CN115078274A - 用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置，该方法包括以下步骤：测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿；建立配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数数据库，将参数整合到数组中；将整合后的数组中的数据，基于MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿；将待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。该方法在高温、强酸、放射性的环境中有效完成铀‑硝酸溶液配制过程中铀浓度和硝酸浓度的实时分析。
Description
技术领域
本发明属于核燃料后处理技术领域，具体涉及一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置。
背景技术
核燃料后处理工艺过程需要进行大量的硝酸和铀溶液的配制，配制过程中需要对硝酸浓度和铀浓度进行快速的分析，从而确定是否达到工艺要求。目前后处理厂主要通过人工取样分析的方式进行铀浓度和酸浓度分析，具有分析时间长且人员受辐射剂量大的缺点。
国内外关于铀浓度和硝酸浓度的分析有多种方法，目前普遍使用γ吸收法用于铀浓度的在线测量，无极电导法用于硝酸浓度的在线测量。例如公告号为CN105115993A的中国发明专利，公开了“溶液中铀浓度在线测量装置”，公告号为CN108872323A的中国发明专利，公开了“一种电磁式硝酸浓度在线分析仪”。
这些装置都是用于天然铀和硝酸的浓度分析，而专用于后处理工艺中铀溶解槽内铀浓度和硝酸浓度实时分析的装置，目前还未见报道。其原因主要是：后处理工艺中的铀溶解槽与传统化工工艺溶解槽区别较大，铀溶解槽内溶液放射性强，腐蚀性高，温度变化范围大，影响测量结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中铀-硝酸溶液配制过程中分析过程繁琐、分析结果滞后的问题，提供一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置，在高温、强酸、放射性的环境中有效完成铀-硝酸溶液配制过程中铀浓度和硝酸浓度的实时分析。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，包括以下步骤：
测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率；
建立配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中；
将整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿；
将待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
优选的是，拟合的曲面方程为：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY (1)；
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2- 34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+3.606Y4 (2)，
其中，X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U 为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。
优选的是，拟合的曲面方程的相关系数的范围为0.99～1。
优选的是，待测铀酸溶液中含铀的基团为铀酰基团。
优选的是，所述温度补偿所采用的公式为：
其中，ρ为电导率，t为温度，β1为第一温度系数，β2为第二温度系数，ρT为补偿温度下的电导率，T为补偿温度。
优选的是，待测铀酸溶液的铀浓度为30g/L～350g/L，酸中氢离子浓度为0.1mol/L～6mol/L，温度为0～80℃，环境湿度为20％～80％。
本发明提供一种上述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，包括：
检测模块，用于测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将配制铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块，检测模块还用于测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块，将待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块；
温度补偿模块，用于对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给数据整合模块，温度补偿模块还用于对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给计算模块；
数据整合模块，用于将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数建立数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中，并发送给拟合模块；
拟合模块，用于将数据整合模块整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于 MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
计算模块，用于将检测模块得到的待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
优选的是，所述检测模块包括：
第一检测模块，用于分别测量配制铀酸溶液的吸光度、待测铀酸溶液的吸光度，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块；
