CN107305193B - 微量溶解氧仪在线校准和测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，包括微量溶解氧仪、微量氧测量单元、零位校准单元、量程校准单元和数据处理单元，其中微量氧测量单元包括稳流稳压自清洗过滤器、测氧支管和第二阀门，零位校准单元包括除氧液容器、除氧支管和第一阀门，量程校准单元包括导电剂容器、增氧支管和第三阀门。测氧支管、除氧支管和增氧支管之间设有连通管和汇流管。系统通过控制三个阀门依次实施零位校准、量程校准和在线测量。本发明还提供了微量溶解氧仪在线校准和测量的方法。其优点在于：可以在线校准零位、在线校准量程、准确测量水中含氧量值，为热力设备水系统除氧提供可靠数据。系统结构一体化，体积仅为实验室装置的9％，适合现场安装，使用非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及监测系统，特别涉及一种微量溶解氧仪在线校准和测量系统及方法。
背景技术
通常，热力设备运行中的腐蚀主要由水中的溶解氧引起，水中的溶氧是酸腐蚀碱腐蚀持续进行的主要因素。为了控制热力设备的腐蚀，需要将水中的溶解氧含量控制在一定的范围内。国家“GB1576-85低压锅炉水质标准”明确规定：蒸汽锅炉≥2吨/时，热水锅炉必须尽量除氧或采取必要的防腐措施。
目前，除氧的依据是由微量溶解氧仪提供数据。由中国计量科学研究院提供的被校准的微量溶解氧仪的原始数据见表1，而热力电厂在不同压力下凝结水与给水的溶氧限值监测指标见表2。
表1 系统本底氧：1.4μg/L被校溶解氧仪空气校准
表2 热力电厂不同压力下凝结水与给水溶氧限值监测指标μg/L
| 锅炉压力MPa | 3.8～5.8 | 5.9～12.6 | 12.7～15.6 | 15.7～18.3 | 18.4～25* |
| 凝结水 | ≤50 | ≤50 | ≤40 | ≤30 | ≤20 |
| 给水 | ≤15 | ≤7 | ≤7 | ≤7 | ≤7 |
目前国内外微量溶解氧仪校准的方法是采用空气或人工比色，没有相应的在线检测手段，因而这些装置不是计量表，而是趋势表。由于微量溶解氧仪没有在线的校准手段，无法对表1指标进行确认。现有技术中，只能采用空气校准对被校溶解氧仪的表2中指标进行检测后，再送到中国计量科学研究院实验室微量溶解氧仪校准系统进行校准。
热力电厂除氧根据表2提供参数除氧，药剂投加量的依据是给水中溶解氧含量μg/L值投加除氧剂，既要保护热力设备不被腐蚀，又要保证除氧剂准确的投放量。由于溶解氧测量的正误差，给一台热力设备带来直接经济损失一年就几十万。溶解氧测量的负误差，给热力设备带来经济损失就是几百万以上，严重的腐蚀会引起锅炉穿孔造成大型事故。
有鉴于此，为了给热力水系统提供除氧的依据，准确测量水中的含氧量值，提供可靠准确的投加除氧剂的依据，研制开发在线微量溶解氧仪校准/测量系统至关重要，需要一种在线产品解决此问题，而经中国计量科学研究院查询，国内、外迄今尚未出现有该产品。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种可以在线校准零位、在线校准量程、准确测量水中的含氧量值，系统结构一体化，体积小，适合现场安装，使用方便的微量溶解氧仪在线校准和测量系统。
为达到上述目的，本发明提供的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，包括微量溶解氧仪和数据处理单元，微量溶解氧仪包括法拉第电解池、极谱型氧传感器、温度补偿装置和流量计，极谱型氧传感器与温度补偿装置和数据处理单元分别电相连，电解恒流源与法拉第电解池电相连，还包括微量氧测量单元、零位校准单元、量程校准单元、被校准水的连通管和汇流管，其中：
微量氧测量单元包括稳流稳压自清洗过滤器、测氧支管和第二阀门，稳流稳压自清洗过滤器设有被校准样品水的进水管和排污管，稳流稳压自清洗过滤器下部经测氧支管与汇流管相通，第二阀门安装在测氧支管上；
零位校准单元包括除氧液容器、除氧支管和第一阀门，除氧液容器上端设有密封盖，除氧液容器下部经除氧支管与汇流管相通，第一阀门安装在除氧支管上；
