申请/专利权人：广州广电计量检测股份有限公司;广电计量检测(南宁)有限公司

申请日：2018-12-24

公开（公告）日：2021-04-27

公开（公告）号：CN109444245B

主分类号：G01N27/416(20060101)

分类号：G01N27/416(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.27#授权;2019.04.02#实质审查的生效;2019.03.08#公开

摘要：本发明提供了一种循环伏安分析仪的校准系统及其校准方法，属于电镀领域。为了解决目前行业内对循环伏安分析仪的计量性能没有专门检定规程、校准规范等标准，造成其量值溯源的准确定不能有效保障，无法评价其计量特性的技术问题。本发明提供了一种循环伏安分析仪的校准系统及其校准方法，能够对循环伏安剥离分析仪的参数进行校准，并对其计量特性进行全面评价。

主权项：1.一种循环伏安分析仪的校准系统，其特征在于：包括计算机、单片机、电压测量模块、第一阻抗模块、第二阻抗模块、多路转换开关模块、接线端1、接线端2及接线端3；接线端1用以连接被校循环伏安分析仪的工作电极，且与第一阻抗模块的第一端口相连接；接线端2用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第一阻抗模块的第二端口和第二阻抗模块的第一端口相连接；接线端3用以连接被校循环伏安分析仪的辅助电极，且与第二阻抗模块的第二端口相连接；多路转换开关模块与电压测量模块、单片机、接线端1、接线端2及接线端3相连接，所述多路转换开关模块在单片机的控制下，能够使电压测量模块检测第一阻抗模块或第二阻抗模块两端的电势差；计算机与单片机相连接，单片机在计算机的控制下实现对多路转换开关模块的控制；计算机接收经由单片机采样得到的电压测量模块的测量数据，计算机对测量数据进行处理并生成最终的校准报告；其中，第一阻抗模块及第二阻抗模块为多路选通开关与标准电阻阵列串联而成的模块或单个的可变电阻：所述多路选通开关与所述单片机相连接；所述多路选通开关在单片机的控制下，仅选通电阻阵列中的一个特定标准电阻，使该阻抗模块的对外阻抗与该特定标准电阻的电阻值相同。

