CN204462010U - 集成式多参数矿用水质分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了集成式多参数矿用水质分析装置，包括ARM一体机、模拟键盘与RS232模块、无线WIFI、电源转换模块、离子电位计和分光光度计；电源转换模块为各电路单元供电；ARM一体机设置在水质分析仪主机中；其特点是：ARM一体机通过模拟键盘与RS232模块分别连接分光光度计与离子电位计；分光光度计用于检测比色皿中待测水样的吸光度，通过模拟键盘与RS232模块将测试数据输入到ARM一体机；离子电位计用于检测放置在待测水样中的离子选择电极的电压，通过模拟键盘与RS232模块将测试数据输入到ARM一体机；本实用新型将分光光度计、离子电位计与ARM一体机相结合，通过分光光度计和离子电位计，可迅速、准确地测量出水样中各种离子的含量；可广泛应用于环保、煤矿等领域。

Description

集成式多参数矿用水质分析装置

技术领域：

本实用新型涉及水质分析装置，具体涉及一种集成式多参数矿用水质分析装置。

技术背景：

天然水中常见的八大离子:K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-、Cl^-、SO₄ ^2-的含量占离子总量的95％-99％，这些主要离子的分类常用来做为表征水体主要化学特征性指标。但是，目前对所述八大离子的化验不能由单一的一种水质分析装置来完成，需要利用滴定法或离子色谱仪、分光光度计等仪器结合来实现。

分光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。分光光度计在我国水和废水监测分析中利用广泛，但是，所述八大离子中K⁺、Na⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-等不能利用分光光度计进行化验。

电位分析法是利用溶液中某种离子的活度与电极电位有一定的函数关系，通过测量电极电位来确定待测物含量的分析方法。目前，已有的离子选择电极约20种以上，但是，不能实现对Mg²⁺、SO₄ ^2-等离子的检测。

基于分光光度法的分光光度计和基于电位分析法的离子计一般应用于实验室。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是提供集成式矿用水质分析装置。

为了解决上述问题，本实用新型技术方案是，集成式多参数矿用水质分析装置，包括ARM一体机、模拟键盘与RS232模块、无线WIFI、电源转换模块、离子电位计和分光光度计；电源转换模块为各电路单元供电；ARM一体机设置在水质分析仪主机中；其特点是：

ARM一体机通过模拟键盘与RS232模块分别连接分光光度计与离子电位计；

分光光度计用于检测比色皿中待测水样的吸光度，通过模拟键盘与RS232模块将测试数据输入到ARM一体机；

离子电位计用于检测放置在待测水样中的离子选择电极的电压，通过模拟键盘与RS232模块将测试数据输入到ARM一体机；

该ARM一体机集成了TFT显示屏及配套的触摸屏、ARM处理平台、RL45网络接口及RS232接口；ARM处理平台通过RS232接口以及模拟键盘与RS232模块读取分光光度计或离子电位计的数据，并将读取的数据转换成离子浓度数据存储和显示。

本实用新型将分光光度计、离子电位计与ARM一体机相结合，通过分光光度计检测比色皿中待测水样的吸光度而得到待测水样的Mg²⁺、SO₄ ^2-两种离子含量，通过离子电位计检测放置在待测水样的电极的电压而得到待测水样中K⁺、Na⁺、Ca²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-、Cl^-、PH值等指标，可迅速、准确地测量出水样中各种离子的含量。

根据本实用新型所述的集成式多参数矿用水质分析装置的优选方案，ARM一体机通过无线WIFI与PC机进行通讯。

根据本实用新型所述的集成式多参数矿用水质分析装置的优选方案，水质分析仪主机中还设置有电极接口和比色皿槽；比色皿槽用于放置比色皿；电极接口为离子选择电极与离子电位计连接的接口。

本实用新型所述的集成式多参数矿用水质分析装置的有益效果是：本实用新型将分光光度计、离子电位计与ARM一体机相结合，通过分光光度计和离子电位计，可迅速、准确地测量出水样中各种离子的含量；本实用新型成本低，使用方便，数据直观，可广泛应用于各种场合进行水质分析，如环保、煤矿、水厂等领域。

附图说明

图1为本实用新型所述的集成式多参数矿用水质分析装置电路原理框图。

图2为本实用新型矿用水质分析装置主机的面板结构图。

具体实施方式

参见图1，集成式多参数矿用水质分析装置，包括ARM一体机11、模拟键盘与RS232模块12、无线WIFI15、电源转换模块16、离子电位计13和分光光度计14；电源转换模块16为各电路单元供电；ARM一体机11设置在水质分析仪主机1中；

ARM一体机11通过模拟键盘与RS232模块12分别连接分光光度计14与离子电位计13；

分光光度计14检测比色皿18中待测溶液的吸光度，通过模拟键盘与RS232模块12将测试数据输入到ARM一体机11；

离子电位计13检测放置在待测溶液中的离子选择电极17的电压，通过模拟键盘与RS232模块12将测试数据输入到ARM一体机11；

ARM一体机11通过模拟键盘与RS232模块12选择分光光度计14测量的离子种类；并且，ARM一体机11读取分光光度计14与离子电位计13采集到的数据进行处理，转换成待测溶液的离子浓度数据，并储存。

