CN105651953A - 一种水中溶解氢测量仪校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水中溶解氢测量仪校准装置及其校准方法，该装置为计算机控制的水中溶解氢封闭水循环系统，包括有本底氢处理系统、除气系统、流量控制系统、标准氢发生系统与计算机控制系统。校准时开启水中溶解氢测量仪校准装置；启动三通阀在循环水路中接入被校溶解氢测量仪；去除循环水路中气体及溶解氢；在计算机控制系统中输入参数；校准氢传感器，读取本底氢；计算机控制系统计算出的标准氢；校准水中被校溶解氢测量仪。本发明依据的原理可靠，方法正确，可操作性强。首次实现了我国水中溶解氢测量仪的校准和不确定度评定，为水中溶解氢量值溯源的准确提供了可靠的技术保障。

Description

一种水中溶解氢测量仪校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及测量设备领域，具体是一种水中溶解氢测量仪校准装置及其校准方法。

背景技术

水中溶解氢量值的准确可靠，是防止锅炉、管路及其它动力设备腐蚀、监测腐蚀活性及发电机组氢泄露的关键，对电力锅炉、核电机组的安全经济运行有着重要的意义。目前，国内外水中溶解氢的测量方法均采用溶解氢测量仪测定法。虽然水中溶解氢测量仪操作简单、分辨率高、重复性好，而且可以安装在管路上对水中溶解氢进行在线测量、实时监控，提供迅速、持续的信号，但是，由于校准装置和校准方法，水中溶解氢测量仪的准确性、重复性等重要技术指标，没有相应的检测手段，无法保证及评价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量准确、可操作性强的水中溶解氢测量仪校准装置及其校准方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水中溶解氢测量仪校准装置，该装置为计算机控制的水中溶解氢封闭水循环系统，包括有本底氢处理系统、除气系统、流量控制系统、标准氢发生系统与计算机控制系统；本底氢处理系统包括纤维过滤器、活性炭过滤器、除氢树脂；本底氢处理系统的出水口D连接至除气系统的进水口A；除气系统包括有一进水口A、排气口和出水口A；出水口A由管路连通至数字伺服水泵，数字伺服水泵出口连接至转子流量计，排气口由管路连接至多级水封的入口A，多级水封的出口A通向大气；

标准氢发生系统包括不锈钢壳体、法拉第电极和恒流源；转子流量计的出口由管路连接至不锈钢壳体的进水口D，法拉第电极安装于不锈钢壳体的底部；法拉第电极与恒流源连接；不锈钢壳体上端出水口C连接至流通池的进水口B，流通池内安装有氢传感器，流通池的出水口B由管路连接第一三通阀的一个进水口C；第一三通阀的一端出口B由管路连接至被校溶解氢测量仪；第一三通阀的另一端出口C由管路与第二三通阀的入口B相连接，第二三通阀的一端出口D由管路与被校溶解氢测量仪相连，第二三通阀的另一端出口E由管路与循环泵相连接；循环泵连接至第三三通阀的一端入口F；第三三通阀另一端出口G接至本底氢处理系统的进水口E；第三三通阀的一端入口H连接补水泵，补水泵还通过管路连接纯水箱；本底氢处理系统的气路入口依次通过气体管路B、截止阀、气体管路A连接氢气发生器；

该计算机控制系统为一微处理机，且依次分别连接除气系统、视频位置监测系统、循环泵、数字伺服水泵、恒流源、补水泵、第三三通阀、第二三通阀、第一三通阀、氢传感器。

作为本发明进一步的方案：所述纤维过滤器、活性炭过滤器、除氢树脂依次连接。

所述水中溶解氢测量仪校准装置的校准方法，包括以下步骤：

1)开启水中溶解氢测量仪校准装置；

2)启动三通阀在循环水路中接入被校溶解氢测量仪；

3)去除循环水路中气体及溶解氢；

4)在计算机控制系统中输入参数；

5)校准氢传感器，读取本底氢；

6)计算机控制系统计算出的标准氢；

7)校准水中被校溶解氢测量仪。

作为本发明进一步的方案：输入的参数包括流量、电解电流、电解效率、法拉第电极数目。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明依据的原理可靠，方法正确，可操作性强。解决了校准装置中本底氢的确定、支持电解质的确定、法拉第电极的制作、水流量的控制、本底氢处理系统的研制及仪器电子电路设计、软件编写等多个技术关键。

2、本发明校准装置的量程范围为(0～10n)μg/L(n≥1)，装置各参数性能：本底氢低于0.1μg/L，流量不确定度小于2.9ml/min，本底氢不确定度小于0.17μg/L，恒流源电源不确定度小于0.01mA，电解水效率优于98％，测量不确定度小于0.86％。