量程校准单元包括导电剂容器、增氧支管和第三阀门，导电剂容器上端设有密封盖，导电剂容器下部经增氧支管与汇流管相通，第三阀门安装在增氧支管上；
第二阀门前端的测氧支管、第一阀门前端的除氧支管和第三阀门前端的增氧支管之间经由连通管相通；
法拉第电解池连通极谱型氧传感器的下端而成为一体，汇流管与法拉第电解池的进水口相通，极谱型氧传感器的出水口与流量计的进水口相通，流量计的出水口接人工取样瓶；
极谱型氧传感器的阳极为阿基米德螺旋线型，其导电面积最小为144cm2，阴极为半球形，其导电面积最小为1.57cm2；
数据处理单元包括主控芯片，主控芯片采集极谱型氧传感器的微量溶解氧测量数据，以及温度补偿装置的温量数据，并分别输出24V/0-10mA电解恒流源和0.475V稳压电源，0.475V稳压电源与极谱型氧传感器电相连，电解恒流源与法拉第电解池电相连；
系统通过控制第一阀门、第二阀门和第三阀门依次实施在线零位校准、在线量程校准和在线测量。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述稳流稳压自清洗过滤器包括污水筒、纯水筒、过滤网和纯水管，纯水筒位于污水筒的内腔中，过滤网位于纯水筒的内腔中，上端装有防冲刷帽，纯水管位于过滤网的内腔中，进水管与纯水筒的内腔相通，排污管与污水筒的内腔相通，纯水管依次穿过过滤网的底部、纯水筒的底部和污水筒的底部与测氧支管相通。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述除氧液容器底部设有固液分隔网，固液分隔网上方内腔充有除氧剂，固液分隔网下方设有内环流管，内环流管位于除氧支管的内腔中，内环流管上端与固液分隔网相连接，内环流管下端与第一阀门相通。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述导电剂容器底部设有另一固液分隔网，另一固液分隔网上方内腔充有导电剂，另一固液分隔网下方设有另一内环流管，另一内环流管位于增氧支管的内腔中，另一内环流管上端与另一固液分隔网相连接，内环流管下端与第三阀门相通。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述数据处理单元包括与主控芯片输入端依次相连的I/V变换器、档位切换器、增益放大器、低通滤波器和A/D采集器，以及与主控芯片输出端依次相连的D/A变换器、阻抗变换器和0.475V稳压电源，0.475V稳压电源接至极谱型氧传感器。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述法拉第电解池的上部与极谱型氧传感器的下部相互连通，法拉第电解池的上端设有倒喇叭形开口，倒喇叭形开口与极谱型氧传感器的膜托座下部开口相抵。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述微量溶解氧仪设有显示屏，显示屏安装在微量溶解氧仪的上部并与主控芯片电相连。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其中所述稳流稳压自清洗过滤器、除氧液容器、导电剂容器、测氧支管、除氧支管和增氧支管、内环流管、另一内环流管、连通管和汇流管均采用不锈钢制成。
为达到前述目的，本发明提供了一种微量溶解氧仪在线校准和测量系统的校准和测量方法，该方法设置微量溶解氧仪、微量氧测量单元、零位校准单元、量程校准单元和数据处理单元，该方法包括如下步骤：
1)导入样品水：关闭第一阀门，关闭第三阀门，打开第二阀门，调节水流量为250mL/min，接通显示屏，等待溶氧量值不再发生变化时，开始零位校准；
2)零位校准：关闭第二阀门，关闭第三阀门，打开第一阀门，等待显示屏显示的数值为0μg/L时，开始量程校准；