第二检测模块，用于分别测量配制铀酸溶液的电导率、待测铀酸溶液的电导率，将配制铀酸溶液的电导率、待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块。
优选的是，拟合的曲面方程为：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY (1)；
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2- 34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+3.606Y4 (2)，
其中，X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U 为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。
优选的是，所述温度补偿所采用的公式为：
其中，ρ为电导率，t为温度，β1为第一温度系数，β2为第二温度系数，ρT为补偿温度下的电导率，T为补偿温度。
本发明中的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置的有益效果如下：
(1)该方法可直接用于后处理工艺铀溶解槽内铀浓度、酸浓度的实时监测，该方法无需取样分析且可保持长期稳定性和可靠性；
(2)装置克服了温度、铀酸混合体系对铀浓度和酸浓度测量结果的影响；
(3)与单一测量方法测定溶液中的铀浓度和酸浓度相比，该装置的误差更小，得到的酸浓度和铀浓度数据更准确。
附图说明
图1是本发明实施例2中的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法的流程图；
图2是本发明实施例2中的分析装置的结构框图；
图3是本发明实施例2中的分析装置的结构示意图；
图4是本发明实施例2中的铀浓度探头的结构示意图；
图5是本发明实施例2中的酸浓度探头的结构示意图。
图中：1-铀浓度探头；2-酸浓度探头；3-酸信号变送器；4-铀信号变送器；5-控制面板；6-安装法兰；7-连接线缆；8-放射源； 9-铅罐；10-待测溶液；11-观测通道；12-准直孔；13-光电倍增管； 14-碘化钠晶体；15-检测电路；16-接线端子；17-励磁线圈；18-检测线圈；19-温度探测器；20-聚偏四氟乙烯外壳；21-测量中心内孔； 22-信号引出线；23-不锈钢支撑连接管；24-铀浓度探头接入口；25- 酸浓度探头接入口；26-M12固定螺栓；27-铅屏蔽层；28-铀溶解槽。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1
本实施例提供一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，包括以下步骤：
测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率；
建立配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中；
将整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿；
将待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
本实施例提供一种上述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，包括：
检测模块，用于测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将配制铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块，检测模块还用于测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块，将待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块；
温度补偿模块，用于对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给数据整合模块，温度补偿模块还用于对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给计算模块；
数据整合模块，用于将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数建立数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中，并发送给拟合模块；
拟合模块，用于将数据整合模块整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于 MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
计算模块，用于将检测模块得到的待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
本实施例中的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置的有益效果如下：
(1)该方法可直接用于后处理工艺铀溶解槽内铀浓度、酸浓度的实时监测，该方法无需取样分析且可保持长期稳定性和可靠性；
(2)装置克服了温度、铀酸混合体系对铀浓度和酸浓度测量结果的影响；
(3)与单一测量方法测定溶液中的铀浓度和酸浓度相比，该装置的误差更小，得到的酸浓度和铀浓度数据更准确。
实施例2
如图1所示，本实施例提供一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，包括以下步骤：
S201测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率；
S202建立配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中；
S203将整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
S204测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿；
