[发明专利]一种温室作物氮钾含量测量装置及方法

权利要求书

1.一种温室作物氮钾含量测量装置，包括一个由四根微玻璃管轴向平行地紧密连接在一起形成的温室作物氮钾测量电极（1），温室作物氮钾测量电极（1）拉制成锥形，其特征是：四根微玻璃管中分别充有硝酸根离子敏感剂、参比内充液、铵根离子敏感剂和钾离子敏感剂，三种所述敏感剂上液面分别充有相应的硝酸根离子内充液、铵根离子内充液、钾离子内充液，四种所述内充液中分别插有相应的硝酸根离子信号线、铵根离子信号线、钾离子信号线的一端，每根所述信号线的另一端均伸出微玻璃管外且并行电连接多路复用器（2），多路复用器（2）分别连接仪表放大器（3）和微处理器（6），微处理器（6）分别连接仪表放大器（3）和模拟量/数字量转换器（4），模拟量/数字量转换器（4）连接基准电压源（5）。

2.一种采用权利要求1所述装置测量温室作物氮钾含量的方法，其特征是包括如下步骤：

A、将温室作物氮钾测量电极（1）锥端插入温室作物待测部位，微处理器（6）发出信号放大倍数指令给仪表放大器（3），并发出模拟量/数字量转换初始化指令给模拟量/数字量转换器（4）；

B、微处理器（6）发出通道选择指令给多路复用器（2），分别选择硝酸根离子、铵根离子、钾离子信号通道，在硝酸根离子、铵根离子、钾离子信号线与参比信号线之间分别产生硝酸根离子浓度信号电压V1、铵根离子浓度信号电压V2、钾离子浓度信号电压V3；微处理器（6）同时启动模拟量/数字量转换器（4）对V1、V2 、V3进行模拟量/数字量转换，并传给微处理器（6）；

C、微处理器（6）根据以下公式分别计算出待测部位的硝酸根离子、铵根离子和钾离子的浓度： 

lg（硝酸根离子浓度）＝k11×V1 + k12×V2 + k13×V3 + e11 + e12 + e13      （1）

lg（铵根离子浓度）＝k21×V1 +  k22×V2 +  k23×V3 + e21 + e22 + e23     （2）

lg（钾离子浓度）＝k31×V1 + k32×V2 + k33×V3 + e31 + e32 + e33          （3）

k11为硝酸根离子敏感系数，k12为铵根离子对硝酸根离子的干扰系数，k13为钾离子对硝酸根离子的干扰系数，e11为硝酸根离子误差项，e12为铵根离子对硝酸根离子的干扰误差项，e13为钾离子对硝酸根离子的干扰误差项；k21为硝酸根离子对铵根离子的干扰系数，k22为铵根离子敏感系数，k23为钾离子对铵根离子的干扰系数，e21为硝酸根离子对铵根离子的干扰误差项，e22为铵根离子误差项， e23为钾离子对铵根离子的干扰误差项；k31为硝酸根离子对钾离子的干扰系数，k32为铵根离子对钾离子的干扰系数，k33为钾离子敏感系数，e31为硝酸根离子对钾离子的干扰误差项，e32为铵根离子对钾离子的干扰误差项，e33为钾离子误差项。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：步骤B中，微处理器（6）先对最新的N个离子浓度信号电压数据求平均值，然后将最新收到的离子浓度信号电压数据与平均值进行比较，如果差值大于设定值，则信号电压不稳定，继续对信号通道进行采样和判断；否则，保存最新的N个离子浓度信号电压数据的平均值作为V1、V2 、V3。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：步骤C中所述的k11、k12、k13、e11、e12、e13、k11的确定方法是：先利用浓度已知的硝酸根离子标准溶液对公式（1）中k11、k12、k13、e11、e12和e13进行标定，则公式（1）变化为：

lg（硝酸根离子标准溶液浓度）＝k11×V1 + k12×V2 + k13×V3 + e11 + e12 + e13  （4）

将温室作物氮钾测量电极（1）按次序依次插入浓度为0.01mM、0.1mM、1 mM、10 mM和100 mM的硝酸根离子标准溶液中，记录5组硝酸根离子标准溶液浓度和对应的硝酸根离子浓度信号电压V1，溶液中不存在铵根离子和钾离子，令公式（4）中k12、k13、e12和e13为0，则公式（4）简化为：

lg（硝酸根离子标准溶液浓度）＝k11×V1 + e11                  （5）

将V1值代入公式（5），得到不同的硝酸根离子浓度计算值，采用最小二乘法计算出k11和e11；

在0.01mM、0.1mM、1 mM、10 mM和100 mM的硝酸根离子标准溶液中加入铵根离子，使溶液中铵根离子浓度达到0.01mM、0.1mM、1 mM、10 mM和100 mM，在每种浓度组合下均记录一次硝酸根离子浓度、硝酸根离子浓度信号电压V1值和铵根离子浓度信号电压V2值，溶液中不存在钾离子，令k13和e13为0，则公式（4）简化为：

lg（硝酸根离子标准溶液浓度）＝k11×V1 + k12×V2 + e11 + e12     （6）

将测量得到的V1值和V2值代入公式（6），得到不同的硝酸根离子浓度计算值，采用最小二乘法计算出k12和e12；

在0.01mM、0.1mM、1 mM、10 mM和100 mM的硝酸根离子标准溶液中加入钾离子，使溶液中钾离子浓度达到0.01mM、0.1mM、1 mM、10 mM和100 mM，在每种浓度组合下均记录一次硝酸根离子浓度、硝酸根离子浓度信号电压V1值、铵根离子浓度信号电压V2值和钾离子浓度信号电压V3值，代入已确定的k11、k12、e11和e12到公式（4）中，得到不同的硝酸根离子浓度计算值，采用最小二乘法计算出k13和e13；

同理，k21、k22、e21、e22、e23、k31、k32、e31、e32、e33的确定方法与k11、k12、k13、e11、e12、e13、k11的确定方法类似。