CN1088193C - 利用伏安测量传感器控制水处理剂给料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于控制溶液的化学处理的方法，包括下列步骤：将处理剂注入该溶液，在一伏安传感器的一反向电极和一工作电极上施加一外部电压，该两电极浸入该溶液；测量流经工作电极的电流；将测得的电流转换成表示溶液中处理剂浓度的一反馈信号；并利用该反馈信号来控制注入处理剂的速率。

Description

利用伏安测量传感器控制水处理剂给料的方法和装置

本发明涉及水处理剂的给料控制。更具体地，本发明涉及利用伏安电流的测量作为一控制器的反馈信号来提供水和废水处理中加入化学试剂的开关或配料控制。

有多种化学试剂可加到工业处理、锅炉和冷却水中来作为杀菌剂、防腐剂、除垢剂等等。同样，化学试剂也可加到废水中，用于相同目的的废水处理或作为净化剂，例如重金属沉淀剂、絮凝剂等等。

有几个理由要控制水系统中这些成份的含量。加入太多的处理剂(过装料)是浪费的并且降低处理过程的费效比。过装料能引起排出的水中出现不可接受的高水处理剂含量，这反过来会带来环境影响的问题并且会干扰生物废物处理设备的操作。这样，过装料能使工业设备超出其允许的废水排放量。

另外，若以太低的速率装入处理剂，即欠装料，将引起该处理过程无效。在使用杀菌剂的情况下，可能没有足够的化学试剂来控制微生物的生长。在对于所谓“重”金属使用沉淀剂的废水处理情况下，这些金属是指那些有毒的过渡金属，若将其排放到河流、湖泊或其他自然水资源中会危害环境，欠装料沉淀剂将会使要排放的重金属达到有毒的含量。这样，欠装料也能使工业设备超出其允许的废水排放量。因此，不能控制水处理剂的含量对环境有明显的危害。

两种用于控制水处理剂给料的技术已被提出。在第一种控制技术中，在检测到一微小过量之前一直添加处理剂，然后一旦检测到过量，就尽快停止化学试剂的添加以使过装料最小。理想情况下，将不会使用过量处理剂。这一技术与滴定法相似。使用这种技术的一个例子是利用二甲基二硫代氨基甲酸钠来沉淀废水流中的铅(Pb++)或铜(Cu++)。由于不需要明显过量水平的二甲基二硫代氨基甲酸根离子来保证全部清除废水中这些金属，所以，应采用金属-二硫代氨基甲酸反应的理想配比所要求的准确处理剂的量。由于不必了解水中过量处理剂的实际含量，用于检测处理剂的方法就不需非常精确或准确并且不需很宽的线性范围。然而，为了使过装料最小，响应时间必须非常快；并且为了对于很小的过量处理剂的含量给出可检测的响应，其方法应足够灵敏。

在提出的第二种控制技术中，在水中的化学试剂达到一定浓度之前，一直添加水处理剂，并且添加附加化学试剂以保持这一浓度。例如，使用这种技术的一个例子是在造纸机器中给白水(whitewater)以添加杀菌剂。需要一定含量的杀菌剂通常为100ppm(或更少)来抑制微生物的生长，并且需要在一定限度内保持这种含量。如果杀菌剂含量下降太低，微生物的数量可能增至干扰造纸机器的操作的水平。另一方面，如果杀菌剂含量太高，使用过量的化学试剂将浪费财力；会引起造纸过程中(诸如褪色)的问题；并且在造纸厂排放的废水中会出现化学试剂，这样能引发废水排放问题。采用测量水中处理剂含量的方法必须足够精确以准确确定处理剂含量是否在所需范围中。并且响应时间和灵敏度也是很重要的，这两个特性对此情况不象如上述滴定型控制技术的情况那么关键。对灵敏度仅要求足够高，能准确判断出化合物达到所选择的使用含量。一旦在系统中建立了所需的处理剂含量，含量的变化将相对较慢并且不再需要快速响应，这种快速响应是上一个所述处理方法中停止添加处理剂所需要的。本专利的一个重要目的是设计用于能执行这两种控制过程的控制设备和技术。

