專利名稱：水中溶解氧含量自動測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種測量水中溶解氧含量的裝置，利用該裝置可以自動測量熱電站、核工業(yè)用水中微量溶解氧含量。
現(xiàn)有
背景技術：
中，公知的用于測量水中微量溶解氧含量的各類裝置，依據其各自的測量原理大致可分為如下幾種類型一、原電池測量裝置該裝置利用原電池原理，將兩種具有不同電極電位的金屬(如金和鎘)與弱電解質(水樣)構成原電池。在一定測量條件下，根據去極化電流與溶解氧含量之間線性對應關系，便可測取水樣中溶解氧含量。該類裝置的缺點是水樣中溶解氧的擴散系數受水溫、水流速度影響較大，水樣的電導率及其它離子對于測試結果均有一定影響，且經常需要人員調整其靈敏度。依據原電池原理制成測量裝置，國內產品有DH-52型電化學式水中氧分析器，目前該類裝置已基本被淘汰。
二、氫氣置換原電池裝置該類裝置測量原理與上述原電池測量原理相似，原電池正負極采用金和鉑(表面有鉑黑)兩種金屬，兩電極之間滴有電解質溶液。該裝置有國產DJ-101型水中溶解氧分析器、英國劍橋Ⅲ型溶氧分析儀。上述測量分析儀器啟動調整時間一般需要二十四小時以上，運行一周左右儀器才能達到最佳測試狀態(tài)。該類儀器缺點是測量流程復雜，每四十八小時需要添加一次制取氫氣藥品、每兩三天需要重新校驗一次儀器。
三、極譜法裝置該類裝置有國產SYY-Ⅱ型溶解分析儀、瑞士PolyMetron公司生產的TE8878型溶氧表，英國貝克曼公司制造的7001型溶氧表。上述各儀器的金電極外表需要覆蓋一層由聚四氟乙烯或聚乙烯制成的疏水透氣薄膜，被測水樣中的溶解氧透過該薄膜進入支持電解液，在金電極上發(fā)生電極反應，測量傳感器的極限擴散電流便可測量水中溶解氧濃度。上述分析儀同樣受水樣溫度、流量影響較大，操作使用程序復雜，需要經常不斷地更換透氣膜和加注電解質，而且透氣膜的強度及透氣性對于儀器的響應速度和靈敏度均有直接影響。
綜上所述，上述公知的各類溶解氧分析儀器普遍存在著啟動時間長、影響因素多、穩(wěn)定性差、維護工作量大，操作程度繁雜等缺點，是目前在線水蒸汽品質分析儀器中維護工作量最大的一種分析儀器。
本發(fā)明創(chuàng)造克服了上述公知的各類溶解氧分析儀器技術上所存在的問題，其目的在于提供一種利用傳統(tǒng)靛蘭二磺酸鈉葡萄糖比色法原理制成的水中溶解氧含量的自動測量裝置。
眾所周知，靛蘭二磺酸鈉葡萄糖比色法是一種利用人工目視方法比色測定水中溶解氧含量的傳統(tǒng)檢測方法。在PH為12.5左右時，靛蘭二磺酸鈉被葡萄糖還原成淺黃色的還原物，當該還原物與水中溶解氧相遇時，既產生了紅色半靛醌中間產物。此中間產物在遇到更多量的溶解氧時，還會繼續(xù)被氧化成蘭色的靛蘭二磺酸鈉。在高堿性情況下，還原型靛蘭二磺酸鈉鹽在氧化過程中出現(xiàn)的紅色半靛醌中間產物，會大大提高在溶解氧測定過程中各色階的變化范圍，其色澤變化范圍為淺綠黃色、黃色、桔紅色、紅色、絳紅色、紫色、蘭色、最后為蘭綠色。
本發(fā)明創(chuàng)造正是利用了上述檢測機理，將傳統(tǒng)的人工目視比色方法，改變?yōu)樵诿芊庀到y(tǒng)中自動測定上述反應色階變化，達到自動、連續(xù)和精確測定水中溶解氧含量，從而實現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造上述之目的。