全文数据：一种循环伏安分析仪的校准系统及其校准方法技术领域本发明涉及电镀领域，特别是涉及一种循环伏安分析仪的校准系统及其校准方法。背景技术目前电镀液添加剂分析仪基本采用循环伏安法，即循环伏安CVS分析仪，可以用来实现对电镀中有机物和污染物的分析。槽液中的添加物最终会影响线路板金属涂层的延展性、拉力，甚至最终的可焊性。用于电镀添加剂光剂，整平剂分析测试，主要用于电镀浴分析，广泛应用于对于电镀控制要求比较高的线路板、半导体、精密电镀、太阳能电镀等。对有机添加物的常态化检查是保证产品质量的重要手段。电解池是发生电镀的场所,它能够将电能转化为化学能的一个装置，由外加电源，电解质溶液，参与工作的电极构成：其阴极：得电子，还原反应，该电极与电源负极相连接；阳极：失电子，发生氧化反应，与电源正极相连；电解池中，电流由阳极流向阴极。若电极反应为O+e-→R，反应前溶液中只含有反应粒子O，且O、R在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势φ平正得多的起始电势φi处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如附图1所示。当电极电势逐渐负移到φ平附近时，O开始在电极上还原，并有i法拉第通过。由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。当O的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值Ipc，然后电流逐渐下降。当电势达到φr后，又改为反向扫描。随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大，在电势接近并通过φ平时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线”。循环伏安分析仪是制造行业电镀溶液添加剂分析重要仪器设备，能够为环保绿色制造提供有力的技术支撑，市场应用广泛，但目前行业内对其计量性能没有专门检定规程、校准规范等标准，对其量值溯源的准确定不能有效保障，无法评价其计量特性，所以，有必要研究循环伏安分析仪的计量校准。发明内容本发明的目的是提供一种循环伏安分析仪的校准系统及其校准方法，以为了解决循环伏安分析仪量值无法溯源的问题。为解决上述问题，本发明提供了一种循环伏安分析仪的校准系统。一种循环伏案分析仪的校准系统，包括计算机、单片机、电压测量模块、第一阻抗模块、第二阻抗模块、多路转换开关模块、接线端1、接线端2及接线端3。其中：接线端1用以连接被校循环伏安分析仪的工作电极，且与第一阻抗模块的第一端口相连接；接线端2用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第一阻抗模块的第二端口和第二阻抗模块的第一端口相连接；接线端3用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第二阻抗模块的第二端口相连接；多路转换开关模块与电压测量模块、单片机、接线端1、接线端2及接线端3相连接，所述多路开关模块在单片机的控制下，能够使电压测量模块检测第一阻抗模块或第二阻抗模块两端的电势差；计算机与单片机相连接，单片机在计算机的控制下实现对多路开关模块的控制；计算机接收经由单片机采样得到的电压测量模块的测量数据，计算机对测量数据进行处理并生成最终的校准报告。本发明在该校准系统上，还提出了循环伏安分析仪的校准方法，能够获取循环伏安分析仪的电压相对示值误差、电流相对示值误差，其中，获取的电压相对示值误差的步骤为：断开被校循环伏安分析仪的工作电极、参比电极及辅助电极；校准系统的接线端1连接被校循环分析仪的工作电极；校准系统的接线端2连接被校循环分析仪的参比电极；校准系统的接线端3连接被校循环分析仪的辅助电极；并将计算机发送控制指令到单片机，单片机驱动多路转换模块使电压测量模块能够测量第一阻抗模块两端的电势差；设置被校循环伏安分析仪电压输出，在其测量的电压范围内均匀选取不少于5个校准点，记录被校循环伏安分析仪的电压值UX和电压测量模块的电压读数值US，计算机通过单片机记录电压测试模块的测试数据；计算电压相对示值误差：其中：ΔU为电压相对示值误差；UX为被校循环伏安分析仪电压示值；US为电压测量模块的电压示值。