Montage d'électronique

Module PH mètre pour volmètre

Les électrodes de verre sont très utilisées dans les laboratoires de chimie pour la mesure de concentration d’ions d’hydrogène (valeur du pH) d’une solution. Le principe de construction d’une telle électrode est celui de la cellule galvanique, dont la tension de sortie est proportionnelle à la valeur du pH de la solution à mesurer. La valeur du pH dépend également de la température de la solution ; un pH-mètre sera donc un millivoltmètre compensé en température.
Le circuit décrit ici utilise un ampli op pour amplifier la tension délivrée par l'électrode. L'impédance d'entrée du circuit est donc celle de l'ampli op qui, dans ce cas, est égale à 10¹² Ω ; ainsi, le circuit de mesure présente pour l'électrode une charge négligeable. La résistance à coefficient de température positif (PTC), la TSP 102 de Texas (R25 = 1000Ω ), compense l'effet des variations de température de la solution. En parallèle avec une résistance de shunt d'exactement 2370Ω (R4), la résistance de la PTC varie linéairement en fonction de la température. R4 sera constituée de plusieurs résistances à couche métallique, par exemple 2,2kΩ+150Ω+10Ω+10Ω. Cette manière de procéder élimine les étalonnages fastidieux et délicats.
La tension au point A est amplifiée par A2 dont la sortie est divisée par R5 et R6 (résistances à couche métallique), de façon à avoir une tension de sortie convenable. L'ampli op A3 est monté en amplificateur différentiel sommateur ; sa tension de sortie pilote le voltmètre numérique qui affiche la valeur du pH de la solution. Les potentiomètres ajustables P1 et P3 fixent le gain des étages A1 et A2, P2 assure une polarisation correcte de A1.
La figure 2 donne le schéma de principe de l'alimentation symétrique ± 15 V nécessaire au montage.

La procédure de calibration du circuit est la suivante :

1. L'entrée étant court-circuitée, P2 est réglé pour obtenir zéro voit au point C.
2. L'entrée étant toujours court-circuitée, on ajuste le potentiomètre P5 (bobiné) pour avoir 7 volts au point D.
3. L'ajustable multitours P4 est réglé pour obtenir zéro voit en A quand la PTC est à 25°C.
4. Une électrode de verre plongée dans une solution de pH = 7 est connectée à l'entrée du circuit. P5 est alors ajusté pour obtenir 7 volts en D, la température de la solution étant de 25°C.
5. L'électrode de verre est plongée dans une solution de pH = 4 et l’ajustable multitours P1 est réglé pour lire 4 volts au point D, la solution étant toujours à 25°C.
6. On réchauffe alors la solution (de pH = 4) jusqu'à 70°C et, en y plongeant la PTC, la tension en D devrait toujours être de 4 volts ; si ce n'est pas le cas, il faut ajuster P3.
7. Répéter plusieurs fois la procédure à partir du point 3.

A cause de sa haute impédance d'entrée, ce circuit est sensible à la HF, aux bruits, etc., il devra donc être parfaitement blindé en le montant dans un boîtier métallique. Les connexions de la PTC devront être résistantes à l'eau et aux solutions acides et alcalines.
La précision du circuit dépend de la stabilité de la tension d’alimentation (± 15 V) et de la précision de la solution étalon utilisée pour la calibration (sans mentionner la précision du voltmètre).
Des électrodes de verre sont disponibles dans le commerce et sont souvent vendues avec les indications d’utilisation.

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