S205将待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
优选的是，拟合的曲面方程为：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY (1)；
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2- 34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+3.606Y4 (2)，
其中，X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U 为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。
优选的是，拟合的曲面方程的相关系数的范围为0.99～1。
优选的是，待测铀酸溶液中含铀的基团为铀酰基团。
具体的，本实施例中待测铀酸溶液的酸为硝酸。本实施例中的铀酸溶液中含有硝酸铀酰。当然，待测铀酸溶液可能含有氟离子，氯离子，铁离子，镅离子，铬离子杂质。
优选的是，所述温度补偿所采用的公式为：
其中，ρ为电导率，t为温度，β1为第一温度系数，β2为第二温度系数，ρT为补偿温度下的电导率，T为补偿温度。
优选的是，待测铀酸溶液的铀浓度为30g/L～350g/L，酸中氢离子浓度为0.1mol/L～6mol/L。
如图2、3本实施例提供一种上述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，包括：
检测模块，用于测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将配制铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块，检测模块还用于测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块，将待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块；
温度补偿模块，用于对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给数据整合模块，温度补偿模块还用于对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给计算模块；
数据整合模块，用于将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数建立数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中，并发送给拟合模块；
拟合模块，用于将数据整合模块整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于 MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
计算模块，用于将检测模块得到的待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
优选的是，所述检测模块包括：
第一检测模块，用于分别测量配制铀酸溶液的吸光度、待测铀酸溶液的吸光度，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块；
第二检测模块，用于分别测量配制铀酸溶液的电导率、待测铀酸溶液的电导率，将配制铀酸溶液的电导率、待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块。
优选的是，拟合的曲面方程为：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY (1)；
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2- 34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+3.606Y4 (2)，
其中，X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U 为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。
具体的，本实施例中的第一检测模块包括酸浓度探头2、与酸浓度探头2连接的酸信号变送器3，酸浓度探头2通过酸信号变送器3 将信号发送给数据整合模块。第二检测模块包括铀浓度探头1、与铀浓度探头1连接的铀信号变送器4，铀浓度探头1通过铀信号变送器4 将信号发送给数据整合模块。本实施例中的分析装置为U-HNO3实时监测仪，其还包括：控制面板5、安装法兰6、连接线缆7及其他支撑固定部件。
该装置与铀溶解槽28接口连接简单，铀浓度探头1、酸浓度探头 2和安装法兰6采用一体化结合设计，安装法兰6为DN150的法兰，安装法兰6上设置有铀浓度探头接入口24、酸浓度探头接入口25，安装法兰6通过M12固定螺栓26固定，通过DN150的法兰即可完成铀浓度探头1、酸浓度探头2与铀溶解槽28的安装；线缆与控制面板5 连接，线缆还分别连接酸信号变送器3、铀信号变送器4，线缆为耐辐照线缆，通过耐辐照线缆将测量信号传输至绿区房间内的控制面板5，保证操作人员承受最少的辐射剂量，同时控制面板5具有信号远传和超限报警功能。
如图4所示，该装置的铀浓度探头1采用立式布置，铀浓度探头 1包括放射源8、探测器、铅罐9，铅罐9设置于放射源8外，待测溶液10放置于放射源8与探测器之间，盛放待测溶液10的容器外壳设置有铅屏蔽层27，铅罐9上开设有观测通道11，在放射源8与探测器之间设置有准直孔12用于观测，准直孔12穿过观测通道11。放射源 8为30mCi的241Am源，探测器为碘化钠晶体探测器，盛放待测溶液 10的容器与准直孔12、碘化钠晶体14连接处无铅屏蔽层，碘化钠晶体探测器包括光电倍增管13、设置于光电倍增管13检测端的碘化钠晶体14、与光电倍增管13连接的检测电路15、与检测电路15连接的接线端子16，放射源8外为4mm铅罐9保证屏蔽要求，探头支撑部分为孔式结构，探头尺寸为Φ65，放射源8顶端采用锥形设计，保证探头良好的流动性。