本發(fā)明創(chuàng)造基本組成包括水樣取樣預處理單元、基準校驗單元、加藥混合反應單元、光電轉換處理單元。上述各單元由水樣和工作溶液的輸液管連成一體，構成本裝置基本組成部分。其中水樣取樣預處理單元的主要作用是將檢測水樣進行冷卻，使檢測水樣溫度保持在25～35℃之間，避免水樣溫度變化影響測量裝置檢測精度;基準校驗單元作為本發(fā)明創(chuàng)造的組成部分之一，其作用與現(xiàn)有各類檢測儀器所采用的基準校驗單元作用基本一致。目的是提供一個基準檢測單位，并與水樣檢測數據進行比較，得出檢測結果;加藥混合反應單元的作用是將靛蘭二磺酸鈉葡萄糖工作溶液與經過預處理單元的水樣進行充分混合，使水樣中的溶解氧與上述工作溶液反應，生成不同色澤的檢測液，用于后序光電轉換處理單元檢測;光電轉換處理單元將水樣反應后的色澤轉換成電信號，并與數據處理系統(tǒng)內存的標準含量進行比較，換算為溶解氧含量數值，在顯示器上顯示或打印出檢測結果，完成水中溶解氧含量測量全過程。
上述水樣取樣預處理單元采用的冷卻器可以是板式冷卻器、管式冷卻器或者螺旋式冷卻器等;上述基準校驗單元是將兩支鉑電極裝在校驗電解池內，用電解水方法產生一定數量的溶解氧做為校表的標準水樣，由其校驗電路將校驗數據送至本裝置光電轉換處理單元的微處理器進行比較;上述加藥混合反應單元可采用人工或機構配藥方式，將靛蘭二磺酸鈉葡萄糖工作溶液與水樣中的溶解氧在混合器內進行反應。為了使混合溶液充分反應，上述混合器的后面可接有螺旋式反應器，為了防止水樣中部分鐵離子轉化為Fe(OH)3形成褐紅色鐵垢，影響光電轉換處理單元檢測結果，上述加藥混合反應單元中應設置一過濾器，以濾出混合溶液中雜質，上述光電轉換處理單元中設有比色皿，混合溶液進入該比色皿，在白色光源照射下，水樣中的溶解氧與靛蘭葡萄糖工作溶液反應生成物的顏色，透過濾光器被光敏元件所接受并轉換為相應的光電流，光電流采集器根據濾光器顯示依次將光電流分解為黃色、紅色、蘭色光電流，送至微處理器進行數據處理，計算出三種顏色光電流比值，用測得的比值與微處理器內存的標準含氧量三種顏色光電流的比值進行比較，換算出相應的溶解氧含量，用顯示器顯示并進行模擬信號的變換和遠傳至二次儀表。
本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術比較，具有如下優(yōu)點1、具有快速投入運行的性能。
本裝置的水樣流程簡單，水容積小，密封性好，不存在公知方法的置換和穩(wěn)定過程，僅用幾分鐘就能正常投入運行，特別適合于經常啟停的熱力發(fā)電機組使用。
2、具有很好的穩(wěn)定性和測試精度。
本裝置采用的經典反應機理，靈敏穩(wěn)定，受水樣水溫、水質影響很小，配合定期自動校驗，可有效地消除裝置自身的漂移因素和更換藥品等外部因素影響，保持較高的測試精度。
3、具有較快的響應速度。
本裝置的水樣流量小、流速快，水樣連續(xù)流動更新的過程也是加藥反應的過程，不存在公知方法的擴散、置換過換，響應時間僅是化學反應時間，從水樣采集到檢測出結果僅需一分鐘時間。
4、獨特的自動校表系統(tǒng)。
本裝置可用手動隨機方式或定時自動校表方式啟動校表系統(tǒng)，進行0～100μg/l范圍內的連續(xù)自動校驗。第一次自動校驗結束后，間隔五分鐘再重復校驗一次，由微處理器對兩次校驗結果進行比較，如果校驗期間水樣氧濃度變化較大，引起校驗結果失常，本裝置將自動進行第三次校驗，直至校驗結果判斷可信，本裝置自動轉入正常運行狀態(tài)。
