防爆溶解氧分析仪.pdf

第9期
孙继峰等.防爆溶解氧分祈仪
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防爆溶解氧分析仪
孙继铧牛继忠韩宏伟玲丽
(1.天华化工机及自动化研究设计院,兰州730060;2.兰州三叶公可,兰州730060)
摘要针对石油化工企业使用的本安防爆在线测量解氧,介绍了两制在线防爆溶解氧分析仪的
电路设计、性能、量原理及应用,并提出了两线制落解氧分析仪的信号采築和数据处理设计方案和应
用中的注意事项
关词枫谱法溶解氧防爆两制
中图分类号TH89
文獻标识码B
文章编号1000-3932(2012)09-1207-04
随着生物工程时代的到来以及动植物细胞培数会增加,氧在电解质溶液中的扩散系数会增大
养技术的发展,在许多研究、生产领域都需要测量电极化学反应速度也增大。因此温度补偿在溶解
一些介质的溶解氧含量。溶解氧的测量方法分为氧测量系统中起着重要的作用。
库仑法、原电池电极法和极谱型电极法。库仑法1.3压力影响
测量氧含量工艺复杂繁琐,不能用于在线测量,而
根据 Henry定律,气体的溶解度与其分压成
且电解液有毒,既污染环境又不利于生产使用;原正比。氧分压与该地区的海拔高度有关,高原地
电池电极法测量范围窄,测量精度低。现在较为区和平原地区的差可达20%,使用前必须根据当
理想的测量方法是极谱型电极法,近几年从国外地大气压进行补偿。
引进的大多数溶解氧分析仪表都采用极谱型法,
电极残余电流影响
主要有瑞士MT、德国E+H等公司的产品。
残余电流定义为在无氧情况下溶氧电极稳定
国内生产的溶解氧分析仪多采用原电池法且输出电流,也称为氮电流或零氧电流。残余电流
不防爆,测量范围窄(通常是0.001%G),精度低要求越小越好,其大小一般与三方面因素有关
(大多为3%),而国外的此类仪器测量范围可达是电解质溶液中所含的杂质;二是漏电;三是内相
到0.01%0,精度上也高出许多,仪器电路也采用氧的扩散。
了先进的电子器件,使操作非常方便。
1.5仪表抗干犹
笔者设计的溶解氧分析仪主要采用极谱型复
工业现场有各种噪声干扰存在,降低测量值
膜电极,实现了水中溶解的微量氧的测量和信号中的噪声成分是仪表准确工作的前提。工业在线
远传,要求测量精度高、稳定可靠,测量误差可达检测的溶解氧系统一般要求放大器的输入阻抗大
到±0.5%。
于20MD,如果接地输入阻抗过小,可能会造成仪
关问题
表显示跳动,甚至无法标定和测量
1.1电极倌号特殊性的要求
2量原理
由于电极输出的是微小电流,同时在阴极和
氧在水中的溶解度取决于温度,水表面的总
阳极之间要加人0.6~0.8V负电压,因此,阴极压、分压和水中溶解的盐类。大气压力越高水溶
与阳极之间电压的选择是使氧能被充分还原的关解氧的能力就越大,其关系由Heny定律和Dal
键。另外,电极输出的信号很弱,实现电路对信号ton定律确定。一般情况下,如果气体与液体接
的处理也有较大的困难。
触,那么某些气体将被吸收,直到达到平衡。假如
1.2温度影响对测量的要求
气体压力增加一倍,则在单位液面上碰撞的气体
由于测量系统中温度的变化电极膜的透气率
会发生变化,随着温度的上升,电极膜中氧穿透系
收日期:2012-08-02(修政将)
万方数据
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化工自动化及仪表
第39卷
分子也增加一倍,进入液体的数量也如此。 Henry保护二极管D9后,由两级场效应管Q1、Q2
定律认为气体的溶解度与其分压成正比。
(3DJ7H)恒流后将仪表的总功羌限制在4mA,然
溶解氧分析仪传感器部分是由金电极(阴极)和后经过D4、D5、D6、D7、D8和7两级稳压后,电
银电极(阳极)及氯化钾或氢氧化钾电解液组成,氧源输出为+5、-5V,为各放大器、液晶显示提供
通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量正常的工作电压。同时也为溶解氧电极的极化电
回路。当给溶解氧分析仪軋极加上0.6-0.8V的极正压提供稳定的+5V电源。
化电压时,氧通过膜扩散,阴极释放电子,阳极接收
「4レ
电子,产生电流,整个反应过程为
中3nrH
阳极Ag+CLI→AgCl+2
阴极02+2H10+4e~→40H
整个反应4Ag+02+2H20+4C1'→4AgCl+40H
根据法拉第定律:流过溶解氧分析仪电极的
001
电流和氧分压成正比,在温度不变的情况下电流
和氧浓度之间呈线性关系。因此,通过高输入阻
抗电流放大器测量出溶解氧电极中的电流大小
图1电源模块结构
再经过电信号转换和数据处理,就形成了能够测3.2信号采集处理模块
量并显示水中溶解的氧值的溶解氧分析仪
信号采集处理模块如图2所示,通过电阻R7
3系统硬件电路
将D0的测量信号引入高输入阻抗放大器U1进
该设计用溶解氧传感器和温度传感器将被测行阻抗变化,由第六脚将变换后的信号输出,然后
溶液的氧含量和温度转换为电信号,经过前置的再经R19、R20、R21、R22作电流电乐转换后进入
电流一电压转换、放大、滤波电路处理后变为0-下一级,同时作为反馈信号经过U2进行缓冲放
2.5V的电压信号,送到液晶显示电路进行显示,大,使信号更加稳定,经电位器SPAN改变整个放
同时经过4~20mA输出电路处理后,通过安全栅大器的放大倍数,回到U1的输入端,形成了一个
实现参数的远传。
电流输人电压反馈的正反馈回路,实现阻抗匹配
系统硬件包括:电源模块、信号采集处理模和电流电压的转换和放大。
块、信号输出模块及显示模块等
放大器U1、U2选用CL761 IBCPA,其工作电
3.1电源模块
压选择±5VDC,输人阻抗高达1TQ,功耗20pW,
电源模块结构如图1所示,24V电源经反接输人偏覺电流5pA,完全满足设计的要求
A-RA)
+5v
R以ACKY下
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D
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因2信号采集模块
万方数拼