3、本发明首次实现了我国水中溶解氢测量仪的校准和不确定度评定，量程范围(0～10n)μg/L(n≥1)，不确定度优于0.5μg/L(k＝2)，重复性小于0.1μg/L，为水中溶解氢量值溯源的准确提供了可靠的技术保障。

附图说明

图1为本发明的结构简图。

图2为本发明的各部件连接图。

图中：1-本底氢处理系统、2-除气系统、3-多级水封、4-流量控制系统、6-标准氢发生系统、9-流通池、10-氢传感器、11-第一三通阀、12-被校溶解氢测量仪、13-第二三通阀、14-循环泵、15-补水泵、16-截止阀、17-氢气发生器、18-纯水箱、19-第三三通阀、21-进水口A、22-排气口、23-出水口A、24-纤维过滤器、25-除氢树脂、26-活性炭过滤器、29-计算机控制系统、31-入口A、32-出口A、40-气体管路A、41-数字伺服水泵、42-转子流量计、43-视频位置监测系统、44-气体管路B、50-数据信号线A、51-数据信号线B、52-数据信号线C、53-数据信号线D、54-数据信号线E、55-数据信号线F、56-数据信号线G、57-数据信号线H、58-数据信号线I、59-数据信号线J、61-不锈钢壳体、62-法拉第电极A、63-法拉第电极B、64-法拉第电极C、65-恒流源、91-进水口B、92-出水口B、111-进水口C、112-出口B、113-出口C、131-入口B、132-出口D、133-出口E、191-入口F、192-入口H、193-出口G、241-进水口E、242-气路入口、611-进水口D、612-出水口C、2501-出水口D。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例中，如图1-2所示，为本发明的循环水路及计算机系统控制示意图和主要部件的联接简图。一种水中溶解氢测量仪校准装置，为计算机控制的水中溶解氢封闭水循环系统，包括有本底氢处理系统1、除气系统2、流量控制系统4、标准氢发生系统6及计算机控制系统29。

该本底氢处理系统1包括纤维过滤器24、活性炭过滤器26、除氢树脂25。纤维过滤器24、活性炭过滤器26、除氢树脂25依次连接，除氢树脂25的出水口D2501连接至除气系统2的进水口A21。

该除气系统2包括有一进水口A21、排气口22和出水口A23。除气系统2的进水口A21由管路与本底氢处理系统1的出水口D2501连接，出水口A23由管路连通至数字伺服水泵41，数字伺服水泵41出口连接至转子流量计42，转子流量计42还连接视频位置监测系统43，视频位置监测系统43监测转子流量计42的转子；排气口22由管路连接至多级水封3的入口A31，多级水封3的出口A32通向大气。

标准氢发生系统6包括不锈钢壳体61、法拉第电极A62、法拉第电极B63、法拉第电极C64和恒流源65。转子流量计42的出口由管路连接至不锈钢壳体61的进水口D611，法拉第电极A62、法拉第电极B63、法拉第电极C64安装于不锈钢壳体61的底部。法拉第电极A62、法拉第电极B63、法拉第电极C64均与恒流源65连接。不锈钢壳体61上端出水口C612连接至流通池9的进水口B91，流通池9内安装有氢传感器10，流通池9的出水口B92由管路接至第一三通阀11的一个进水口C111。第一三通阀11的一端出口B112由管路连接至被校溶解氢测量仪12；第一三通阀11的另一端出口C113由管路与第二三通阀13的入口B131相连接，第二三通阀13的一端出口D132由管路与被校溶解氢测量仪12相连，第二三通阀13的另一端出口E133由管路与循环泵14相连接；循环泵14连接至第三三通阀19的一端入口F191。第三三通阀19另一端出口G193接至本底氢处理系统1的进水口E241。

启动或关闭第一三通阀11和第二三通阀13可将被校溶解氢测量仪12短路或连通至装置的循环水路中。

第三三通阀19的一端入口H192连接补水泵15，补水泵15通过管路连接纯水箱18；启动第三三通阀19和补水泵15可将纯水箱18中的纯水泵入本底氢处理系统1。

本底氢处理系统1的气路入口242通过气体管路B44连接截止阀16，截止阀16的另一端通过气体管路A40连接氢气发生器17。打开截止阀16，可将氢气发生系统17中产生的氢气注入本底氢处理系统1。

该计算机控制系统29为一微处理机，具有控制、调节、信号采集及显示功能，通过数据信号线A50、数据信号线B51、数据信号线H57、数据信号线D53、数据信号线E54、数据信号线656、数据信号线C52、数据信号线158、数据信号线J59、数据信号线F55和软件实现对除气系统2、视频位置监测系统43、循环泵14、数字伺服水泵41、恒流源65、补水泵15、第三三通阀19、第二三通阀13、第一三通阀11的控制，以及读取氢传感器10的信号。