5、具有遠傳控制功能。
本裝置具有快速投入運行和自動檢驗的特點，自動化程度高，可實現(xiàn)遠方控制本裝置投運或停止。
6、具有超溫自動停機功能。
本裝置可避免在意外情況下，將高溫水樣引入本裝置造成嚴重后果。
7、具有裝置運行狀態(tài)和參數遠傳報警功能。
下面結合附圖對本裝置結構進行詳細介紹。


圖1為本裝置結構原理示意圖。
圖2為本裝置光電轉換處理單元結構示意圖。
圖3為本裝置輸出電流比值變化示意圖。
圖4為本裝置連續(xù)校表系統(tǒng)示意圖。
圖中1為被測水樣入口，2為水樣冷卻器，冷卻水由冷卻器下部入口3進入冷卻器，由上部排出，被測水樣經螺旋式冷卻水管被冷卻至25～35℃，經過流量調節(jié)閥4，一部分進入溢流式穩(wěn)流裝置5排出，一部分途經校驗電解室6，進入混合器8，校驗電解室內裝有兩支鉑電極，在校驗電路7控制下，用電解水的方法產生一定數量的溶解氧做為校表的標準水樣。在混合器8中，加藥泵9以0.2ml/min的速率，往水樣中注入靛蘭葡萄糖工作溶液，過濾器10的作用是濾去水樣加藥后，水樣中的一部分鐵離子轉化為Fe(OH)3，形成的褐紅色鐵垢，減少對后面光電轉換系統(tǒng)的影響。水樣在螺旋式反應器11內的流動反應時間約1分鐘，水樣進入比色皿12，在白色光源13的照射下，水樣中溶解氧與靛蘭葡萄糖工作溶液反應生成的顏色，透過電動機14驅動的旋轉式濾光器15，被光電元件16所接收并轉變?yōu)橄鄳墓怆娏?。光電流采集?7根據旋轉式濾光器的轉角，依次將光電流分解為黃色、紅色、蘭色光電流，送至微處理器18數據處理系統(tǒng)內，計算出三種顏色光電流的比值，用測得的這個比值與數據處理系統(tǒng)內存的標準含氧量三種顏色光電流的比值比較，換算出相對應的溶解氧含量，在顯示器19上用數字顯示出來，并進行模擬信號的變換和遠傳至二次儀表，完成了水中溶解氧含量測量的全過程。
由于靛蘭葡萄糖工作溶液的保存時間不超過2天，本裝置設計了配藥系統(tǒng)，該系統(tǒng)由配藥泵20，貯藥箱21、22水箱23和混合藥箱24，螺旋式反應管25組成。其中配藥泵20為一個三通道蠕動泵，該泵運轉時將分別貯存在貯藥箱21、22內的靛蘭二磺酸鈉葡萄糖貯備液和氫氧化鉀溶液與水箱23中的蒸餾水按1∶1∶0.5的比例吸取，注入混合藥箱24，形成靛蘭葡萄糖工作溶液，為了使工作溶液充分進行還原反應，在吸入加藥泵9之前，要經過螺旋式反應管25，反應管的長度和內體積保證了工作溶液在進入加藥泵之前，至少經過2小時的反應時間。
在混合藥箱24上裝有液位傳感器26，液位控制器27控制配藥泵20間歇工作，將混合藥箱的液位控制在正常范圍內。
圖2中，由電動機14驅動旋轉的園盤15，園盤15上開有三個互成120°角度的園窗，園窗上分別裝有黃色、紅色、蘭色透明濾色片。加藥反應后的被測水樣進入比色皿12后，由上部排出，光源13射出的白光透過比色皿中的水樣，和旋轉園盤15上的濾色片，照射在光敏元件16上，產生相應的光電流。光敏元件16可以是光電池，光電三極管或光敏電阻，光電流與照射在該元件上的光強度和該元件的光譜特性有關。