如图1所示，诸如从废水中沉淀重金属的水处理过程的控制需要三个基本装置：

1、需要一化学试剂给料装置102，其可电控制速度(装料速率)。该给料装置一般是一个泵，用于从例如处理剂储料箱104导入液体处理剂，但采用含有一变速马达的螺旋给料装置来导入固体处理剂。

2、需要一传感器106和相关电子器件108，用于检测系统中或系统所需的处理剂的量。传感器106将产生一个送给一控制器的反馈信号。

3、需要一控制器108，用于(a)将来自传感器106的反馈信号和相应所需处理剂含量的信号进行比较以及(b)调整化学试剂给料装置102的速度以便使在水中检测到的处理剂含量对应于所需含量。

为了维持对使用的水处理剂的含量的控制必须以某种形式提供这三种装置。理所当然，若没有反馈，就不能获得有效控制。在一些情况中，可用人来执行一个或一个以上这些装置的功能。例如，在可能的最简单的结构下，可用人来取水样，进行化学分析(传感器的功能)，计算和称量所需处理剂的量(控制器的功能)和人工添加处理剂(化学试剂给料装置的功能)。然而，对于许多操作最好自动执行这些功能。在许多场合中自动控制比人工控制花费少，并且设计恰当的自控系统应能够比人工操作员更精确更可靠地控制处理剂的含量。为此目的采用的自动控制器将采用开/关或比例/积分/微商(PID)控制算法并且许多厂商如美国明尼苏达州Minneapolis市Honeywell公司的和麻省Ashland市的Fenwal公司可提供它们。本发明的主要目的是通过采用伏安测量传感器来提供所需的反馈信号使自动控制可行。

可以使用两种控制方法来为控制器产生一个反馈信号。二者中第一种方法是，传感器106直接响应水中具有的处理剂的浓度并产生一个直接与处理剂浓度成正比的反馈信号。换句话说，反馈信号随处理剂的含量的增加而增加。这种应用的一个例子是采用戊二酸醛或二硫代氨基甲酸盐来控制水中微生物增长的应用。一适当的传感器106会直接响应水中的杀菌剂的含量。

第二种方法是，传感器106可响应于水中的处理剂与之有反应趋势的一种物质而不是响应于处理剂的含量。在这种方法中，传感器106将产生一个与处理剂含量成反比的反馈信号。换句话说，反馈信号随处理剂的含量的增加而减小。这种应用的一个例子是采用二甲基二硫代氨基甲酸钠来沉淀废水流中一些特殊的重金属。在一个包含非常有限几种金属的系统中，有可能采用阳极剥离伏安测量法对每一种金属提供一个反馈信号。美国麻省Watertown市的Ionics公司提供用于这种测量的在线装置。

有些情况下将需要在系统中使用直接与处理剂含量成正比的反馈信号。这种情况的一个例子是如上述的维持一给定杀菌剂含量的情况。另一个例子是采用二甲基二硫代氨基甲酸盐来从废水流中沉淀不同金属离子的情况。在此情况下，不需要确定废水中每种金属离子的含量来调节添加的二硫代氨基甲酸盐的剂量；仅需要在废水中建立和维持过量二硫代氨基甲酸盐的预定含量。如果在废水中有足够的过量二硫代氨基甲酸盐的含量，则可假设所有溶解的“重”金属已经被沉淀。确定水中的二硫代氨基甲酸盐浓度将比确定水中的所有重金属含量要简单的多。

另一方面，有些特定的情况要求采用间接与系统中处理剂含量相关的一反馈信号。对于涉及清除废水中有毒物质的情况，由于反馈信号不仅控制处理剂的给料而且提供对废水流中有毒物质含量的直接的、可记录的测量结果，所以此技术正是所希望的。记录这些测量结果可用于颁发设备废水排放许可的合格证或不合格证。例如，采用二甲基二硫代氨基甲酸钠来沉淀重金属的废水处理设备的排放许可对可在最终流出水中的二甲基二硫代氨基甲酸根离子的含量的有一限制。直接响应于废水流中过量二甲基二硫代氨基甲酸根离子含量的的传感器106可用来产生一反馈信号以控制亚铁离子溶液的供给，该溶液与二硫代氨基甲酸根离子反应并沉淀过量的二硫代氨基甲酸根离子。一个二硫代氨基甲酸根离子含量的检测记录，即反馈信号，将证实从废水中已足量清除二硫代氨基甲酸根离子。可是，并不是所有的必须从流出废水中清除的有毒物质都能用在线分析方法方便地确定。本发明的另一个重要目的是提供一种方法，用于产生反馈信号用来直接或间接地控制水处理剂的供给和用于颁发废水排放许可的合格证。

