CN102192934A

CN102192934A - 钠离子浓度在线分析记录仪

Info

Publication number: CN102192934A
Application number: CN2011101353666A
Authority: CN
Inventors: 黄皎; 陆晓春; 任姣; 刘海荣; 许晓娟
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明公开了一种钠离子浓度在线分析记录仪，包括钠离子浓度测量控制终端和网络通信终端，所述测量控制终端通过串行通信与网络通信终端相联接，所述网络通信终端通过WiFi接入无线网络，通过本发明钠离子浓度在线分析记录仪采集到的数据，所受干扰比较小，精度比较高，能够对溶液中钠离子的浓度进行精确测量，采用AJAX刷新技术，通过Web浏览器，可随时随地对钠离子浓度在线分析记录仪的工作状态，浓度、温度等信息进行实时监控。

Description

钠离子浓度在线分析记录仪

技术领域

本发明涉及一种分析记录仪，特别是涉及一种应用于电力、环境监测、制碱、冶金电镀等领域的钠离子浓度在线分析记录仪。

背景技术

电力工业正向着大容量、高参数方向不断发展，机组的安全运行显得尤为重要，连续监测水和蒸汽流路中的钠离子含量越来越被人们所重视。在火力发电厂中的蒸汽[Na+]≤5ppb（1ppb=1μg/L），期望值[Na+]≤3ppb；凝结水[Na+]≤5ppb；锅炉给水[Na+]≤10ppb，期望值[Na+]≤5ppb。如果钠离子含量过高会引起热力设备的积盐、结垢、腐蚀等危害，直接影响发电机组热力设备的安全运行以及能源的有效利用。

目前，国外已有部分分析仪器厂家实现了对水、汽中钠离子浓度的在线监测，但是其检测下限低、测量精度较高，对于进口电极来说存在不易配置，更换困难，且对环境要求高，要求水压8～100磅/英寸²、流速25毫升/每分钟时才能使用。

国内传统的钠离子浓度在线分析记录仪采用单片机作为主控制器，外接A/D转换器，采用按键控制，小容量EEPROM存储数据，段式LCD或点阵式液晶显示。虽然这种设计方案也能够实现钠离子浓度测量的功能，但是其设计与实现的复杂度较高，人机交互性较差，数据管理极为不便，外围接口少，无法进行功能扩展，而且不能接入以太网，无法实现远程监控。

申请号为200920144885.7的专利申请公开了“多通道钠离子监测仪”。该实用新型提供了一种多通道钠离子监测仪，实现了一台监测仪对多个样水进行在线监测。但该仪表不具备大容量数据存储功能，无法对数据进行记录和分析。

申请号为200510119092.6的专利申请公开了“在线全自动钠离子浓度分析仪”。该发明对传统扩散碱法和标定方法的在线钠离子浓度分析仪进行改进，采用具有远程通讯控制接口的二次智能仪表，维护少、测量精度高，能实现远程测试和管理分析仪。但该仪表不具备大容量的数据存储功能，且组网方式不灵活、传输距离短、速率低。

申请号为94226645.5的专利申请公开了“工业智能微钠仪”。该实用新型实现了一种完全国产化，采用国产电极，不受环境、水位等影响的钠离子浓度检测。但该仪器不具备网络通信和数据大容量存储功能。

由此可见，上述现有的钠离子浓度检测仪在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决钠离子浓度检测仪存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的钠离子浓度检测仪存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的钠离子浓度在线分析记录仪，能够改进一般现有的钠离子浓度检测仪，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的钠离子浓度检测仪存在的缺陷，而提供一种新型结构的钠离子浓度在线分析记录仪，所要解决的技术问题是使其测量精度高、寿命长、稳定性好且具有无线网络通信功能和大容量数据存储功能的钠离子浓度在线分析记录仪，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种钠离子浓度在线分析记录仪，包括钠离子浓度测量控制终端和网络通信终端，所述测量控制终端通过串行通信与网络通信终端相联接，所述网络通信终端通过WiFi接入无线网络。

前述的钠离子浓度在线分析记录仪，其中，所述钠离子浓度测量控制终端，包括微控制器，以及与所述微控制器相联接的电极信号处理电路、温度测量电路、泵和阀的控制电路和报警控制电路。

前述的钠离子浓度在线分析记录仪，其中，所述测量控制终端的测量电路中采用高浓度的校准母液和零点水配置校准溶液。

前述的钠离子浓度在线分析记录仪，其中，所述测量控制终端和网络通信终端各有一个MCU的双核芯处理器结构。

前述的钠离子浓度在线分析记录仪，其中，所述网络通信终端在核芯处理中嵌入windowsCE嵌入式系统，并采用SQLCE嵌入式数据库对数据进行存储和分析。

前述的钠离子浓度在线分析记录仪，其中，所述网络通信终端在核芯处理器外接了WiFi模块。

前述的钠离子浓度在线分析记录仪，其中，所述钠离子浓度测量控制终端与触摸显示屏相联接。

借由上述技术方案，本发明钠离子浓度在线分析记录仪至少具有下列优点：

通过本发明钠离子浓度在线分析记录仪采集到的数据，所受干扰比较小，精度比较高，能够对溶液中钠离子的浓度进行精确测量，采用AJAX刷新技术，通过Web浏览器，可随时随地对钠离子浓度在线分析记录仪的工作状态，浓度、温度等信息进行实时监控。

