温度传感器作为检测水体温度的器件，种类繁多，应用广泛，发展也最快。 温度传感器按照输出信号的模式不同可分为三类它们分别为逻辑输出温度传感 器、数字输出温度传感器和模拟输出温度传感器。本文设计所采用的温度传感器 为数字式温度传感器，主要原因在于采用数字式温度传感器不仅节约微控制器的 数据/控制线[18]的使用而且不需要再设计放大电路、滤波电路以及 A/D 转换等电 路，在长距离的传输过程中信号更加稳定不易失真，抗干扰也更强，从而使设计 问题得到了大大的简化，因此本设计采用数字式温度传感器是最好的选择。

美国 DALLAS 公司生产的数字式温度传感器 DS18B20 采用单线传输并且自 带编码[19]可以把探头采集到的温度电压信号直接转换为数字电压信号，每个器件 有唯一的 64 位序列号存在在内部存储器中从而方便了不同测温点的识别。而且 测量范围较广一般温度范围可为-55～+125℃特别在-10～+85℃范围内时的精确 度可达到±5℃完全满足本设计所适用的水体温度的范围的条件，因此本设计最终 决定采用 DS18B20 数字式温度传感器。

整个氨氮传感器检测系统又可分为硬件与软件两个部分。当系统中的硬件基 本确定以后，接下来就是软件的选择，因为不同的软件可以实现不同的功能因此 软件的选择在系统整个运行过程中同样很重要。LabVIEW 作为一种虚拟仪器开 发平台不仅发展迅速而且功能强大，因此广泛的被各个领域所接受，被认定为一 种标准数据采集与仪器控制的软件[20]。所以本设计采用 LabVIEW 作为上位机负 责数据的保存与显示。下图 2-1 即为电极法氨氮传感器的设计电路原理框图。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

 氨氮传感器硬件接口框图

2。2 系统原理

在常态下水中的 NH3 与 NH4+的化学反应是一个互逆的过程，如下式（2- 1） 所示

NH3+H2O=NH4++OH- （2-1）

维持其平衡的关系的条件是

[NH4+][OH-]/[NH3]=Kb （2-2）

式中 Kb 作为 NH3 的离解度常数，又 Kw 作为水的离子积常数为

Kw=[H+][OH-] （2-3）

因此（2-2）式可改写为

[NH4+]/[NH3]=Kb[H+]/Kw=10(pKw-pKb)/10pH （2-4）

其中：pKw=-logKw；pKb=- logKb；Δ*= pKw -pKb

由最终的式（2-4）可知当水的温度为一个定值时，Kb 和 Kw 为常数，水中 的氨气和铵离子的浓度的比例即其离解度与 pH 相关。又 NH3 碱离解度常数 Kb 和水的离子积常数 Kw 与水的温度相关[21]。下表 2-1 给出了当水的温度为 0 到 50 摄氏度时，Kw 和 Kb 的数据。要实现对水中氨氮含量的测量，则要同时测得 水中的 pNH3、T 和 pH，然后由温度和 pH 值再结合表 2-1 的数据即可求得水中 的氨气和铵离子的浓度的比例即其离解度，再由 pNH3 以及式（2-4）则可计算出

总的氨的含量，最终得到水质中总的氨氮含量。