为产生一有效的反馈信号，传感器106必须执行一处理的水或废水流的定量分析来控制所需的处理剂含量。许多常规实验室技术已自动化，从而可用于在线测试。用于比色分析的在线设备由美国科罗拉多州Loveland市的Hach公司提供。同样，用于浊度分析的在线设备已在美国专利第4 923 599号中被描述。

电化学测量适合作为产生反馈信号的基础有几个原因：

(1)水和废水处理使用的许多化学试剂可采用电化学技术来确定。

(2)用于电化学测量的设备比用于在线比色测量或色谱(HPLC)测量的设备便宜。

(3)电化学传感器相当简单并且一般耐用可靠。与需要泵来保持处理水或废水流的一部分流经光学单元的在线比色测量和色谱测量不同，而电化学传感器不需要有故障可能性高的移动部分。

(4)电化学传感器比需要时间和人力来作大量拆卸和清洗的比色计或色谱仪容易维护。这一特性的重要的原因是由于它们暴露在处理水或废水流中，特别是高含量的悬浮固体之中，将很快损坏任何测试仪器的表面。若为可触及电化学传感器，电极维护仅需简单的手工擦抹。不可触及的传感器需要不同的清洗技术。

一种建议的进行电化学测量的技术包括电势测量技术，它涉及当一电极浸入溶液时测量在其表面产生的电压。对照一比较电极，例如银/氯化银(Ag/AgCl)电偶或一饱和氯化亚汞电极(SCE)测量该电压。这种技术采用的电压测量设备引入的流经电极的电流应尽可能的小以便电极电势不被测量改变。换句话说，必须采用一非常高阻抗的测量电路。在理想的电势测量中，无论什么情况都应该没有电流流过电极。实际上，常用的电压测量电路被设计为仅经电极引入一小于一个微微安(lpA或10^-12安)。采用目前可提供的伏安计放大器，例如由麻省Norwood市的Analog Devices公司生产的AD549L放大器可获得在低毫微微(fA或10^-15安)范围内的最大输入电流。

然而，采用电势测量在控制系统中产生一反馈信号并没有提供令人满意的结果。首先，在电势测量过程中测量的电压与被测量的物质的浓度的对数直接成正比。这种对数关系要求复杂的电子设备来获得测得浓度的显示，例如，％、ppm等。因此，这种在电势测量中获得的对数关系降低了测定浓度的精度和分辨力，并且这一限制降低了可控浓度含量的准确度。换句话说，控制系统可能不能检测和响应水中处理剂浓度的变化除非这些变化特大，即变化2-3或更多倍。

另外，电势测量的响应时间很慢，特别是在包含很低分析物浓度的溶液中使用的离子选择电极。这种响应时间的量级可以是几分钟，并且这样的慢响应时间下的反馈信号可能不会给控制器足够的时间来响应系统中的浓度变化，特别是流经型设计。当这一传感器已响应一需要处理剂的突然变化时，对于控制系统要调整化学试剂给料装置的供给速度来在水流中保持足够的处理剂含量来说，可能就太慢了。在传感器响应需要处理剂的变化的过程中，排放的废水将没有被充分处理或将含有大大过量的处理剂。在这两种情况下，设备的排放量可能超过允许量。

另外，电势测量要求的极高阻抗测量电路的性能可被水分或化学污染严重劣化，这一现象在工业环境中是很普遍的。

最后，例如氧化-还原(ORP)测定的混合电势测量是受几个因素影响的净结果，诸如pH值和存在氧化剂或还原剂。没有办法来辨明或分析影响测得电势的不同成份。

因此，本发明的目的是使控制系统明显克服了由相关技术的不足和限制而引起的上述一个或多个的问题。

为了实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，正如这里实施和全面描述的，本发明包括在待处理溶液内的一参考电极和工作电极上施加一外部电压；测量流经工作电极的电流；将测得电流转换为与处理溶液中处理剂的含量成正比的电压，并且放大此经转换的电压以产生一反馈信号。