综上所述，本发明特殊结构的钠离子浓度在线分析记录仪，测量精度高、寿命长、稳定性好且具有无线网络通信功能和大容量数据存储功能。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的钠离子浓度检测仪具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为钠离子浓度在线分析记录仪的化学分析流路结构图；

图2为钠离子浓度在线分析记录仪的测量控制终端结构图；

图3为钠离子浓度在线分析记录仪的总体结构图；

图4为钠离子测量电极信号处理电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的钠离子浓度在线分析记录仪其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2、图3、图4所示，本发明较佳实施例的钠离子浓度在线分析记录仪，包括钠离子浓度测量控制终端和网络通信终端，测量控制终端通过串行通信与网络通信终端相联接，网络通信终端通过WiFi接入无线网络，本发明的网络通信终端在核心处理器外接了WiFi模块，与远程计算机通信。该网络通信终端采用可以移植系统的嵌入式核芯处理器。并且在网络通信终端在核心处理中嵌入具有强大通信能力的Win32嵌入式Windows CE操作系统，并采用SQLCE嵌入式数据库对数据进行存储和分析，系统稳定高，实时性好，内存占用少，并且采用了友好的用户界面。通过使用SQLCE嵌入式数据库，实现对钠离子浓度、温度等数据的信息管理，并为Web服务提供相关数据。

本发明的钠离子浓度测量控制终端与触摸显示屏相联接，通过触摸显示屏可以控制钠离子浓度测量控制终端，实现友好的用户界面。钠离子浓度测量控制终端包括微控制器，以及与所述微控制器相联接的电极信号处理电路、温度测量电路、泵和阀的控制电路和报警控制电路。测量控制终端的测量电路中采用高浓度的校准母液和零点水配置校准溶液。为了实现钠离子浓度信息的采集、处理、发送和实时显示，需要实时、快速地处理数据，这对MCU的处理速度有了更高的要求。综合考虑，普通的单片机已经不能满足上述需求。因而，测量控制终端和网络通信终端各有一个MCU的双核心处理器结构。一部分是以单片机为核心处理器的测量控制终端，该部分是系统的数据采集与处理部分；另一部分是以嵌入式微处理器为核心的网络通信终端，该部分是系统的数据存储、管理、分析与显示部分。

本发明的钠离子浓度在线分析记录仪工作过程为，根据能斯特方程可知，由指示电极（钠离子选择性电极）、参比电极及待测溶液所构成的原电池，其电位的变化与待测溶液中的离子浓度(低含量范围)存在着对应关系，通过测量电位就可以得出钠离子的浓度。待测样水由流量调节阀24通过进水管23抽入溢流池9，并通过待测样水出水口25排入排污池26。校准母液试剂瓶1通过校准母液进液泵6与溢流池9相连，零点水试剂瓶2通过零点水进液泵7与溢流池9相连，溢流池9底部设有磁力搅拌器10。电解液试剂瓶4通过电解液进液泵21与参比电极16相连，重新激活溶液试剂瓶5通过重新激活溶液进液泵19与测量池13相连。溢流池9通过调节阀11与文丘里室12相连，碱性调节试剂瓶3与文丘里室12相连。文丘里室12中的溶液进入测量池13中进行测量，并通过排污阀22排污。测量池13内置指示电极14，参比电极16，温度传感器15，均与测量控制终端20相连。溢流池9主要用于保持待测样水的水位恒定，稳定调节阀内的样水压力，当液位检测器8检测到液体高于规定水位时通过溢流管17流入排污池26，清洗后通过排污泵18排入排污池26。本发明钠离子浓度在线分析记录仪中的所有的进液泵、调节阀、排污阀与排污泵都与测量控制终端相连。

如图1所示，本发明的化学分析流路工作状态主要包括润洗、电极激活、仪器校准和测量四部分，具体各个状态下的工作流程如下：

润洗：首先将溢流池9中的液体全部排空，然后将零点水试剂瓶2中的零点水抽入溢流池9，待零点水注满溢流池9时，溢流池9中的液位检测器8会发出一个开关信号告知测量控制终端溢流池9已注满。测量控制终端收到该信号后，控制相应的泵和阀动作，使零点水依次流过溢流池9和文丘里室12，对溢流池9和文丘里室12进行清洗。为防止一次润洗后仍有残余废液，上述过程一般重复进行三次。

电极激活：为防止电极钝化，每隔一段时间需要激活一次指示电极14。首先打开重新激活溶液进液泵19，向测量池13中抽入一定量的重新激活溶液5，然后关闭重新激活溶液进液泵19完成激活过程。