3)按照凝结水与给水溶氧限值监测指标进行量程校准：关闭第一阀门，关闭第二阀门，打开第三阀门，调节水流量为250mL/min，给水溶氧限值监测指标≤7μg/L时，在被测水中增加标准氧依次为：2μg/L、4μg/L、6μg/L、8μg/L、10μg/L、……、200μg/L，如果显示屏显示水中的溶解氧增值不符合7μg/L的范围指标，则进行微量溶氧仪灵敏度调节，然后重复进行量程校准；如果显示屏显示水中的溶解氧增值符合7μg/L的范围指标，则进入测量；
4)测量：关闭第三阀门、关闭第一阀门、打开第二阀门，进行溶解氧值的测量和显示。
本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统及方法的优点和积极效果在于：可以在线校准零位、在线校准量程、在线准确测量水中的含氧量值，为热力设备水系统除氧提供可靠的数据，解决了在线监测微量溶解氧的问题，并可以为在线提供可靠准确的投加除氧剂值。本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统可以作为在线溶氧仪表的一级标准。系统结构新颖一体化，校准方法独特，体积小，仅为实验室装置的9％，适合现场安装，使用非常方便。
下面结合实施例详细描述本发明提供的微量溶解氧仪在线校准和测量系统及方法的技术方案。
附图说明
图1是本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统的方框图；
图2是本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统的结构示意图；
图3是微量氧测量单元、零位校准单元和量程校准单元的连接示意图；
图4是微量氧测量单元的结构示意图；
图5是零位校准单元的结构示意图；
图6是量程校准单元的结构示意图；
图7是法拉第电解池与极谱型氧传感器连通为一体的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提供的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，包括微量溶解氧仪10、微量氧测量单元200、零位校准单元100、量程校准单元300和数据处理单元900，结合参照图2和图3，还包括连通管T和汇流管U，其中：
微量氧测量单元200包括稳流稳压自清洗过滤器201、测氧支管X2和第二阀门102。稳流稳压自清洗过滤器201设有被校准样品水的进水管202和排污管203，稳流稳压自清洗过滤器201下部经测氧支管X2与汇流管U相通，第二阀门102安装在测氧支管X2上。
结合参照图4，稳流稳压自清洗过滤器201包括污水筒218、纯水筒217、过滤网216和纯水管215。
纯水筒217位于污水筒218的内腔中，过滤网216位于纯水筒217的内腔中，过滤网216上端装有防冲刷帽214，纯水管215位于过滤网216的内腔中，进水管202与纯水筒217的内腔相通，排污管203与污水筒218的内腔相通，纯水管215依次穿过过滤网216的底部、纯水筒217的底部和污水筒218的底部与测氧支管X2相通。
零位校准单元包括除氧液容器Q1、除氧支管X1和第一阀门101。除氧液容器Q1上端设有密封盖G1，除氧液容器Q1下部经除氧支管(X1)与汇流管U相通，第一阀门101安装在除氧支管X1上。
结合参照图5，除氧液容器Q1底部设有固液分隔网114，固液分隔网114上方内腔充有除氧剂113，固液分隔网114下方设有内环流管115，内环流管115位于除氧支管X1的内腔中，内环流管115上端与固液分隔网114相连接，内环流管115下端与第一阀门101相通。
量程校准单元包括导电剂容器Q2、增氧支管X3和第三阀门103。导电剂容器Q2上端设有密封盖G2，导电剂容器Q2下部经增氧支管X3与汇流管U相通，第三阀门103安装在增氧支管X3上。
结合参照图6，除氧液容器Q2底部设有另一固液分隔网328，另一固液分隔网328上方内腔充有导电剂327，另一固液分隔网328下方设有另一内环流管329，另一内环流管329位于增氧支管X3的内腔中，另一内环流管329上端与另一固液分隔网328相连接，另一内环流管329下端与第三阀门103相通。