另一方面，本发明包括在待处理溶液中的反电极和工作电极之间施加一所需的在参考电极和工作电极之间测得的外部电压；利用工作电极来测量流经溶液的电流；将测得电流转换为与处理溶液中处理剂的含量成正比的电压；并且放大此经转换的电压以产生一反馈信号。

要明白前述一般描述和随后的详细描述是举例性的和解释性的并且是为了对本发明作进一步解释。

以下的附图构成为说明书的一部分，示出本发明的几个实施例，与其文字描述一起用于解释本发明的目的、优点和原理，其中

图1是化学试剂给料系统的方框图。

图2是根据本发明的第一实施例构成的双电极伏安测量系统的电路图。

图3是根据本发明的第二实施例构成的DC稳压器的电路图。

图4是根据本发明的第三实施例构成的电极清洗电路的电路图。

图5是根据本发明的第四实施例构成的氧化-还原电极清洗电路的电路图。

图6是根据本发明第五实施例构成的差分DC稳压器的电路图。

在一个用于控制水处理剂给料的系统中，可通过采用伏安测量技术的电化学测量来确定反馈量，这种技术包括在溶液中的两个电极上施加一电压并测量两个电极之间流动的电流。在其上发生所需氧化和还原的电极称作工作电极，并且该电极表面上外加的电势(电压)是相对用来作电势测量的同种参考电极测量的。在一个涉及采用二甲基二硫代氨基甲酸根离子来从废水中沉淀金属离子的例子中，在对Ag/AgCl电极外加+300毫伏电势下的工作电极上，二甲基二硫代氨基甲酸根离子被氧化。工作电极测量流经该溶液的电流，来作为直接与水中的二硫代氨基甲酸根离子的含量成正比的这种氧化反应的结果，并因此可以被放大来作为一反馈信号以控制给该系统泵入二硫代氨基甲酸根离子。同样，通过调节所加电压，一与醛类、诸如甲醛、戊二酸醛或能在废水处理中释放任何一种这些化合物的化合物的浓度成正比的电流就可以测得。此电流可被转换成电压并被放大来作为一反馈信号以控制供给醛类给该系统的泵。

然而，在有些情况下，在如上述伏安测量技术中采用的直流(DC)测量设备会产生一不稳定的信号，使得在系统中测试和建立处理剂的规定含量很困难。测量信号的不稳定特性是由于取样溶液经过工作电极表面的运动引起的。该运动可能是由于温度对流和用机械搅动器对被处理水的混和而引起的。要处理的水中如粘土泥浆的悬浮固体的高含量的存在给这两种控制技术增添额外的复杂性，原因是悬浮固体将阻止处理剂分子扩散到电极表面，这将导致测量信号随时间的衰变。

这两种问题可采用计时安培分析技术来减轻，在此技术中，外加电压是一脉冲串，而不是稳定的DC电压。在脉冲之间，外加电压维持在一电平上，在此电平下很少或没有处理剂的氧化或还原，因而测得的电解池电流小得可忽略。但是，在这些脉冲期间，外加电压变化到一使处理剂氧化或还原的电平。在外加电压脉冲施加下测得的电流开始很高并迅速衰减到一稳定状态水平。随时间衰变的信号成份是非感应充电电流和正被测量的处理剂浓度的函数的感应电流信号之和。在施加电压脉冲后的任一给定时间下，感应电流信号将直接与水中处理剂的浓度成正比。非感应充电电流衰减很快(对于一暴露面积不大于几个平方毫米的电极大约为几个毫秒)，所以在开始施加脉冲之后等待几个毫秒再测量电解池电流就可以忽略它。电解池电流应在开始施加电压脉冲之后的特定时间处测量，而此时测得的电流信号必须被存储，直到在下一个电压脉冲被更新为止。需要准确的定时电路来产生电压脉冲和控制存储电压脉冲之间的电解池电流的测量结果的取样并保持电路。