如图5所示，该装置的酸浓度探头2采用电磁式传感器探头，酸浓度探头2包括电导率测量线圈、与电导率测量线圈连接的电导率测量线圈温度敏感元件，电导率测量线圈与温度敏感元件一体化设计，保证探头的小型化与灵敏性。酸浓度探头2尺寸为Φ60，探头的测量中心内孔21厚度为40mm,且设计为竖直方向，可有效防止被测溶液中固体物堆积堵塞测量中心内孔21而影响其正常测量功能。铀浓度探头1和酸浓度探头2的外壳均为聚偏氟乙烯(PVDF)材料，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、耐高温、抗辐射性、易密封测量关键零部件、抗结垢和良好的抗老化能力。
优选的是，所述温度补偿所采用的公式为：
其中，ρ为电导率，t为温度，β1为第一温度系数，β2为第二温度系数，ρT为补偿温度下的电导率，T为补偿温度。
具体的，本实施例中的装置测量铀酸溶液的吸光度是基于γ射线吸收法，测量铀酸溶液的电导率是基于无极电导法。无极电导法：由于被测铀酸溶液中硝酸浓度较高，溶液电导率较大，溶液电导率测量采用电磁式传感器探头，它是利用电磁感应的方法来测量溶液电导，因感应元件不直接与被测溶液直接接触称为无极电导法。
本实施例中的装置采用γ射线吸收法和电导法结合设计，通过测量不同浓度的配制铀酸溶液的电导率和γ射线透过强度，建立电导率、吸光度与配制铀酸溶液中铀浓度、硝酸浓度之间影响规律，同时建立温度、铀浓度、硝酸浓度的相互补偿关系，实现铀酸溶液中铀浓度：30g/L～350g/L、硝酸浓度:0.1mol/L～6mol/L、温度：0～80℃、环境湿度：20％～80％、搅拌速度：0-150r/min条件下的铀浓度和酸浓度的实时分析。
具体的，本实施例中的分析方法如下：
首先研究确定配制铀酸溶液电导率和温度之间的关系：溶液电导率大小除了与酸浓度高低有一定关系外，溶液温度变化对其电导率也有较大影响，溶液电导率随着溶液温度的增加而有显著的增大，严重影响电导法测量酸度，需要采取一定温度补偿措施。本实施例中进行了温度补偿试验，选取4个配制铀酸溶液进行了温度补偿试验，溶液浓度及不同温度下溶液的电导率如下表1，下表中列举了不同的铀酸溶液中的铀浓度、酸浓度、不同温度下对应的电导率、以及对应的第一温度系数β1，第二温度系数β2。
表1
按下述温度补偿公式进行溶液电导率温度补偿：公式中β1取平均数为1.00％，β2取平均数为0.0014％，
(对于第一组铀浓度为50g/L,酸浓度为0.5mol/L，ρ40＝0.2114，ρ27＝0.18)
(对于第一组铀浓度为50g/L,酸浓度为0.5mol/L，ρ61＝0.266，ρ70＝0.29)
解上面两个方程组成的方程组，得到铀浓度为50g/L,酸浓度为 0.5mol/L对应的β1为0.979％，β2为0.0014％。同理，其它β1、β2数据按照上述计算方法获得。
对于温度补偿公式
当补偿温度T＝60℃时，温度补偿公式如下：
研究确立铀酸溶液电导率和吸光度之间的关系：在实验室条件下，用上述配制后经过人工分析不同浓度组合铀酸溶液分别测试各自铀浓度探头1的吸光度和酸浓度探头2的当时温度下电导率，并根据上述温度补偿公式将电导率折算到60℃时的电导率，具体测试数据例子见下表2。
表2
研究确立配制铀酸溶液电导率、吸光度与配制溶液中铀浓度、酸中氢离子浓度之间影响规律：根据上述两个表的数据，分别以铀浓度和酸中氢离子浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，适用 matlab做曲面方程。设定X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。则拟合的曲面方程如下：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY (1) 相关系数R1 2＝0.999；
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2- 34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+ 3.606Y4 (2)
相关系数R2 2＝0.998；
由以上拟合的曲面方程可以看出，曲面方程与测量的数据的相关性较为理想。根据以上拟合的曲面方程，结合上述的电导率、吸光度，反算铀浓度和酸浓度，并计算相对误差，相对误差在5％以内。
将待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
如图1所示，本实施例中的分析装置包括两个测量探头(铀浓度探头1、酸浓度探头2)和两个信号变送器(酸信号变送器3、铀信号变送器4)及控制面板5组成，连接线缆7将几个部件连接到一起和安装法兰6及支撑部件组成整套装置。
铀浓度测量：铀浓度探头1安装固定在溶解槽内，在铀溶解过程中，溶解液完全充满探头的测量孔内，241Am放射源8发出 59.5keV的γ射线，射线穿过溶解液到达NaI(Tl)晶体，激发的光子经光电倍增管13将光信号进行光电转化、放大，并经铀信号传送器将电信号输送给控制面板5，控制面板5的模拟前置电路将信号转换成0～2V电压信号，电压信号被A/D转换器转换成数字信号送入单片机，单片机对信号进行数字滤波，非线性校准等运算后将浓度值送D/A转换器，D/A转换器输出的模拟电压信号经V/I转换电路转换为4～20mA标准信号输出，显示铀浓度测量结果。
酸浓度测量：酸浓度探头2包括励磁线圈17、检测线圈18和温度探测器19，励磁线圈17、检测线圈18和温度探测器19均设置于聚偏四氟乙烯外壳20内，温度探测器19包括温度探头和温度测量电路，励磁线圈17和检测线圈18均是铜线绕制的磁芯环，励磁线圈17和检测线圈18均设置于测量中心内孔21外围，因此当溶解液完全充满酸浓度探头2的测量中心内孔21，即形成电导感应回路；检测线圈18输出的电导信号经过酸信号传送器，再经与之连接的信号引出线22传输至控制面板5，信号传输线外设置有不锈钢支撑连接管23，控制面板5的模拟前置电路将电导信号转换成电压信号，电压信号被转换成数字信号送入单片机，温度补偿电路将温度信号转换为数字信号，单片机对信号进行数字滤波，D/A转换，V/I转换为4～20mA标准信号输出，显示酸浓度测量结果。
本实施例中的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法及装置的有益效果如下：