第二阀门102前端的测氧支管X2、第一阀门101前端的除氧支管X1和第三阀门103前端的增氧支管X3之间经由连通管T相通。
在本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统中，稳流稳压自清洗过滤器201、除氧液容器Q1、导电剂容器Q2、除氧支管X1、测氧支管X2、增氧支管X3、内环流管115、另一内环流管329、连通管T和汇流管U均采用不锈钢制成。
微量溶解氧仪10包括法拉第电解池400、极谱型氧传感器500和流量计600。
结合参照图7，改变了传统的实验室设备的分体式，法拉第电解池400连通在极谱型氧传感器500的下端而成为一体，体积为实验室的9％，以适合现场安装。法拉第电解池400的上部与极谱型氧传感器500的下部相互连通，法拉第电解池400的上端设有倒喇叭形开口401，倒喇叭形开口401与极谱型氧传感器500的膜托座501下部开口相抵。汇流管U与法拉第电解池400的进水口相通，极谱型氧传感器500的出水口与流量计600的进水口相通，流量计600的出水口接人工取样瓶。
极谱型氧传感器500的阳极为阿基米德螺旋线型，其导电面积最小为144cm2，阴极为半球形，其导电面积最小为1.57cm2。导电面积144cm2/1.57cm2＝91.7，灵敏度比实验室提高了50倍。
极谱型氧传感器500与温度补偿装置和数据处理单元900分别电相连。结合参照图2，数据处理单元900包括主控芯片以及与主控芯片输入端依次相连的I/V变换器、档位切换器、增益放大器、低通滤波器和A/D采集器，以及与主控芯片输出端依次相连的D/A变换器、阻抗变换器和0.475V稳压电源。
主控芯片采集极谱型氧传感器500的微量溶解氧测量数据，以及温度补偿装置的温量数据，并分别输出24V/0-10mA电解恒流源800和0.475V稳压电源，电解恒流源800与法拉第电解池400电相连，0.475V稳压电源与极谱型氧传感器500电相连。微量溶解氧仪10设有显示屏700，显示屏700安装在微量溶解氧仪10的上部并与主控芯片电相连。
下面说明本发明微量溶解氧仪在线校准和测量系统的使用和工作过程。
系统通过控制第一阀门101、第二阀门102和第三阀门103依次实施零位校准、量程校准和在线测量。
1)导入样品水：关闭第一阀门101，关闭第三阀门103，打开第二阀门102，调节水流量为250mL/min，接通显示屏，等待溶氧量值不再发生变化时，开始零位校准；
2)零位校准：关闭第二阀门102，关闭第三阀门103，打开第一阀门101，等待显示屏显示的数值为0μg/L时，开始量程校准；
3)按照凝结水与给水溶氧限值监测指标进行量程校准：关闭第一阀门101，关闭第二阀门102，打开第三阀门103，调节水流量为250mL/min，给水溶氧限值监测指标≤7μg/L时，在被测水中增加标准氧依次为：2μg/L、4μg/L、6μg/L、8μg/L、10μg/L、……、200μg/L，如果显示屏显示水中的溶解氧增值不符合7μg/L的范围指标，则进行微量溶氧仪灵敏度调节，然后重复进行量程校准；如果显示屏显示水中的溶解氧增值符合7μg/L的范围指标，则进入测量；
4)测量：关闭第三阀门103、关闭第一阀门101、打开第二阀门102，进行溶解氧值的测量和显示。
在这一过程中，微量溶解氧仪在线校准和测量系统为除氧工序提供可靠的准确的投加除氧剂的依据，既保护了热力设备不被腐蚀，又保证除氧剂准确的投放量。热力除氧可以达到表一提供的除氧参数要求。
综上所述，本发明提供的采用上述微量溶解氧仪在线校准和测量系统的校准和测量方法，包括如下步骤：
1)导入样品水：关闭第一阀门101，关闭第三阀门103，打开第二阀门102，调节水流量为250mL/min，接通显示屏，等待溶氧量值不再发生变化时，开始零位校准；
2)零位校准：关闭第二阀门102，关闭第三阀门103，打开第一阀门101，等待显示屏显示的数值为0μg/L时，开始量程校准；