一用于在控制系统中产生反馈信号的双电极电路的优选实施例如图2所示。运算放大器U1，如Analog Devices公司的AD549，被用作电流到电压转换器，给其经电阻器R3提供负反馈信号。在放大器U1的输出端出现的电压将等于R3乘以由与端子10相连的工作电极测得的电流。由于在小伏安测量电解池中测得的电流可以是毫微安量级或更小，要求采用小输入电流(最好小于一个微微安)的运算放大器。加至工作电极的电压参照地，即参考电极与之相连的端子12测量，并且加至放大器U1的脚2。由于放大器U1在负反馈下工作，在脚2和3(分别为反相和正相输入端)上的电压将彼此相等并且由电压跟随器U2如Analog Device公司的AD707的输出决定其大小。电阻器R4，R5，R6形成一分压器用于选择输入电压并因此选择电压跟随器U2的输出电压。电阻器R7限制流入电压跟随器U2的正相输入端的电流。

变阻器R1和R8分别用于清零放大器U1和电压跟随器U2的输入偏置电压。电阻器R2和R9分别限制流经放大器U1和电压跟随器U2的输入偏置调节电路。电容器C1，C2，C3和C4用于防止电源噪声和振荡。

图2的双电极电路是为一控制系统在端子J1产生有效反馈信号的简单电路。

当电流流经与端子12相连的参考电极时，将发生一氧化或还原反应，这将改变参考电极的化学成份。取决于电极的设计这种变化将改变参考电极上电势，相对参考电极测量加至工作电极的电压。因此，加至工作电极上的电压将随流经电解池的电流而漂移，并且这一外加电压的漂移能改变测得的电解池电流。这样一来能给电解池电流的测量结果引入误差，进而给反馈信号引入误差。

另外，当电流流经电极间的取样溶液时，将造成电极间与电解电流成正比的一电压降。根据欧姆定律，该电压降将等于溶液的电阻乘以电解池电流值。显然，该电压降将降低加在工作电极上的电压，并且这一下降程度将取决于电解池电流的幅度。如上所述，外加电压的误差将转变为电解池电流的误差，并且，其结果是，在送给化学试剂给料设备控制器的反馈信号中将出现误差。

在第二实施例中，图3所示的三电极电路用于在控制系统中产生反馈信号。在该测试电路(也称稳压器)中，在一反电极和工作电极之间施加一外部电压，如图3中浸入溶液中所示。该外部电压可自动调节以使工作电极表面上的电势相对参考电极电压来测量等于一所需值。测量流经工作电极的电流并称为电解池电流。如上所述，电解池电流直接与在工作电极表面上正被氧化或还原的物质的浓度成正比。工作电极表面上电势的测量利用了一高阻抗电压测量电路以使允许一微安(10^-6安培)或更小的电流流经参考电极。当不需要利用电势测量中采用的电路的极高输入阻抗时，输入阻抗仍高得足以防止参考电极化学成份的显著变化并使经过溶液的电压降可忽略。这些外加电压受控精度上的提高将增加测量电路复杂性。

如图3示出的电路将经高阻抗电压跟随器U2缓冲的参考和工作电极的电势差与所需外加电压进行比较并调节加至连接在端子J1的反电极的电压，以便所需外加电压加至与端子J3相连的工作电极和参考电极之间。工作电极对于参考电极的电势通过将经电阻器R3提供的所需外加电压加到参考电极的电势上，而从所需外加电压中扣除，参考电极的电势是相对工作电极测量的，保持为地电势，并经电阻器R4提供。在U1的反相输入端的这一差信号与经电阻器R5与地相连的正相输入端的电势比较，并且所得误差信号被U1的开环增益放大以提供合适的电压给反电极。所需外加电压的幅度由分压器R1和R2决定，并且其极性由开关S1选择。需要电容器C3来防止运算放大器U1的振荡，这是由于该放大器没有反馈环路。

变阻器(trimpot)R6，R7和R9分别用于清零放大器U1，U2和U3的输入偏置电压。电阻器R10和R11分别限制流经放大器U3和U1的输入偏置调整电路的电流。电容器C1，C2，C4，C5，C6和C7用于防止电源噪声和振荡。

