Danas je nabavljen digitalni pH metar proizvođača Philips pod oznakom PW 9414/01 iz 1976. godine.
Princip rada pH metra već je bio objašnjen u objavi PH METAR MA 5701, a specifičnost ovog pH metra je da uz odgovarajuće sonde može mjeriti i aktivnost iona više drugih elemenata (ne samo vodika). Uz to ovaj pH metar ima digitalni prikaz izmjerenih vrijednosti preko pet nixie cijevi.
Na prednjoj ploči pH metra uočavaju se tri višeokretna potenciometra za kalibraciju sonde kakva susrećemo kod gotovo svih pH mjerača. Potenciometrom SLOPE umjerava se nagib linearne krivulje promjene napona na upotrijebljenim elektrodama sa stvarnim pH vrijednostima koje pokazuje uređaj. Potenciometrom ASYM. POT. (asimetrični potencijal) kompenziramo napon referentne elektrode na nulu kako bi se mjerio samo napon koji proizvodi indikatorska elektroda. Potenciometrom ISO ADJ. vjerojatno se vrši tzv. “isothermal intersection” popravak. Naime, u idealnim uvjetima potencijal na elektrodama kod neutralnih otopina (pH 7) trebao bi biti uvijek nula (pH 7 = 0 V). Napon na elektrodama zatim raste prema pozitivnim vrijednostima kako se pH vrijednost smanjuje prema pH 0, odnosno raste prema negativnim vrijednostima kako se pH vrijednost povećava prema pH 14. No, razlike u temperaturi otopine mogu neutralnu točku pomaknuti tako da nula volti više neće biti na pH 7. Ovim potenciometrom namještaju se naponski odzivi elektroda tako da se kod svih temperatura linije odziva elektroda (slope) sijeku u točki koja odgovara pH 7 = 0 V.
Potenciometar za ručno namještane temperature rastvora kojem mjerimo pH ovdje ima numeričku izvedbu. Ukoliko se koristi temperaturni senzor (Pt 100) korekcija temperature je automatska. Priključnice za mjernu sondu (pH), referentnu sondu (REF.) i temperaturni senzor (Pt 100) jasno su označene na prednjoj ploči. Kontrolama ispod digitalnog zaslona biramo vrstu rada mjerača.
Na stražnjoj strani uočava se BCD sučelje za spajanje pisača. BCD (binary-coded decimal) sučelja koristila su se na prvim digitalnim uređajima 50-tih i 60-tih godina prošlog stoljeća za prijenos podataka sa instrumenta na printer, odnosno za bilježenje izmjerenih vrijednosti na papir. Ovo bilježenje nije radilo automatski već se za svaku bilješku trebalo pritisnuti kontrolu za ispis podatka (stoga se i ovom Philipsovom mjeraču PW 9414 na prednjoj ploči jasno uočava tipkalo PRINT). Kasnije su se preko toga sučelja instrumenti mogli spojiti i na računalo za automatsko bilježenje podataka.
Unutrašnjost uređaja otkriva modularnu izvedbu komponenti mjerača. Uočena je odlemljena žica na uzemljenju mrežne utičnice koja povezuje masu mrežnog transformatora. Iako će uređaj ispravno raditi unatoč tom prekidu jer su mase spojene i preko kućišta, ova žica je zalemljena na svoje mjesto prije sklapanja i puštanja u probni rad ovog mjerača.
Pogled na potenciometarske kontrole i priključnice pH metra (lijevo) te na mrežni transformator (desno).
pH metar Philips PW 9414/01 koristi posebne koaksijalne priključnice za spajanje elektroda.
Na matičnu ploču na kojoj se nalaze komponente napajanja umetnuta su četiri modula. Na dva modula su sklopovi mjernih pojačala pH metra i AD pretvornik, a na druga dva modula su driveri za pogon digitalnog Nixie displeja.
Bez elektroničke sheme teško ćemo dokučiti koji sklopovi su sadržani na ove dvije pločice. pH metri obično imaju dobro stabiliziran i reguliran izvor simetričnih napona napajanja, mogu sadržavati izvore referentnih napona, zatim mjerna pojačala u različitim izvedbama (tranzistori ili operacijska pojačala), komparatore, a ovdje je svakako potreban i A/D pretvornik kako bi se analogne veličine (napon) mogle prikazati u digitalnom obliku. Osim logičkog integriranog kruga SN7400 na dojnoj pločici se nalaze još dva operacijska pojačala LM741 i komparator 710HC.
Nixie cijevi kakve se koriste za digitalni prikaz izmjerenih vrijednosti na ovom uređaju izumljene su 1952. godine (Burroughs Corporation) i bile su dominantno u upotrebi do kraja 1970-ih godina. Ime nixie zapravo je akronim prvog naziva za ove elektronske cijevi – eksperimentalni numerički indikator (Numerical Indicator eXperimental: NIX-i), a kasnije se taj naziv više nije mijenjao. Nixie cijev je staklena cijev ispunjena plinom neonom (ili nekom drugim inertnim plinom) uz mali dodatak žive, a unutar cijevi se nalaze elektrode: jedna ili više katoda od tanke žice oblikovane u željeni simbol i anoda od metalne mrežice (tako da se kroz nju vidi) obavijene oko katode. Kad se ove dvije elektrode priključe na istosmjerni napon od oko 150V plin oko katode počne svjetlucati. U našem primjeru svaka nixie cijev ima ukupno deset katoda (svaku za jednu znamenku) napravljenih od tanke žice i poslagnih jedna iza druge u cijev. Ove su cijevi pale u zaborav pojavom LCD i LED numeričkih pokazivača, ali su zbog svojeg romantičnog i nostalgičnog neonskog sjaja sada ponovno popularne u vintage-dizajnu komercijalnih naprava, prvenstveno digitalnih stolnih satova.
Za pH metar Philips PW 9414 nemamo nikakve korisne podatke, tako da ćemo naš pH metar testirati kao osjetljivi voltmetar (što on u stvarnosti i jest), a laboratorijski kemičari će sasvim sigurno znati čemu služe i kako se vrše pM, pX i AMP.TITR. mjerenja.
Napon sonde simulirati ćemo vanjskim izvorom reguliranog istosmjernog napona 0-1000 mV. Prvo su kratko spojene ulazne priključnice mjerača (priključnice sonde) te je numerički pokazivač podešen na nulu. Nakon toga je na priključnice doveden regulirani napon koji se paralelno mjerio drugim digitalnim voltmetrom.
Izmjerene vrijednosti na oba voltmetra su se podudarale što znači da pH metar radi ispravno. Jednog dana, možda se ove nixie cijevi i mrežni transformator iskoriste za samogradnju nekog vintage digitalnog sata. S druge strane, nikad nije na odmet u elektroničkom labu imati u pričuvi još jedan osjetljivi milivoltmetar. Pogotovo ako ima ovako sjajan prikaz izmjerenih vrijednosti koje se k tome mogu i izravno ispisati na nekom vintage pisaču 🙂