3)按照凝结水与给水溶氧限值监测指标进行量程校准：关闭第一阀门101，关闭第二阀门102，打开第三阀门103，调节水流量为250mL/min，给水溶氧限值监测指标≤7μg/L时，在被测水中增加标准氧依次为：2μg/L、4μg/L、6μg/L、8μg/L、10μg/L、……、200μg/L，如果显示屏显示水中的溶解氧增值不符合7μg/L的范围指标，则进行微量溶氧仪灵敏度调节，然后重复进行量程校准；如果显示屏显示水中的溶解氧增值符合7μg/L的范围指标，则进入测量；
4)测量：关闭第三阀门103、关闭第一阀门101、打开第二阀门102，进行溶解氧值的测量和显示。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (9)
1.一种微量溶解氧仪在线校准和测量系统，包括微量溶解氧仪(10)和数据处理单元(900)，所述微量溶解氧仪(10)包括法拉第电解池(400)、极谱型氧传感器(500)、温度补偿装置和流量计(600)，所述极谱型氧传感器(500)与所述温度补偿装置和数据处理单元(900)分别电相连；
其特征在于：还包括微量氧测量单元(200)、零位校准单元(100)、量程校准单元(300)、被校准水的连通管(T)和汇流管(U)，其中：
所述微量氧测量单元(200)包括稳流稳压自清洗过滤器(201)、测氧支管(X2)和第二阀门(102)，所述稳流稳压自清洗过滤器(201)设有被校准样品水的进水管(202)和排污管(203)，所述稳流稳压自清洗过滤器(201)下部经所述测氧支管(X2)与所述汇流管(U)相通，所述第二阀门(201)安装在所述测氧支管(X2)上；
所述零位校准单元(100)包括除氧液容器(Q1)、除氧支管(X1)和第一阀门(101)，所述除氧液容器(Q1)上端设有密封盖(G1)，所述除氧液容器(Q1)下部经所述除氧支管(X1)与所述汇流管(U)相通，所述第一阀门(101)安装在所述除氧支管(X1)上；
所述量程校准单元(300)包括导电剂容器(Q2)、增氧支管(X3)和第三阀门(103)，所述导电剂容器(Q2)上端设有密封盖(G2)，所述导电剂容器(Q2)下部经所述增氧支管(X3)与所述汇流管(U)相通，所述第三阀门(103)安装在增氧支管(X3)上；
所述第二阀门(102)前端的所述测氧支管(X2)、所述第一阀门(101)前端的除氧支管(X1)和所述第三阀门(103)前端的增氧支管(X3)之间经由所述连通管(T)相通；
所述法拉第电解池(400)连通在所述极谱型氧传感器(500)的下端而成为一体，所述汇流管(U)与所述法拉第电解池(400)的进水口相通，所述极谱型氧传感器(500)的出水口与所述流量计(600)的进水口相通，所述流量计(600)的出水口接人工取样瓶；
所述极谱型氧传感器(500)的阳极为阿基米德螺旋线型，其导电面积最小为144cm2，阴极为半球形，其导电面积最小为1.57cm2；
所述数据处理单元(900)包括主控芯片，所述主控芯片采集所述极谱型氧传感器(500)的微量溶解氧测量数据，以及所述温度补偿装置的温量数据，并分别输出24V/0-10mA电解恒流源(800)和0.475V稳压电源，所述电解恒流源(800)与所述法拉第电解池(400)电相连，所述0.475V稳压电源与所述极谱型氧传感器(500)电相连；
系统通过控制所述第一阀门(101)、第二阀门(102)和第三阀门(103)依次实施零位校准、量程校准和在线测量。
2.根据权利要求1所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述稳流稳压自清洗过滤器(201)包括污水筒(218)、纯水筒(217)、过滤网(216)和纯水管(215)，所述纯水筒(217)位于所述污水筒(218)的内腔中，所述过滤网(216)位于所述纯水筒(217)的内腔中，所述过滤网(216)上端装有防冲刷帽(214)，所述纯水管(215)位于所述过滤网(216)的内腔中，所述进水管(202)与所述纯水筒(217)的内腔相通，所述排污管(203)与所述污水筒(218)的内腔相通，所述纯水管(215)依次穿过所述过滤网(216)的底部、所述纯水筒(217)的底部和污水筒(218)的底部与所述测氧支管(X2)相通。