水处理或废水处理系统中的伏安测量可采用上述的双电极或三电极技术。工作和反电极应采用化学惰性、导电材料制造。反向电极的表面积应远大于工作电极的表面积以便电解池电流明显地受限于工作电极上的反应而非反电极上的反应。常用铂，金或一些形式的碳如玻璃化碳黑或热解石墨。镍或石墨棒可用作反电极。如二硫代氨基甲酸盐的包含还原形式的硫的有机化合物的伏安测定应作成利用碳电极作为工作电极，原因是这些化合物常常与金属电极起反应并包住金属电极的表面。

在本发明的第三实施例中，第一和第二实施例电路中金属或碳工作电极可用电解法在原位置上清洗。可用于清洗这些电极的电路的实例如图4所示。在该电路中，一定时器T1在测量电路和清洗电路之间切换测试电极，清洗电路将在清洗过程中迫使大约150毫安电流流经工作和反向电极。与端子14连接的工作电极为阳极，并且水的氧化产生氧气泡会煮掉其表面的沉积物，因而有效地清除该表面。

图4示出的电路用于在测量电路和将在电极表面电解水的恒流源之间切换伏安测量电解池的工作电极和反电极(与端子16连接)。用来切换电极的继电器必须具有特别大隔离电阻(10¹²-10¹⁵欧姆或更大)来防止来自恒流源的杂散泄漏电流流进测量电路和引起误差。当继电器K5断开时，继电器K1和K4分别将反电极和工作电极连接至测量电路，而当继电器K5接通时，继电器K2和K3分别将反电极和工作电极连接至用于清洗的恒流源。在清洗期间，继电器K5的线圈由如具有可变占空系数和周期两者特性的间隔定时器的Omron H5L-A之类的定时器T1接通。晶体管Q1和电阻器R1和R2构成恒流源来迫使几百毫安电流流经电极以产生所需清洗作用。

在本发明的第四实施例中，也提供了一个相似电路，以清洗用于氧化-还原(ORP)测量的电极。该电路的一实例如图5所示。在此应用下，用于在测量和清洗电路之间切换电极的继电器K1-K4必须具有非常高的隔离电阻(最小10¹²欧姆)。这种类型的继电器由美国罗得岛Providence的Coto Wabash公司提供。由于在许多ORP监视器和控制器中的参考电极接地，利用一继电器来在清洗过程中断开参考电极以防止有害电流流经它是很重要的。

图5所示电路用于在高阻抗测量电路和将在电极表面电解水的恒流源之间切换电势测量电解池中的氧化-还原电势电极(与端子18相连)和参考电极(与端子20相连)。用于切换电极的继电器K1-K4必须具有非常高的隔离电阻(10¹¹-10¹²欧姆或更大)来防止来自恒流源的杂散泄漏电流流入测量电路和引入误差。同样，电极信号路径不应布置在印刷电路板表面但应在安置在PTFE(聚四氟乙烯)支脚上的触点上点对点地布线。当继电器K5断开时，继电器K1和K4分别将参考和ORP电极连接至测量电路。而当继电器K5接通时，继电器K2和K3分别将反电极和ORP电极连接至用于清洗的恒流源，继电器K5的线圈在由为具有可变占空系数和周期两者特性的间隔定时器的定时器T1决定的清洗过程中接通。晶体管Q1和电阻器R1和R2构成恒流源来迫使几百毫安电流流经电极以进行所需清洗功能。

然而常常有可能通过调节外加电压使伏安测量中的干扰最小以便干扰物质不被氧化或还原，通过在注入水处理剂之前测量本底信号并从加入处理剂后获得的信号中减去本底信号可进一步降低本底干扰。在连续流动的系统中，从一组位于处理箱入口的一组伏安测量电极上获得本底信号，并且位于处理箱出口的第二组伏安测量电极可用于测量因本底和注入的处理剂而引起的整个信号。这两个信号的差值直接与所需处理剂含量成正比，并且这一差值信号可用作反馈信号来控制处理剂添加的速率。采用一差分测量放大器如麻省Nowood的Analog Device公司制造的AD524来获得此差值信号。图6示出了一可用于产生一本底-校准的伏安测量值，该测量值可用作控制器的反馈信号。在该电路中，有两个三电极稳压器，一个位于处理箱入口并且另一个位于出口，而这些稳压器的电流到电压转换器的输出馈给差分仪表放大器，从其上的输出，反过来作为一反馈信号。在许多情况下，该反馈信号必须被转换成4-20毫安的信号以便传送给控制器，而该转换可采用Analog Device公司的AD694集成电路来实现。这种电路可通过添加(1)在端子J7的一串外加电压脉冲，经R21加到入口电极，经R24加到出口电极和(2)在电流-电压转换器(放大器U3和U6的脚6)和测量放大器的+和-输入端(放大器U7的脚1和2)之间的采样并保持电路来修改，以用于计时安培测量。这些采样并保持电路可采用Analog Device公司的AD7569集成电路来实现。采样并保持电路的读/保持控制信号与外加电压脉冲串同步。外加电压脉冲串的占空系数被保持足够低以使电极表面的溶液在电压脉冲之间再平衡。