與上述電動機14同軸旋轉的還有一個轉角發(fā)訊盤28，轉角發(fā)訊盤周邊設有三個傳感器29、30、31，互成120°角排列，當黃色、紅色、蘭色濾光片旋轉至光敏元件16與比色皿12之間時，發(fā)訊盤28上的定位標記(磁鋼或透光缺口)分別與三個傳感器(磁敏或光電式)作用，產生轉角識別定位脈沖信號，這個定位脈沖信號輸入光電流采集系統(tǒng)17，做為光電流采樣保持器的采樣控制脈沖，將此刻的光電流強度采樣/保持并進行A/D轉換，和定位脈沖一同送至微處理器18。由于水樣加藥反應后的顏色是依次經過黃色、紅色、蘭色濾光片照射在光敏元件16上的，同一個光敏元件，具有了分別感受黃色光、紅色光和蘭色光強度的分色感光性能。
三個定位脈沖采集到的電流強度信號，分別代表了黃色光、紅色光和蘭色光的光強度，達到電子分色的效果。
圖3中(1)組光電流從左至右排列分別是某水樣經旋轉式濾光片處理后得到的黃色光(Y)、紅色光(R)、蘭色光(B)的采樣/保持結果，從三種顏色的比例可以推測該水樣為橙黃色。同理，(2)組光電流表示該水樣為洋紅色，(3)組光電流表示該水樣為紫蘭色。數據處理系統(tǒng)將上述三種顏色的比例與數據處理系統(tǒng)內存的標準含氧量三種顏色光電流比值進行對照，就測得溶氧含量。該系統(tǒng)包括由微處理器18控制D/A轉換器32，輸出一個預定上升速率的直流電壓，經控制元件34和運算放大器33及電流采樣電阻23變成對應的電解電流。上述運算放大器33、控制元件34、電流采樣電阻35構成本裝置電壓/電流變換電路，其中控制元件34可采用場效應管式或晶體管。
本發(fā)明設計了獨特的連續(xù)電解校表系統(tǒng)，上述系統(tǒng)工作原理是，當溶氧含量很低的穩(wěn)定的水樣以50ml/min的恒定流速流經校驗電解池6時，微處理器18控制下的校驗電路7在校驗電解池6的兩個鉑電極間通以直流電，電解產生校表所需的溶解氧，電解電流與電解氧含量的關系可依照經典公式算出。電解氧含量從0μg/l開始線性增長，在10分鐘時達到100μg/l。水樣電解后即進入混合器8，加入靛蘭葡萄糖工作溶液，在螺旋反應器11內經過一分鐘反應后進入比色皿12，由于混合器8，反應器11及比色皿12的水容積都很小，新舊水樣置換速度快，在比色皿12中的水樣反應出來的顏色代表了一分鐘前電解氧的含量。微處理器18對光電轉換器17采集到的三色光強電流以2次/秒的速率采樣，經過運算處理后去掉水樣中本底氧含量的影響，存在存儲器中，做為1分鐘前標準電解氧含量的對照數據。這樣，經過11分鐘后(包括最后的水樣反應時間1分鐘)，就得到了一個完整的0～100μg/l溶氧含量與三色光強度比例對照的標準數據，可做為正常測量時的標準，相當于一個連續(xù)變化的標準色階。
上述校驗過程在啟動后是完全自動進行的，不需人工參與，在間隔5分鐘后再重復一遍，微處理器18確認兩次校表結果相似可信，自動轉入正常測量狀態(tài)。如果兩次校驗結果較大出入，將自動再校驗一次，直至結果可信。
本裝置的電動調節(jié)閥4是一個用電動機減速后驅動的改進型平面閥(俗稱“磨盤式”)，在360°轉角范圍內根據轉角的不同，可以對水樣實行以下三種狀態(tài)控制1、排水即冷卻器2出口水樣不進入電解池6，而是直接排入排水槽，適用于水質太臟時或水樣超溫停表狀態(tài)。
2、停水即冷卻器2出口水樣不進入電解池6，也不排水，可做為短時停表狀態(tài)。
3、水樣流量調節(jié)用手動或自動參照水樣流量計將進入加藥混合器的水樣控制在50ml/min。