3.根据权利要求2所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述除氧液容器(Q1)底部设有固液分隔网(114)，固液分隔网(114)上方内腔充有除氧剂(113)，所述固液分隔网(114)下方设有内环流管(115)，所述内环流管(115)位于所述除氧支管(X1)的内腔中，所述内环流管(115)上端与所述固液分隔网(114)相连接，所述内环流管(115)下端与所述第一阀门(101)相通。
4.根据权利要求3所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述导电剂容器(Q2)底部设有另一固液分隔网(328)，所述另一固液分隔网(328)上方内腔充有导电剂(327)，所述另一固液分隔网(328)下方设有所述另一内环流管(329)，所述另一内环流管(329)位于所述增氧支管(X3)的内腔中，所述另一内环流管(329)上端与所述另一固液分隔网(328)相连接，所述内环流管(329)下端与所述第三阀门(103)相通。
5.根据权利要求4所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述数据处理单元(900)包括与所述主控芯片输入端依次相连的I/V变换器、档位切换器、增益放大器、低通滤波器和A/D采集器，以及与所述主控芯片输出端依次相连的D/A变换器、阻抗变换器和0.475V稳压电源，所述0.475V稳压电源接至所述极谱型氧传感器(500)。
6.根据权利要求5所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述法拉第电解池(400)的上部与所述极谱型氧传感器(500)的下部相互连通，所述法拉第电解池(400)的上端设有倒喇叭形开口(401)，所述倒喇叭形开口(401)与所述极谱型氧传感器(500)的膜托座(501)下部开口相抵。
7.根据权利要求6所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述微量溶解氧仪(10)设有显示屏(700)，所述显示屏(700)安装在所述微量溶解氧仪(10)的上部并与所述主控芯片电相连。
8.根据权利要求7所述的微量溶解氧仪在线校准和测量系统，其特征在于：其中所述稳流稳压自清洗过滤器(201)、除氧液容器(Q1)、导电剂容器(Q2)、除氧支管(X1)、测氧支管(X2)和增氧支管(X3)、内环流管(115)、另一内环流管(329)、连通管(T)和汇流管(U)均采用不锈钢制成。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述微量溶解氧仪在线校准和测量系统的校准和测量方法，其特征在于：该方法设置微量溶解氧仪(10)、微量氧测量单元(200)、零位校准单元(100)、量程校准单元(300)和数据处理单元(900)，该方法包括如下步骤：
1)导入样品水：关闭第一阀门(101)，关闭第三阀门(103)，打开第二阀门(102)，调节水流量为250mL/min，接通显示屏，等待溶氧量值不再发生变化时，开始零位校准；
2)零位校准：关闭第二阀门(102)，关闭第三阀门(103)，打开第一阀门(101)，等待显示屏显示的数值为0μg/L时，开始量程校准；
3)按照凝结水与给水溶氧限值监测指标进行量程校准：关闭第一阀门(101)，关闭第二阀门(102)，打开第三阀门(103)，调节水流量为250mL/min，给水溶氧限值监测指标≤7μg/L时，在被测水中增加标准氧依次为：2μg/L、4μg/L、6μg/L、8μg/L、10μg/L、……、200μg/L，如果显示屏显示水中的溶解氧增值不符合7μg/L的范围指标，则进行微量溶氧仪灵敏度调节，然后重复进行量程校准；如果显示屏显示水中的溶解氧增值符合7μg/L的范围指标，则进入测量；
4)测量：关闭第三阀门(103)、关闭第一阀门(101)、打开第二阀门(102)，进行溶解氧值的测量和显示。
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