另一方面，获取电流相对示值误差的步骤为：断开被校循环伏安分析仪的工作电极、参比电极及辅助电极；将校准系统的接线端1连接到被校循环分析仪的工作电极；将校准系统的接线端2连接到被校循环分析仪的参比电极；将校准系统的接线端3连接到校循环分析仪的辅助电极；计算机发送控制指令到单片机，单片机驱动多路转换模块使电压测量模块能够测量第二阻抗模块两端的电势差；设置被校循环伏安分析仪电压输出Ub一般输出1V，改变第一阻抗模块的对外阻抗R1、第二标准阻抗模块的对外阻抗R2，从而改变通过工作电极与辅助电极的电流，记录被校循环伏安分析仪的电流值IX和电压测量模块的电压读数值US，计算机通过单片机记录电压测试模块的测试数据。计算电流相对示值误差：其中：ΔI为电流相对示值误差；IX为被校循环伏安分析仪电流示值；R2为第二阻抗模块的电阻值；US为电压测量模块的电压示值。进一步的，根据上述校准方法得到的结果，对循环伏安分析仪的线性误差与可重复性进行进一步的评估。下面，介绍循环伏安分析仪的线性误差的校准方法：步骤21，将循环伏安分析仪的各参数调至正常工作状态，按照循环伏安分析仪的说明书使用的10mLL系列标准溶液如果按照其他浓度配制应使用中间浓度点的标准溶液进行定标；步骤22，使用循环伏安分析仪分别测量其他浓度的系列标准溶液记录测量结果ci；步骤23，按下述计算线性误差：其中：Δi为第i个浓度测量结果的线性误差；ci为第i个浓度标准溶液的仪器测量值；csi为第i个浓度标准溶液的标准值；取绝对值最大的线性误差值作为循环伏安分析仪的线性误差。下面，介绍循环伏安分析仪的重复性的校准方法：步骤31，将循环伏安分析仪的各参数调至正常工作状态，每次执行步骤21、步骤22，测量3次10mLL系列标准溶液如果按照其他浓度配制应测量最小浓度标准溶液的浓度；步骤32，按下式计算测量重复性：其中：δ为测量重复性；cmax、cmin为3次测量结果的最大值、最小值；为3次测量结果的平均值。根据本发明提出的上述循环伏安分析仪的校准系统及其校准方法，能够实现对循环分析仪的电参数的校准，例如电压相对示值误差、电流相对示值误差、线型误差，并提出通过重复性校验对循环伏安分析仪进行评价。最终实现对循环伏安分析仪量值溯源，相对于现有技术，本发明能够对循环伏安分析仪的电参数进行校准和全面的评价。附图说明图1是循环伏安法的扫描电流响应曲线；图2是本发明循环伏安分析仪的校准系统；图3是本发明校准系统的电压校准连接图；图4是本发明校准系统的电流校准连接图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。循环伏安分析仪是制造行业电镀溶液添加剂分析重要仪器设备，能够为环保绿色制造提供有力的技术支撑，市场应用广泛。但目前行业内对其计量性能没有专门检定规程、校准规范等标准，对其量值溯源准确定不能有效保障，无法评价其计量特性。本申请提出了一种循环伏安分析仪校准系统。附图2是本发明提出的循环伏安分析仪校准系统的连接图。其中：一种循环伏案分析仪的校准系统，其特征在于：包括计算机、单片机、电压测量模块、第一阻抗模块、第二阻抗模块、多路转换开关模块、接线端1、接线端2及接线端3。其中：接线端1用以连接被校循环伏安分析仪的工作电极，且与第一阻抗模块的第一端口相连接；接线端2用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第一阻抗模块的第二端口和第二阻抗模块的第一端口相连接；接线端3用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第二阻抗模块的第二端口相连接；多路转换开关模块与电压测量模块、单片机、接线端1、接线端2及接线端3相连接，所述多路开关模块在单片机的控制下，能够使电压测量模块检测第一阻抗模块或第二阻抗模块上的电势差；计算机与单片机相连接，单片机在计算机的控制下实现对多路开关模块的控制；计算机接收经由单片机采样得到的电压测量模块的测量数据，计算机对测量数据进行处理并生成最终的校准报告。其中，第一阻抗模块及第二阻抗模块都可以为多路选通开关与标准电阻阵列串联而成的模块：此时，所述多路选通开关与所述单片机相连接，所述多路选通开关在单片机的控制下，仅选通电阻阵列中的一个特定标准电阻，使该阻抗模块的对外阻抗与该特定标准电阻的电阻值相同。第一阻抗模块及第二阻抗模块还都可以为单个的可变电阻。