支持软件运行的嵌入式小型电化学恒电势器系统化模块

摘要/简介

电化学产品日趋微型化。仪器仪表从机架安装式或台式机缩小为手持式设备,以进行目标点或环境分析。下一代仪器仪表开始将恒电势器集成到更小的设备(例如可穿戴设备、医疗设备或气体监测仪)中。ADI公司与PalmSens BV合作研发的EmStat Pico就是一款微型(30.5 mm × 18 mm × 2.6 mm)恒电势器系统化模块(SOM),它延续了这一尺寸缩小的趋势。该器件采用ADI技术构建,包括ADuCM355ADP166ADT7420AD8606

电化学传感器系统的开发需要具备固件、模拟和数字电子学知识以及对电化学的深入了解。工程部门通常不具备这种知识组合。EmStat Pico模块只需很少的开发时间和精力即可将标准的电化学测量,如线性扫描伏安法(LSV)、方波伏安法(SWV)或电阻抗光谱法(EIS),集成到单个产品中,从而使设计人员可以跳过学习过程,并缩短开发时间。鉴于电化学传感器市场竞争日趋激烈,该模块使开发人员拥有充足的时间抢占营收先机。

本文详细介绍了以下三种不同的电化学测量,表明可轻松地将该器件集成到系统中,并示范说明了恒电势器模块的应用范围:OCP (pH)、循环伏安法和EIS。

系统集成

EmStat Pico旨在仅使用四根导线(5 V、地、发射、接收)便可集成到任何基于微控制器的系统中。图1显示了示例设置,前者使用Arduino MKR作为主控制器,后者使用USB到UART转换器连接到PC。在这两种设置中,EmStat Pico都与丝印电极(SPE)连接,用于常见的电化学测量,如循环伏安法(CV)。

支持软件运行的嵌入式小型电化学恒电势器系统化模块

1.EmStat Pico系统集成(a)通过Arduino MKR控制,以及(b)通过USBUART转换器连接直接从PC控制。

开发板

图2所示的EmStat Pico开发将SOM连接断开,并添加了一系列功能,包括:用于独立运行的电池电源和SD卡、USB和Bluetooth®通信选项、用于标记时间戳的实时时钟(RTC)、用于校准数据存储的EEprom以及用于直接插入Arduino MKR的接头。

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2.EmStat Pico开发板。

软件接口

对于实验室和测试台应用,可以通过USB连接使用PSTrace PC软件来运行EmStat Pico。

对于OEM应用,可以通过UART进行通信,主机可以使用MethodSCRIPT™ EmStat Pico脚本语言来控制EmStat Pico。 这是一个可读脚本,用来对EmStat Pico进行编程以使用电化学技术并执行其他功能,例如循环、将数据记录到SD、数字I/O、读取辅助值(如温度)以及睡眠或休眠状态。方法脚本代码可以在PSTrace中生成,也可以手动编写。

pH值测量

范围为0至14的pH值测量(酸性:0、中性:7、碱性:14)是最常见的电化学测量方法之一,它广泛用于从环境化学到医疗传感器等众多领域。通常使用针对特定氢离子的玻璃离子选择性电极(ISE)进行测量,该电极会产生电压响应或开路电势(OCP)。顾名思义,OCP表示没有任何电流或只有极小的电流流入电极。因此,无误差测量要求高阻抗输入。pH电极的建立时间可长达30秒,并且测量值与温度密切相关。1

典型测量参数:

  • 电压响应:25˚C时-59.16 mV/pH单位
  • 分辨率:±0.02 pH单位,即电压分辨率<1.18 mV
  • 温度相关性:0.2 mV/pH单位/˚C
  • 要求的输入阻抗:>100 GΩ

设置设备:

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