Vo代表待測溶液的體積為代表待測溶液中OHT自耗鹽酸溶液的體積， 代表待測溶液中C032T自耗鹽酸溶液的體積。并由測得的數(shù)據(jù)代入上述公式得到a = 2.87mol/L、b = 2027g/L。所W該待測溶液中or的含量為2.87mol/L，C〇321 勺含量為20.27g/ L。
[0037] W上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理，主要特征和優(yōu)點，在不脫離本發(fā)明精神和 范圍的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改進，運些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的 范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種用于測定鐵鎳電池電解液中碳酸根含量的裝置，其特征在于主要由顯示器、計 算機主機、攝像頭、數(shù)碼管式pH計、磁力攪拌器、電子天平、支撐平臺和燒杯構(gòu)成，其中磁力 攪拌器上部的燒杯內(nèi)盛有待測溶液，電子天平的稱量盤上設(shè)有支撐平臺，支撐平臺上部的 燒杯內(nèi)盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液，盛有標(biāo)準(zhǔn)酸液的燒杯底部設(shè)有延伸至盛有待測溶液的燒杯上方的滴 管，該滴管上設(shè)有控制閥門，數(shù)碼管式pH計的測量電極插入盛有待測溶液的燒杯中，該盛有 待測溶液的燒杯內(nèi)部裝有磁力棒，攝像頭通過數(shù)據(jù)線與計算機主機的USB接口相連接，用于 采集待測溶液的pH值數(shù)據(jù)并通過顯示器實時顯示該pH值數(shù)據(jù)，電子天平的數(shù)據(jù)輸出接口通 過數(shù)據(jù)線與計算機中的RS232C串口數(shù)據(jù)采集接口相連接，用于采集標(biāo)準(zhǔn)酸液的重量數(shù)據(jù)并 通過顯示器實時顯示該重量數(shù)據(jù)。2. -種所述的用于測定鐵鎳電池電解液中碳酸根含量的裝置的使用方法，其特征在于 具體步驟為：（1)取已經(jīng)標(biāo)定好的摩爾濃度為〇.12mol/L的鹽酸溶液置于放置于支撐平臺上 的燒杯中；（2)稱取待測溶液置于放置于磁力攪拌器上的燒杯中，并向盛有待測溶液的燒杯 中加入氯化鋇溶液以完全沉淀碳酸根，靜置10_20min使碳酸根完全沉淀；（3)向盛有待測溶 液的燒杯中加入磁力棒并開啟攪拌，同時開啟滴管上的控制閥門，由計算機主機采集對應(yīng) 的鹽酸溶液的重量數(shù)據(jù)和待測溶液的pH值數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的一系列數(shù)據(jù)繪制縱坐標(biāo)為待測 溶液pH值和橫坐標(biāo)為鹽酸溶液質(zhì)量的曲線，并對曲線進行求導(dǎo)，根據(jù)曲線得出滴定過程中 的兩次突變，導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)峰值點時即為pH值的突變點，根據(jù)第一個pH值突變點和第二個pH值 突變點分別確定待測溶液中Ο?Γ消耗鹽酸溶液的質(zhì)量m和待測溶液中0H1PC0 327肖耗鹽酸溶 液的總質(zhì)量m2,根據(jù)如下公式分別計算OHlPCOt的濃度：其中:爲(wèi)代表待測溶液的體積;V代表待測溶液中〇Η?肖耗鹽酸溶液的體積，根據(jù)待測 溶液中0?Γ消耗鹽酸溶液的質(zhì)量πη及鹽酸溶液的摩爾濃度求得;:代表待測溶液中C0， 消耗鹽酸溶液的體積，根據(jù)待測溶液中C〇3 21肖耗鹽酸溶液的質(zhì)量m2-mi及鹽酸溶液的摩爾 濃度求得。
【文檔編號】G01N27/00GK105954324SQ201610393072
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】陳得軍, 任豪, 潘家梁, 馬澤鼎
【申請人】河南師范大學(xué)