在具体实施例中，该ARM一体机11集成了TFT显示屏及配套的触摸屏、ARM处理平台、RL45网络接口及RS232接口。

ARM一体机11通过无线WIFI15与PC机进行通讯。ARM一体机可以保存测量数据，也可通过无线WIFI15将测量数据共享，其它PC机可以通过无线WIFI网络接收测量数据；用户可以在水质分析装置上直接操作水质分析软件，也能使用其它PC机通过无线WIFI网络对本水质分析装置实现远程控制。即水质分析可以由ARM一体机完成整个分析过程，也可以由其它PC机完成水质分析。

参见图2，在具体实施例中，水质分析仪主机1中还设置有电极接口3和比色皿槽8；比色皿槽8用于放置比色皿18；电极接口3为离子选择电极17与离子电位计13连接的接口。在水质分析仪主机1的面板2上还设置有电源输入接口6、电源开关按钮7；在进行水质的吸光度测试时，将比色皿18放置在比色皿槽8中；电极接口3插入离子选择电极17；比色皿槽8为带遮光板的比色皿槽8；模拟键盘与RS232模块12使用的芯片为MAX202、CD4066；ARM一体机11为LJD-eWIN7S，ARM一体机的ARM核心处理器是ARM920T，ARM一体机还集成了7.0寸的TFT；无线WIFI15可以实现WIFI无线网路与RJ45网口相互转换。

电源转换模块16由3节4A/H串联锂电池及电池充电电路、电源处理电路构成，输出12VDC；野外工作时，由锂电池供电；为满足井下使用要求，水质分析装置还对电源转换模块进行了防爆处理，使本实用新型达到本质安全的防爆要求。

使用该集成式多参数矿用水质分析装置进行水质测量时，首先通过模拟键盘与RS232模块12在水质分析仪主机1中选择需要测量的参数种类；判断是采用分光光度计测量或是采用离子电位计测量；

当采用分光光度计测量时，将待测水样加入到比色皿18中，并盖好遮光板，对系统进行校零；校零结束后，取出比色皿18，在待测水样中加入与测量离子对应的测试试剂，摇匀后，再次盖好遮光板；用分光光度计测量比色皿18中的待测水样的吸光度，水质分析仪主机1读取分光光度计14采集到的数据进行处理，转换成所测离子的浓度数据，并存储和显示。

当采用离子电位计测量时，将待测水样加入到烧杯中，将已校准的与待测离子对应的离子选择电极信号输出端通过电极接口3与离子电位计13连接；离子选择电极感应端浸入待测水样中；离子电位计13测试离子选择电极的电压值，测试数据通过模拟键盘与RS232模块12输入到水质分析仪主机1；水质分析仪主机1读取离子电位计13的数据进行处理，转换成所测离子的浓度数据，并存储和显示。

本实用新型的工作原理是：分光光度计测量是基于Lambert-Beer定律，离子电位计13测量是基于Nernst方程。

对Mg²⁺、SO₄ ^2-的测定，采用分光光度计测量，对K⁺、Na⁺、Ca²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-、Cl^-、PH的测定，采用离子电位计13测量。

对HCO₃ ^-、CO₃ ^2-的测定，在离子电位法基础上，基于碳酸平衡原理，采用如下公式计算：

$\left[{{\mathrm{HCO}}_3}^{-}\right]=\frac{K_1\left[H^{+}\right]C_T}{K_1{K}_2+K_1\left[H^{+}\right]+{\left[H^{+}\right]}^2}$

$\left[{{\mathrm{CO}}_3}^{2-}\right]=\frac{K_1{K}_2{C}_T}{K_1{K}_2+K_1\left[H^{+}\right]+{\left[H^{+}\right]}^2}$

其中：K₁、K₂为常数，C_T通过二氧化碳电极测得，[H⁺]通过pH电极测得。

本实用新型仅限于对硬件结构的保护，上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型的权利要求进行限制，其它的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变及等效置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.集成式多参数矿用水质分析装置，包括ARM一体机(11)、模拟键盘与RS232模块(12)、无线WIFI(15)、电源转换模块(16)、离子电位计(13)和分光光度计(14)；电源转换模块(16)为各电路单元供电；ARM一体机(11)设置在水质分析仪主机(1)中；其特征在于：

ARM一体机(11)通过模拟键盘与RS232模块(12)分别连接分光光度计(14)与离子电位计(13)；

分光光度计(14)用于检测比色皿(18)中待测水样的吸光度，通过模拟键盘与RS232模块(12)将测试数据输入到ARM一体机(11)；

离子电位计(13)用于检测放置在待测水样中的离子选择电极(17)的电压，通过模拟键盘与RS232模块(12)将测试数据输入到ARM一体机(11)；

该ARM一体机(11)集成了TFT显示屏及配套的触摸屏、ARM处理平台、RJ45网络接口及RS232接口；ARM处理平台通过RS232接口以及模拟键盘与RS232模块(12)读取分光光度计(14)或离子电位计(13)的数据，并将读取的数据转换成离子浓度数据存储和显示。

2.根据权利要求1所述的集成式多参数矿用水质分析装置，其特征在于：ARM一体机(11)通过无线WIFI(15)与PC机进行通讯。

3.根据权利要求2所述的集成式多参数矿用水质分析装置，其特征在于：水质分析仪主机(1)中还设置有电极接口(3)和比色皿槽(8)；比色皿槽(8)用于放置比色皿(18)；电极接口(3)为离子选择电极(17)与离子电位计(13)连接的接口。