该水中溶解氢测量仪校准装置的校准方法：1)开启水中溶解氢测量仪校准装置；2)启动三通阀在循环水路中接入被校溶解氢测量仪12；3)去除循环水路中气体及溶解氢；4)在计算机控制系统29中输入流量、电解电流、电解效率、法拉第电极数目等参数；5)校准氢传感器10，读取本底氢；6)计算机控制系统29计算出的标准氢；7)校准水中被校溶解氢测量仪12。各参数性能：量程范围为(0～10n)μg/L(n≥1)。各参数性能：本底氢低于0.1μg/L；氢传感器10残余电流小于0.1μg/L；流量不确定度小于2.9ml/min；本底氢不确定度小于0.17μg/L；恒流源65电源不确定度小于0.01mA；电解水效率优于98％，测量不确定度小于0.86％。

该校准装置的量程范围(0～10n)μg/L(n≥1)，不确定度优于0.5μg/L(k＝2)，重复性小于0.1μg/L。

水中溶解氢测量仪校准装置中的水中标准氢应为；

c_s＝c₀+nc_p(1)

式中：c_s——水中标准溶解氢，μg/L；

c_o——本底氢，μg/L；

n——法拉第电极数目，n≥1；

c_p——水中标准氢增量，按公式(2)计算，μg/L。

$c_p=6\×{10}^7\×\frac{\mathrm{\η}\·I}{F\·q_v}---\left(2\right)$

式中，F——法拉第常数，96485.3383±0.0083C/mol；

η——电解水的电解效率；

I——电解电流，mA；

g_v——循环流量，ml/min。

本发明解决了对水中溶解氢测量仪的校准，首次评价了水中溶解氢校准的量值不确定度，为水中溶解氢测量仪测量结果的准确可靠提供了技术保障。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种水中溶解氢测量仪校准装置，该装置为计算机控制的水中溶解氢封闭水循环系统，其特征在于，包括有本底氢处理系统、除气系统、流量控制系统、标准氢发生系统与计算机控制系统；

本底氢处理系统包括纤维过滤器、活性炭过滤器、除氢树脂；本底氢处理系统的出水口D连接至除气系统的进水口A；

除气系统包括有一进水口A、排气口和出水口A；出水口A由管路连通至数字伺服水泵，数字伺服水泵出口连接至转子流量计，排气口由管路连接至多级水封的入口A，多级水封的出口A通向大气；

标准氢发生系统包括不锈钢壳体、法拉第电极和恒流源；转子流量计的出口由管路连接至不锈钢壳体的进水口D，法拉第电极安装于不锈钢壳体的底部；法拉第电极与恒流源连接；不锈钢壳体上端出水口C连接至流通池的进水口B，流通池内安装有氢传感器，流通池的出水口B由管路连接第一三通阀的一个进水口C；第一三通阀的一端出口B由管路连接至被校溶解氢测量仪；第一三通阀的另一端出口C由管路与第二三通阀的入口B相连接，第二三通阀的一端出口D由管路与被校溶解氢测量仪相连，第二三通阀的另一端出口E由管路与循环泵相连接；循环泵连接至第三三通阀的一端入口F；第三三通阀另一端出口G接至本底氢处理系统的进水口E；第三三通阀的一端入口H连接补水泵，补水泵还通过管路连接纯水箱；本底氢处理系统的气路入口依次通过气体管路B、截止阀、气体管路A连接氢气发生器；

该计算机控制系统为一微处理机，且依次分别连接除气系统、视频位置监测系统、循环泵、数字伺服水泵、恒流源、补水泵、第三三通阀、第二三通阀、第一三通阀、氢传感器。

2.根据权利要求1所述的水中溶解氢测量仪校准装置，其特征在于，所述纤维过滤器、活性炭过滤器、除氢树脂依次连接。

3.如权利要求1-2任一所述的水中溶解氢测量仪校准装置的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)开启水中溶解氢测量仪校准装置；

2)启动三通阀在循环水路中接入被校溶解氢测量仪；

3)去除循环水路中气体及溶解氢；

4)在计算机控制系统中输入参数；

5)校准氢传感器，读取本底氢；

6)计算机控制系统计算出的标准氢；

7)校准水中被校溶解氢测量仪。

4.根据权利要求3所述的水中溶解氢测量仪校准装置的校准方法，其特征在于，输入的参数包括流量、电解电流、电解效率、法拉第电极数目。