图6示出的电路用于测定处理剂添加前和添加后在处理和废水流中测量的伏安测量信号之间的差。测量信号的差的产生完全是由于处理剂存在而引起的，并且将忽略因在处理剂添加前存在的干扰物质引入的信号。

对于入口处或处理剂注入处的上游侧的伏安测量电解池，经高阻抗电压跟随器U2缓冲的连接在端子J2的参考电极和连接在端子J3的工作电极之间的电势差与所需外加电压比较，并调节加至连接在端子J1的反电极的电压，以便所需外加电压加到与端子J3相连的工作电极和与端子J2相连的参考电极上。工作电极和参考电极的电势通过把电阻器R3提供的所需外加电压加到端子J2上参考电极的电势上被从外加电压中扣除，参考电极的电势是对比工作电极测量的，保持为零电势，并经电阻器R4提供。在U1的反相输入端的这一差信号与经电阻器R5与地相连的正相输入端的电势比较，并且所得误差信号被U1的开环增益放大以提供合适的电压给端J1的反电极。所需外加电压的幅度由分压器R1和R2决定，并且其极性由开关S1选择。需要电容器C3来防止运算放大器U1的振荡，这是由于该放大器没有反馈环路。

对于出口或处理剂注入处下游侧的伏安测量电解池，经高阻抗电压跟随器U5缓冲的连接在端子J5的参考电极和连接在端子J6的工作电极之间的电势差与所需外加电压比较，并调节加至连接在端子J4的反电极的电压，以便所需外加电压加到与端子J6相连的工作电极和与端子J5相连的参考电极上。工作电极和参考电极的电势通过把经电阻器R18提供的所需外加电压加到端子J5上参考电极的电势上被从外加电压中扣除，参考电极的电势是对比工作电极测量的，保持为零电平，并经电阻器R17提供。在U4的反相输入端的这一差信号与经电阻器R23与地相连的正相输入端的电势比较，并且所得误差信号被U4的开环增益放大以提供合适的电压给端子J4的反电极。需要电容器C16来防止运算放大器U4的振荡，这是由于该放大器没有反馈环路。

对于输入和输出伏安测量电解池的电流到电压转换器(分别为放大器U3和U6)之间的输出信号的差由单位增益测量放大器U7决定，并且该放大器的端子J8的输出电压可用作控制器的反馈信号。

变阻器R6，R7和R9分别用于清零放大器U1，U2和U3的输入偏置电压，并且变阻器R19，R22和R12分别用于清零放大器U4，U5和U6的输入偏置电压。电阻器R10和R11分别限制流经放大器U3和U1的输入偏置调整电路的电流。电阻器R13和R20分别限制流经放大器U6和U4的输入偏置调整电路的电流。变阻器R15和R16分别用于清零仪表放大器U7的偏置电压。电容器C1-C2和C4-C15用于防止电源噪声和振荡。

熟悉本技术的人员应清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明可进行各种修改和变动。因此，本发明覆盖此发明的这些修改和变型，只要它们在所附权利要求和它们等效物的范围内。

Claims (20)