(1)该方法可直接用于后处理工艺铀溶解槽28内铀浓度、酸浓度的实时监测，该方法无需取样分析且可保持长期稳定性和可靠性，专用于后处理工艺中铀溶解槽28中铀和酸相互干扰的工况下铀浓度和酸浓度的实时分析，具有分析速度快、无需消耗样品、耐辐照性能良好、操作维修简便、测量结果可远距离传输等优点；
(2)装置克服了温度、铀酸混合体系对铀浓度和酸浓度测量结果的影响；
(3)与单一测量方法测定溶液中的铀浓度和酸浓度相比，该装置的误差更小，得到的酸浓度和铀浓度数据更准确。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率；
建立配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中；
将整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿；
将待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
2.根据权利要求1所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，其特征在于，拟合的曲面方程为：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY(1)
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2-34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+3.606Y4(2)
其中，X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。
3.根据权利要求1所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，其特征在于，拟合的曲面方程的相关系数的范围为0.99～1。
4.根据权利要求1所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，其特征在于，待测铀酸溶液中含铀的基团为铀酰基团。
5.根据权利要求1所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，其特征在于，所述温度补偿所采用的公式为：
其中，ρ为电导率，t为温度，β1为第一温度系数，β2为第二温度系数，ρT为补偿温度下的电导率，T为补偿温度。
6.根据权利要求1所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法，其特征在于，待测铀酸溶液的铀浓度为30g/L～350g/L，酸中氢离子浓度为0.1mol/L～6mol/L，温度为0～80℃，环境湿度为20％～80％。
7.一种权利要求1～6任意一项所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于测量配制铀酸溶液的吸光度、电导率，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将配制铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块，检测模块还用于测量待测铀酸溶液的吸光度、电导率，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块，将待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块；
温度补偿模块，用于对配制铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给数据整合模块，温度补偿模块还用于对待测铀酸溶液的电导率进行温度补偿，得到温度补偿后的样品电导率，并发送给计算模块；
数据整合模块，用于将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数建立数据库，将配制铀酸溶液的铀浓度、酸浓度、吸光度、温度补偿后的样品电导率的参数整合到数组中，并发送给拟合模块；
拟合模块，用于将数据整合模块整合后的数组中的数据，分别以铀浓度、酸浓度为因变量，吸光度和电导率为自变量，基于MATLAB进行曲面拟合，得到拟合的曲面方程；
计算模块，用于将检测模块得到的待测铀酸溶液的吸光度、温度补偿后的电导率，根据拟合的曲面方程，得到待测铀酸溶液的铀浓度、酸浓度。
8.根据权利要求7所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，其特征在于，所述检测模块包括：
第一检测模块，用于分别测量配制铀酸溶液的吸光度、待测铀酸溶液的吸光度，将配制铀酸溶液的吸光度发送给数据整合模块，将待测铀酸溶液的吸光度发送给计算模块；
第二检测模块，用于分别测量配制铀酸溶液的电导率、待测铀酸溶液的电导率，将配制铀酸溶液的电导率、待测铀酸溶液的电导率发送给温度补偿模块。
9.根据权利要求7所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，其特征在于，
拟合的曲面方程为：
U＝-14.22+590.1X-0.5419Y-174.3X2-20.51XY(1)；
H＝0.7723-9.414X-3.912Y+6.151X2+61XY+15.23Y2-34.56X2Y-126.2XY2-12.96Y3+58.97X2Y2+77.04XY3+3.606Y4(2)，
其中，X为铀酸溶液的吸光度，Y为温度补偿后的电导率，U为铀浓度，H为酸中氢离子浓度。
10.根据权利要求7所述的用于待测铀酸溶液中铀、酸浓度的实时分析方法所用的分析装置，其特征在于，所述温度补偿所采用的公式为：
其中，ρ为电导率，t为温度，β1为第一温度系数，β2为第二温度系数，ρT为补偿温度下的电导率，T为补偿温度。
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| CN117686474A (zh) * | 2023-12-11 | 2024-03-12 | 中国人民解放军63653部队 | 一种铀浓度测量分析方法 |
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