优选的，可变电阻的阻值变化的范围为10KΩ～20KΩ；标准电阻阵列包含阻值为10KΩ、12KΩ、14KΩ、16KΩ、18KΩ、20KΩ的标准电阻；标准电阻阵列包含N个电阻，其最小值为10KΩ、最大值为20KΩ，且所述N个电阻的阻抗构成的等差数列的标准电阻。其中，第一阻抗模块及第二阻抗模块的对外阻抗分别记为R1、R2。为了实现对伏安分析仪的特性进行全面的评价，基于上述伏安分析仪的校准系统，分别从电压相对示值误差、电流相对示值误差、线性误差和循环伏安分析仪的重复性进行校验，对伏安分析仪的电参数进行了全面的分析和校准。首先，介绍校准系统的电压相对示值误差校准步骤：步骤1，断开被校循环伏安分析仪的工作电极、参比电极及辅助电极；步骤2，校准系统的接线端1连接被校循环分析仪的工作电极；校准系统的接线端2连接被校循环分析仪的参比电极；校准系统的接线端3连接被校循环分析仪的辅助电极；其连接方式参见附图3；步骤3，并将计算机发送控制指令到单片机，单片机驱动多路转换模块使电压测量模块能够测量第一阻抗模块两端的电势差；步骤4，设置被校循环伏安分析仪电压输出，在其测量的电压范围内均匀选取不少于5个校准点，记录被校循环伏安分析仪的电压值UX和电压测量模块的电压读数值US，计算机通过单片机记录电压测试模块的测试数据；步骤5，按式1计算电压相对示值误差：其中：ΔU为电压相对示值误差；UX为被校循环伏安分析仪电压示值；US为电压测量模块的电压示值。然后，介绍校准系统的电流相对示值误差的校准方法：步骤11，断开被校循环伏安分析仪的工作电极、参比电极及辅助电极；步骤12，将校准系统的接线端1连接到被校循环分析仪的工作电极；将校准系统的接线端2连接到被校循环分析仪的参比电极；将准系统的接线端3连接到校循环分析仪的辅助电极；其连接方式参见附图4；步骤13，计算机发送控制指令到单片机，单片机驱动多路转换模块使电压测量模块能够测量第二阻抗模块两端的电势差；步骤14，设置被校循环伏安分析仪电压输出Ub一般输出1V，改变第一阻抗模块的对外阻抗R1、第二标准阻抗模块的对外阻抗R2，从而改变通过工作电极与辅助电极的电流，记录被校循环伏安分析仪的电流值IX和电压测量模块的电压读数值US，计算机通过单片机记录电压测试模块的测试数据。步骤15，按式2计算电流相对示值误差：其中：ΔI为电流相对示值误差；IX为被校循环伏安分析仪电流示值；R2为第二阻抗模块的电阻值；US为电压测量模块的电压示值。优选的，电压相对示值误差校准步骤与电流相对示值误差校准步骤的前后顺序可以颠倒。使用上述在获取了循环伏安分析仪的电压相对示值误差和电流相对示值误差之后，可以根据已知的标准的特定溶液的循环伏安图，获取特定溶液的浓度；进而对循环伏安分析仪的线性误差及其重复性进行评估。下面，介绍循环伏安分析仪的线性误差的校准方法：步骤21，将循环伏安分析仪的各参数调至正常工作状态，按照循环伏安分析仪的说明书使用的10mLL系列标准溶液如果按照其他浓度配制应使用中间浓度点的标准溶液进行定标；步骤22，使用循环伏安分析仪分别测量其他浓度的系列标准溶液记录测量结果ci；步骤23，按下列公式3计算线性误差：其中：Δi为第i个浓度测量结果的线性误差；ci为第i个浓度标准溶液的仪器测量值；csi为第i个浓度标准溶液的标准值；取绝对值最大的线性误差值作为循环伏安分析仪的线性误差。下面，介绍循环伏安分析仪的重复性的校准方法：步骤31，将循环伏安分析仪的各参数调至正常工作状态，每次执行步骤21、步骤22，测量3次10mLL系列标准溶液如果按照其他浓度配制应测量最小浓度标准溶液的浓度；步骤32，按式4计算测量重复性：其中：δ为测量重复性；cmax、cmin为3次测量结果的最大值、最小值；为3次测量结果的平均值。使用上述重复性测试，能够减小由于操作过程中不可控因素对校准结果的影响。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种循环伏案分析仪的校准系统，其特征在于：包括计算机、单片机、电压测量模块、第一阻抗模块、第二阻抗模块、多路转换开关模块、接线端1、接线端2及接线端3；接线端1用以连接被校循环伏安分析仪的工作电极，且与第一阻抗模块的第一端口相连接；接线端2用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第一阻抗模块的第二端口和第二阻抗模块的第一端口相连接；接线端3用以连接被校循环伏安分析仪的参比电极，且与第二阻抗模块的第二端口相连接；多路转换开关模块与电压测量模块、单片机、接线端1、接线端2及接线端3相连接，所述多路开关模块在单片机的控制下，能够使电压测量模块检测第一阻抗模块或第二阻抗模块两端的电势差；计算机与单片机相连接，单片机在计算机的控制下实现对多路开关模块的控制；计算机接收经由单片机采样得到的电压测量模块的测量数据，计算机对测量数据进行处理并生成最终的校准报告。