1、一种用于控制溶液的化学处理的方法，包括以下步骤：

(a)将处理剂注入该溶液以获得处理剂和该溶液的混合物；

(b)在一伏安测量传感器的一参考电极和一工作电极上施加一外部电压，该两电极浸入该混合物并与该混合物接触；

(c)测量流经该工作电极的一电流；

(d)将测得的电流转换成表示混合物中物质浓度的一反馈信号；以及

(e)利用该反馈信号来控制步骤(a)中处理剂的添加速率。

2、如权利要求1所述的方法，其中利用反馈信号的步骤(e)中的步骤将该反馈信号与一参考信号比较以产生一控制信号来控制步骤(a)中添加处理剂的速率。

3、如权利要求1所述的方法，其中电压施加步骤(b)中施加一直流电压。

4、如权利要求1所述的方法，其中电压施加步骤(b)中施加一电压脉冲串。

5、如权利要求4所述的方法，其中电流测量步骤(c)中在施加该脉冲串的一电压脉冲后测量电流，以允许非感应充电。

6、如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

(f)给该工作电极输入一足够从电极上清除沉积物的电流。

7、如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在处理剂注入该溶液之前测量一本底信号；以及

在处理剂注入该溶液之后从反馈信号中扣除本底信号。

8、一种用于控制要给溶液添加的处理剂的量的装置，包括：

将处理剂注入该溶液以获得处理剂和该溶液的混合物的装置；

一伏安测量传感器包括：

一参考电极，

一工作电极，

在参考电极和工作电极上施加一外部电压的装置，该两电极浸入该混合物并与该混合物接触；

测量流经该工作电极的电流的装置；

将测得的电流转换成表示该混合物中物质的浓度的反馈信号的装置；以及

用于将该反馈信号施加给装料装置，因而来控制注入处理剂的速率的装置。

9、如权利要求8所述的装置，还包括将该反馈信号与一参考信号比较以产生一控制信号给该装料装置来控制给该溶液注入处理剂的速率。

10、如权利要求8所述的装置，还包括：用于给该工作电极加上一足够从该工作电极上清除沉积物的电流的装置。

11、如权利要求8所述的装置，还包括：

在处理剂注入该溶液之前测量本底信号的装置；以及

在处理剂注入该溶液之后从反馈信号中扣除本底信号的装置。

12、一种用于控制溶液的化学处理的方法，包括以下步骤：

(a)将处理剂注入该溶液以获得处理剂和该溶液的混合物；

(b)在一伏安测量传感器的反向电极和工作电极上施加一外部电压，该两电极浸入该混合物并与该混合物接触；

(c)在该伏安测量传感器的参考电极和工作电极之间以一所需电压电平保持一电压；

(d)测量流经工作电极的电流；

(e)将测得的电流转换成表示混合物中物质浓度的反馈信号；以及

(f)利用该反馈信号来控制步骤(a)中注入处理剂的速率。

13、如权利要求12所述的方法，其中电压施加步骤(b)中施加一直流电压。

14、如权利要求12所述的方法，其中电压施加步骤(b)中施加一电压脉冲串。

15、如权利要求14所述的方法，其中电流测量步骤(b)中在施加该脉冲串的一电压脉冲后测量电流以允许非感应充电电流衰减。

16、如权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：

(g)给该工作电极加上一足够从电极上清除沉积物的电流。

17、如权利要求12的方法，还包括以下步骤：

在处理剂注入该溶液之前测量一本底信号；以及

在处理剂注入该溶液之后从反馈信号中扣除该本底信号。

18、一种用于在一系统中产生反馈信号来控制要给溶液添加的处理剂的量的装置，包括：

将一处理剂注入该溶液以获得处理剂和该溶液的混合物的装置；

一伏安传感器，包括：

一参考电极，

一工作电极，

一反电极，

在反电极和工作电极上施加一外部电压的装置，该两电极浸入该混合物并与该混合物接触；

在该伏安测量传感器的参考电极和工作电极之间以一所需电压保持一电压的装置；

测量流经该工作电极的电流的装置；

将测得的电流转换成表示该混合物中物质的浓度的反馈信号的装置；以及

用于利用该反馈信号来控制在该溶液中注入处理剂的速率的装置。

19、如权利要求18所述的装置，还包括用于给该工作电极加上一足够从该工作电极上清除沉积物的电流的装置。

20、如权利要求18所述的方法，还包括：

在处理剂注入该溶液之前测量一本底信号的装置；以及

在处理剂注入该溶液之后从反馈信号中扣除该本底信号的装置。

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