由于参比电极16的头部不断渗出电解液4来保持测量池13中的电势平衡，因此需要向参比电极16中一直不断地加入电解液4。首先打开参比电极16上部的电解液输入管，然后打开电解液进液泵21，向参比电极16中注入电解液4。

仪器校准：本发明具有手动校准和自动校准的功能。手动校准是使用钠离子浓度已知的校准溶液替代样水，人工手动将其注入溢流容器进行校准的过程。自动校准采用自动配备校准溶液、自动注入溢流容器的方式进行自动校准的过程。均可采用两点标定或多点标定。

测量：校准过程完成后开始测量。将待测样水注满溢流池9，测量控制终端收到液位检测器8发出的开关信号后，控制相应的阀动作，使样水流入文丘里室12。由于碱性调节试剂二异丙胺具有很强的挥发性，因而它会以气体的形式通过管道自动扩散流入文丘里室12，与待测样水充分混合，将待测样水的pH值调节至大于10.5。当测量池13中液体的液面超过指示电极14的玻璃泡，参比电极16和温度传感器15完全浸入待测样水后，进行测量。

待测量池13中原电池的输出电动势稳定后，测量控制终端对接收到的电极电位信号和温度信号进行信号处理、计算，得到电极电位值E和温度t，然后将得到的零点值E0、斜率值S以及电极电位值E代入能斯特方程，计算出待测样水中的钠离子浓度值。最后，测量控制终端将计算得到的结果传送给网络通信终端进行存储和显示，从而完成一个周期的测量。重复上述测量过程，达到钠离子浓度在线监测记录的目的。

如图2所示，测量控制终端以MSP430F149为核芯处理器，采用电源、时钟、复位模块给提供电源、时钟和复位支持。主要控制过程为：首先参比电极和指示电极间的电压信号经过电极信号处理电路处理；铂热电阻温度传感器感应的温度信号通过温度测量电路测量。然后核芯处理器进行数据采样，对采集到的数据进行处理，并通过串行通信接口发送给网络通信终端。其中液位检测电路用于检测液面是否达到指定高度，当液面高度高于指定高度或低于最低高度时，核芯处理器由报警控制发出报警信号。然后通过泵阀控制电路控制化学流路的正常运行。同时提供了JTAG接口，使调试方便。

如图3所示，钠离子浓度在线分析记录仪的总体结构图。其中测量控制终端通过串行接口与网络终端进行串行通信，网络终端以S3C2440A-YQ80为核芯处理器，由电源、时钟、复位模块提供必要的支持。同时，网络终端具有大小为64MBNand-Flash的存储空间，64MBSDRAM动态存储空间；触摸显示屏给用户提供了友好的操作界面；与之相连的JTAG接口，实现在线调试。数据处理完成后通过WiFi无线接口与远程监控系统进行通信，采用802.11b无线标准进行无线通信。

如图4所示，为钠离子测量电极信号处理电路。采用高输入阻抗的INA116精密放大仪器，供电电压为+5V和-5V。电极输出信号DR+和DR-分别接入INA116的差分输入端VIN+和VIN-，外接温度漂移小的电阻RG来调节INA116的增益。从Vo输出的信号经过27CL02运算放大器进行二次放大，调理过后的信号AD0接入单片机的A/D转换管脚，单片机内部控制片内A/D进行模、数转换。电路中R17与串联的R13、R14构成负反馈，与27CL02正端相连的R15、R16用于平衡前述负反馈。R15另一端的输入信号来自运算放大器LM358所在的放大电路。其中放大器“+”端与R11和R12相连，R11、R12用于调节输入的电压信号，“-”与输出端构成反馈电路。为了较好抑制噪声和共模干扰，在LM358的24V供电管脚旁接一个0.1uF的退偶电容C11。

上述如此结构构成的本发明钠离子浓度在线分析记录仪的技术创新，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：包括钠离子浓度测量控制终端和网络通信终端，所述测量控制终端通过串行通信与网络通信终端相联接，所述网络通信终端通过WiFi接入无线网络。

2.根据权利要求1所述钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：所述钠离子浓度测量控制终端，包括微控制器，以及与所述微控制器相联接的电极信号处理电路、温度测量电路、泵和阀的控制电路和报警控制电路。

3.根据权利要求1所述钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：所述测量控制终端的测量电路中采用高浓度的校准母液和零点水配置校准溶液。

4.根据权利要求1所述钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：所述测量控制终端和网络通信终端各有一个MCU的双核芯处理器结构。

5.根据权利要求1所述钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：所述网络通信终端在核心处理中嵌入windowsCE嵌入式系统，并采用SQLCE嵌入式数据库对数据进行存储和分析。

6.根据权利要求1所述钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：所述网络通信终端在核心处理器外接了WiFi模块。

7.根据权利要求1所述钠离子浓度在线分析记录仪，其特征在于：所述钠离子浓度测量控制终端与触摸显示屏相联接。