2.如权利要求1所述的校准系统，其特征在于：第一阻抗模块及第二阻抗模块均为单个的可变电阻。3.如权利要求2所述的校准系统，其特征在于可变电阻的阻值的范围为10KΩ～20KΩ。4.如权利要求1所述的校准系统，其特征在于：第一阻抗模块及第二阻抗模块均为多路选通开关与标准电阻阵列串联而成的模块：所述多路选通开关与所述单片机相连接；所述多路选通开关在单片机的控制下，仅选通电阻阵列中的一个特定标准电阻，使该阻抗模块的对外阻抗与该特定标准电阻的电阻值相同。5.如权利要求2或3所述的校准系统，其特征在于：标准电阻阵列包含阻值为10KΩ、12KΩ、14KΩ、16KΩ、18KΩ、20KΩ的标准电阻。6.一种如权利要求1-5所述的校准系统的校准方法，其特征在于：包括电压相对示值误差的获取步骤：步骤1，断开被校循环伏安分析仪的工作电极、参比电极及辅助电极；步骤2，将校准系统的接线端1连接到被校循环分析仪的工作电极；将校准系统的接线端2连接到被校循环分析仪的参比电极；将校准系统的接线端3连接到被校循环分析仪的辅助电极；步骤3，计算机发送控制指令到单片机，单片机驱动多路转换模块使电压测量模块能够测量第一阻抗模块两端的电势差；步骤4，设置被校循环伏安分析仪电压输出，在其测量的电压范围内均匀选取不少于5个校准点，记录被校循环伏安分析仪的电压值UX和电压测量模块的电压读数值US，计算机通过单片机记录电压测试模块的测试数据；步骤5，按下述公式计算电压相对示值误差：其中：ΔU为电压相对示值误差；UX为被校循环伏安分析仪电压示值；US为电压测量模块的电压示值。7.一种如权利要求6所述的校准系统的电流相对示值误差的校准方法，其特征在于：所述电压相对示值误差的获取步骤后还包括电流相对示值误差的获取步骤：步骤11，断开被校循环伏安分析仪的工作电极、参比电极及辅助电极；步骤12，将校准系统的接线端1连接到被校循环分析仪的工作电极；将校准系统的接线端2连接到被校循环分析仪的参比电极；将准系统的接线端3连接到校循环分析仪的辅助电极；步骤13，计算机发送控制指令到单片机，单片机驱动多路转换模块使电压测量模块能够测量第二阻抗模块两端的电势差；步骤14，设置被校循环伏安分析仪电压输出Ub，改变第一阻抗模块的对外阻抗R1、第二标准阻抗模块的对外阻抗R2，从而改变通过工作电极与辅助电极的电流，记录被校循环伏安分析仪的电流值IX和电压测量模块的电压读数值US，计算机通过单片机记录电压测试模块的测试数据；步骤15，下述公式计算电流相对示值误差：其中：ΔI为电流相对示值误差；IX为被校循环伏安分析仪电流示值；R2为第二阻抗模块的电阻值；US为电压测量模块的电压示值。8.一种如权利要求7的校准系统的校准方法，其特征在于：所述电流相对示值误差的获取步骤在所述电流相对示值误差的获取步骤之前。9.一种如权利要求7或8所述的校准系统的校准方法，其特征在于：还包括线性误差分析步骤：步骤21，将循环伏安分析仪的各参数调至正常工作状态，按照循环伏安分析仪的说明书，使用的10mLL系列标准溶液进行定标；步骤22，使用循环伏安分析仪分别测量其他浓度的系列标准溶液记录测量结果ci；步骤23，下述公式计算线性误差：其中：Δi为第i个浓度测量结果的线性误差；ci为第i个浓度标准溶液的仪器测量值；csi为第i个浓度标准溶液的标准值；取绝对值最大的线性误差值作为循环伏安分析仪的线性误差。10.一种如权利要求6或7所述的校准系统的校准方法，其特征还在与：还包括循环伏安分析仪的重复性的校准方法：步骤31，将循环伏安分析仪的各参数调至正常工作状态，每次执行步骤21、步骤22，测量3次10mLL系列标准溶液的浓度；步骤32，按下述公式计算测量重复性：其中：δ为测量重复性；cmax、cmin为3次测量结果的最大值、最小值；为3次测量结果的平均值。

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