水中钠度检测方案(其它水分测定)

在线钠度计的研制方法 引言 在热力发电厂和大型工业企业的动力厂中，经常需要测定水汽中钠离子的含量,以监督蒸汽品质、鉴别凝洁器的泄漏﹐从而保证热力设备能够稳定、长期、高效运行。虽然目前国内各大电厂都配备了在线钠度计，但大多是国外产品,钠表,其价格昂贵，运行维护费很高,所以实现钠度计的国产化,有很重要的意义。 1测量原理 钠度计的测量原理是能斯特方程[ 3，即: 式中，E—为平衡电极的电位(V) ; E—为标准电极电位(V);n —为得失电子常数﹔ T—热力学温度﹔ ai—为待测离子的活度(mol /L)。 由钠离子选择性电极和参比电极还有待测液构成的测量电池，通过钠度计对被测液进行简单的电位测量就可以直接测定溶液中钠离子的含量了。 2在线钠度计的分析流路设计 工作过程如图1所示:试样由入口阀进入,流经旁路过滤器进行过滤,多余试样经旁路阀后排掉,过滤后试样由减压阀调到定压,再经流量阀调到所需流量后,经试剂 加入系统调整PH大于11后，流到测量杯进行测量,最后排掉。测量信号经微机处理后,进行显示、报警或远传给上位机进行管理。为了保证测量的准确性,标定液面要高于测量液面。 3仪表的硬件组成 如图2所示,根据在线仪表的性能及工作情况,该系统选用单片机作为数据处理和控制的核心部件﹐辅以一些外围芯片﹐组成一个完成自动运行、自动报警、自动标定等功能的智能型钠表。不但和指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储 器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。 3.1仪器输入电路设计 为了精确测定钠离子的浓度，仪表输入阻抗必须大于101 3 Q，因此仪器前置运算放大电路采用的是美国模拟公司生产的AD515JL运放，其输入偏流仅为75×10—5A。在仪器的输入电路把运放接成自举反馈型式，如 器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。 图3所示，这样仪器的输入电流Ⅰ主要由反馈电路的电流Ⅰ来提供。图中A，是主放大器﹐A。是提供自举反馈的输助放大器。这不仅可以增大输入电阻，还可以使输入电流向信号源吸取的电流降至最低。 3.2A/D转换电路设计 该仪器是在线仪表,为了避免测量信号受外部影响，仪器使用LM331作为A/D转换的芯片。V/F转换的过程是对输入信号的不断积分的过程。因而能对噪音或变化的输入信号进行平滑过滤。仪器测得的温度信号和电位信号,通过4052双四选一开关输入到A/D转换电路。LM331输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的P3.4引脚﹐作为T0的计数脉冲。该转换电路线性良好﹐抗干扰能力强﹐输出频率范围在10~～10 000 Hz以上,其变化比达103，优于普通8位并行A/D转换器，有利于提高系统的测量范围。 3.3调零电路 在仪器的输入电路中,一般存在零点偏差和漂移,为了不影响测量数据的准确性,该系统采用了调零电路。图4是调零电路的原理图。在测量时﹐先把多路开关接到所 需测量的一组电压信号上，经放大器、A/D转换后得到测量数据为Xi，然后把多路开关的输入接地，测出零输入时的测量输入值为X。，把X一X。即为实际输入电压值X。采用这种方法可以去掉输入电路、放大电路及A/D转换电路本身的偏差和随着时间及温度而发生的各种漂移的影响。 3.4程序运行监视系统——看门狗电路 微机在现场运行过程中，由于现场的干扰，系统有时会出现死机、运行不正常等现象。为了避免和减少干扰。该系统使用了看门狗电路，它的特性是本身能独立工作﹐基本上不依赖于CPU ;CPU在一个固定的时间间隔和系统打一次交道，以表明系统目前正常。它能够及时发现在CPU的死循环,并使系统复位。