上述三種狀態(tài)可由二次遠傳儀表面板上的開關選擇，進行遠動控制，并且在二次儀表和就地一次儀表面板上都有狀態(tài)指示燈顯示儀表的工作狀態(tài)。
權利要求
1.一種水中溶解氧含量自動測量裝置，其特征在于該裝置包括依次由輸液管連成一體的水樣取樣預處理單元、基準校驗單元、加藥混合反應單元和光電轉換處理單元。
2.根據權利要求1所述的自動測量裝置，其特征在于所說的水樣取樣處理單元設有一水樣冷卻器[2]，水樣由輸液管一端進入，經過流量調節(jié)閥[4]沿輸液管進入混合器[8]內。
3.根據權利要求1或2所述的自動測量裝置，其特征在于所說的水樣取樣處理單元設有溢流式穩(wěn)定裝置[5]和電動調節(jié)閥[4]。
4.根據權利要求1所述的自動測量裝置，其特征在于所說的加藥混合反應單元由加藥泵[9]定量將工作溶液加入混合器[8]。
5.根據權利要求4所述的自動測量裝置，其特征在于所說的加藥混合反應單元的混合器[8]的輸液管輸出端裝有過濾器[10]和螺旋式反應器[11]。
6.根據權利要求4或5所述的自動測量裝置，其特征在于所說的加藥混合反應單元還包括一套由配藥泵[20]、貯藥箱[21、22]、水箱[23]和混合藥箱[24]及螺旋式反應管[25]組成的配藥器。
7.根據權利要求6所述的自動測量裝置，其特征在于所說的加藥混合反應單元的混合藥箱[24]上裝有液位傳感器[26]和液位控制器[27]。
8.根據權利要求1所述的自動測量裝置，其特征在于所說的光電轉換處理單元包括一比色皿[12]一端設有白色光源[13]，其另一端設有由電機[14]驅動的旋轉濾光器[15]光敏元件[16]將接受信號送入光電流采集器[17]和微處理器[18]內。
9.根據權利要求1、2、4或8所述的自動測量裝置，其特征在于該裝置由微處理器[18]和基準校驗單元組成連續(xù)校表系統(tǒng)，該系統(tǒng)由運算放大器[33]、控制元件[34]和采樣電阻[35]構成電壓/電流變換電路、微處理器[18]控制D/A轉換器[32]輸出一個預定上升速率直流電壓，經運算放大器[33]和控制元件[34]變換成相對應的電解電流。
10.根據權利要求1、8或9所述的自動測量裝置，其特征在于所說的光電轉換處理單元設有與電機[14]同軸旋轉的轉角發(fā)訊盤[28]，該發(fā)訊盤的周邊設有三個夾角呈120°分布的傳感器[29、30、31]。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種水中溶解氧自動測量裝置，其基本組成結構包括水樣取樣預處理單元、基準校驗單元、加藥混合反應單元和光電轉換處理單元。該裝置采用靛藍二磺酸鈉葡萄糖比色法檢測原理，利用其色澤變化測定水中溶解氧含量。本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術比較，具有水樣流程簡單、投入運行時間短、穩(wěn)定性高、測試精度高、響應速度快等特點。本裝置可用于連續(xù)自動測定熱電站、核工業(yè)用水中微量溶解氧含量，亦可用于實驗室或現(xiàn)場測定水中溶解氧分析儀使用。
文檔編號G01N27/416GK1104771SQ9312131
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月31日 優(yōu)先權日1993年12月31日
發(fā)明者陳義新 申請人:陳義新