锅炉水硬度自动检测装置设计.pdf

检测与仪表
化工自动化及仪表,2010,37(11)1:38~40
Control and Instruments in Chemical Industry
锅炉水硬度自动检测装置设计
王文理,李盼盼,王虹
(河北大学电子信息工程学院,河北保定071002
摘要;提出利用离子选择性电极自动测量软化水硬度的方法;主要是对锅炉软化水中钙离子浓度的测量。
筒单介绍了电极的反应原理、数据处理方法的原理和选取,以及自动测量装置的基本构成和设计。
关键词:钙离子选择性电极;锅炉;软化水;自动测量
中分类号:TP274文献标识码:A文章编号:10003932(2010)110038-03
1引言
斯特方程。
软化水作为锅炉用水所需水源,其中各种离子
根据能斯特方程,溶液的电位与浓度关系为:
及其变化对锅炉的安全运行具有重要的影响,很长
303RT
一段时间锅炉水水质的分析检测不被重视,水源中
的杂质进入锅炉,造成日常监测和年检不合格,甚至
会造成一些严重的锅炉事件,从而缩短锅炉的使用
E。=E。tSgc
寿命,为使锅炉能够安全、有效地运行,除了要配置式中:E。一一测量电池等电势点的电位值,不受温
适当的必要设施,如安全阀、水位计、压力表及其它
度影响;S斜率项,是温度的函数。根据上式,
控制仪表外,也不应忽视辅助设施一一水质的检测。在一定条件下测定了电极电位,即可确定离子的活
在锅炉软化水水质分析中,钙含量是一个重要的控度(或浓度)。
制指标,目前测定钙含量的主要方法有:离子色谱2.2数据处理方法选取
法、原子吸收分光光度法、EDTA络合滴定法、离子
离子选择电极测试数据处理有不少需进行较繁
选择电极法等。前两种方法特别适用于低浓度钙含琐的数据运算,如线性回归标线法、二次标准加入
量的测定,但测试仪器价格品贵、操作复杂并不利于法、Cm法等,本装置实现浏试数据的自动采集
进行普及使用;EDTA络合滴定法操作简便,虽然也与处理,既要考虑计算方法的简便精确又要考虑到
可以精确地测量出溶液浓度,但所用的指示剂在钙仪器装置的实现的可行性。在已知斜率S情况下计
含量较低时变色不明显,影响滴定终点的判定而且算大多很简单,根据斜率及电位值作几步简单的代
需要人工操作;采用钙离子选择电极进行测定,利用数运算即可求出试液离子的浓度。但斜率S受温度
先进的离子选择性电极法,代替传统的辂合滴定化等因素影响较大,因此我们采用二次标准加人
学方法,使对锅炉软化水硬度的测量由定时的人工法“在斜率S未知的情况下计算试液离子浓度
到现场取样后进行化学分析,转变为软化水硬度在
采用二次标准加入法对未知样品进行测量时,
线自动测量,这样大大节省了时间及人力资源。
电极的两次测量都浸在同一种溶液中,从而能使由
2离子选择性电极检測离子浓度
温度差异、离子强度差异、滞后作用或液界电动势的
2.1离子选择性电极测量离子浓魔原理
变化所引起的误差最小化。与直接电位测定法相
离子选择性电极又称膜电极,电极的种类繁多,比,即使测量离子强度比较低的样品时都能够得到
其中钙电极为流动载体膜电极。电极中的离子载体更加精确的结果。
(有机离子交换剂)被限制在有机相内,但可在相内
这种方法的缺点是由于标准溶液的加入,试液
自由移动,与试样中待测离子发生交换产生膜电位,的体积增大,离子强度及活度系数变化,影响分析的
内外被测离子活度的不同而产生电位差。
准确度。而且对操作非常严格,要求精确地量取并
当测定时,参比电极的电极电位保持不变,电池把标准液与样品充分混合起来,同时其计算方法也
电动势随指示电极的电极电位而变,而指示电极的要比直接电位法复杂。
电极电位随溶液中待测离子活度而变。电极的电位
随离子活度的变化称为斯特响应,这种响应服从能
收稿日期:2010-0804(修改稿)
万方数据
第1期
王文理等.锅炉水硬度自动检测装置设计
?39?
在配制标准溶液时,加入含有与试液相同浓度装置及其相应的配置受单片机控制完成;离子选择
的总离子强度调节缓冲溶液,这样在测试过程中,不电极测定装置由特制钙离子选择电极和饱和甘汞离
论加入多大体积的标准溶液,试液的离子强度均保子电极组成,这是电极法测量软化水硬度的关键。
持恒定。
在电极反应池底部安装电磁搅拌器,测量时可通过
2.3二次标准加入法计算公式
搅拌使待测离子快速扩散到电极敏感膜,以缩短平
设未知液待测离子的浓度为C.,体积为V,测衡时间。
得电动势为E1,再加人小体积V待测离子的标准溶
液(浓度已知为C.),C,约为100C,后测试液电动势
E2,再次加入小体积V待测离子的标准溶液,测试
液电动势E3,令△E1=E1ーE2、△E2=E1ーE3。
得测量公式如下:
C V+2CV
AE
CV+2C V
C V+CV
图1简单实验装置
为简化实验装置可以对加入的溶液进行精确测注:1っ采样装置:2-一泵1:3泵2:4-一排空阅门:5-
量,因此我们可以在测定时使V=100mL、V.=1mL
测量池:6电磁搅拌器:7ー一去离子水;8一一标准溶液;
代人式(3)得:
9-废液池;10一测量控制及数据处理
AE, ls- 102C
电信号阻抗运.AD
单片机程
100C.+2C.
数据处理
及报警
101C.
图2数据处理及控制系统框图
通过公式(4)即可求出所测溶液的浓度C
3系统设计
3.1高阻抗运算放大
如图1所示,根据离子选择性电极法设计的锅
由于钙电极内阻都很高,要求采用高输人阻抗
炉软化水硬度的监测仪器主要包括?:锅炉软化水的测量电路,离子选择电极的内阻大约在10-102
采样装置、标准溶液及清洗溶液注入装置、离子选择范围内。对于这样髙的高内阻信号测量来说,如果
电极测定装置、高阻抗运算放大装置,MD转换器测量仪器的内阻不够大,则会引起大的测量误差。
和单片机系统及显示装置。图2为测量控制及数据本文使用CA314构成跟随器实现“双高阻”转换电
处理装置部分对电压信号的设计流程图。
路(电路图如图3所示),大大提高了共模抑制
在该系统中,锅炉软化水采样装置由采样泵、流能力,其初始状态输出为“零”,防止了参比电极的
量计和阀门控制器组成。流量的大小和采样的时间漂移,输人阻抗可达10,通过实验测量输人阻抗
由单片机控制阀门完成;标准溶液及清洗溶液注入为2.22×10”2,而U4端输出阻抗可小于10Q。
平衡调节
钙电极输入端O一
4.
11-M324
M324
参比电极输入端O
R10
C10
图3高阻抗部分原理图
由于本装置输入端具有很高的输人阻抗,因此高阻电路长期稳定,测量精确,需要在印制板上用地
这部分电路在制作工艺上要求比较严格。为保证该线屏蔽输入端、缩短走线长度、加粗电源引线等措
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