硬件电路为一个独立于CPU 之外的单稳部件,CPU正常工作时,每隔一段时间就输出一个脉冲,将单稳态系统触发到暂稳态,当暂稳态的维持时间设计的比CPU的触发时间长时,单稳态就不能回到稳态。当CPU陷入死循环后﹐再也不去触发单稳系统了,单稳系统便可以顺利返回到稳态,利用单稳态返回稳态时的输出信号作为复位信号，便可以使CPU退出死循环。 3.5人机接口系统设计 仪器的键盘系统选用的是8279芯片,使用本芯片的中断方式，不仅可以简化系统软件设计，还可以提高CPU的工作效率。为了使仪器的操作简单，仪器采用液晶显示模块MGLS_19264 （内藏HD61202液晶显示驱动器）它是一种专用的液晶显示模块，共有192* 64个点阵。这样仪器可以通过汉字菜单引导使用者操作。 仪器程序和标定子程序设计 仪器主程序是控制系统按预定的步骤运行的程序。采用键码分析作业方式编写。键盘和作业的对应关系构成主程序的主体，系统当前去向由当前状态和键码共同决定。 在用仪表测量前必须对仪器进行标定。标定即是用已知深度的标准液去校准仪器算出测量方程的未知数。该钠度计采用的是二次标准加入法进行标定。在标定子程序中，首先设初始值c,—0，标准溶液添加前测得的电位值为E,第一次添加标准溶液的体积v，后测得的电位值为E:，第二次添加标准溶液体积V:后所测得的电位值为E,。根据这些数据可以求出c,，即 当Cx—0初值给定后，求得S值，将此值代入上式求得Cx的估计值，然后用迭代法循环运算，直至( cn+1—c,) ×100..01时。求到所测值（如图5所示)。 c, 在计算时，迭代初值应近可能接近待测值，取能斯特理论斜率S=RT/nF为初值最合适。 测定溶液钠离子的浓度时，计算迭代子程序由汇编语言编写的。因为计算时要代用的公式计算都比较复杂。在这里我们使用了BCD码的浮点型操作数﹐它用三个字节表示一个数,第一个字节的最高位数符，其余为阶码(二进制补码形式)，第二个字节为尾数的高字节，第三个字为尾数的低字节，尾数用双字节BCD码纯小数（原码)表示。当十进制数的绝对值大于1时，阶码就等于整数部分的位数，如 876.5的阶码是03H，一876.5的阶码是83H;当十进制数的绝对值小于1时，阶码等于80H 减去小数点后面零的个数。我们在编程时经常用到的数2.303(即常用对数和自然对数转换时的系数)在用BCD型浮点数表示放在以30H为开始的单元时依次为30H=(01H)，31H=(23H)，32H=(03H)。这种十进制浮点操作数具有很好的相容性，很容易采用积木方式完成一个公式的计算。可以直接把十进制数用到程序中,简化了编程，提高了编程的效率。而且用这种十进制数运算，精度可以达到万分之一。 5实验结果与误差分析 由于时间的原因，仪器仅在室验室进行了测试，仪器的量程可达到0～1 000 ug/L,且标准偏差为士2.5%。基本可以满足发电厂对钠离子监测的要求，减少了仪表运行维护量。表1为二次标准添加法的部分实验结果。 仪器产生误差的主要原因是系统在用V/F转换器来实现A/D转换时，V/F转换计算的是在一定时间T内的脉冲数，因为T的打开时间是随机的，这样在计数过程中,就会随机产生士1的工作截断误差。在测定低含量的溶液时，这种误差的影响会更大。 6 结束语 在线钠度计具有良好的应用前景，在以后的工作中还可以进一步完善仪器的设计，比如可以发展多流路测量,定时仪表进行历史数据存储﹐定时自动程控标定等。在以后的编程中，可以增加软件频率误差处理子程序来消除A/D转换的误差。随着微机处理技术的发展,在建立全厂网络诊断和管理系统后，在线钠度计还可以发展成网络式仪表，这样仪器不仅可以作为控制系统的监视工具，还可以参于系统的控制，这样既减轻了现场运行和管理人员的工作量，还可以使在线钠度计发挥其最大的功能。 引言在热力发电厂和大型工业企业的动力厂中，经常需要测定水汽中钠离子的含量,以监督蒸汽品质、鉴别凝洁器的泄漏﹐从而保证热力设备能够稳定、长期、高效运行。虽然目前国内各大电厂都配备了在线钠度计，但大多是国外产品,钠表,其价格昂贵，运行维护费很高,所以实现钠度计的国产化,有很重要的意义。