CN2932383Y - 溶液中离子含量的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种溶液中离子含量的检测装置，其包括有温度传感器、电导率传感器、温度补偿器、PC、分析处理器，其中，温度传感器、电导率传感器与温度补偿器相连通，温度补偿器与PC相连通，PC与分析处理器相连通，温度补偿器中内置有温度补偿软件，分析处理器中内置有电导率分析专家系统软件，本实用新型可对溶液中的离子含量及pH值进行实时在线分析，可应用于医药、化工、食品、环保、石油及电力等领域的水质监测及各种溶液性质和成分的定性、定量分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测装置，特别涉及一种溶液中离子含量的检测装置。
背景技术
在线电导率分析设备广泛应用于电力、化工、环境工程等许多工业部门的在线连续分析中，工作原理是由振荡器产生的交流恒定电压加到电导池上，借助于溶液中的离子导电性，交流电通过溶液其电流与溶液的电导率成反比。当传感器的形状不变时，电极常数就固定，通过测量流过电导池的电流就可测出溶液的电导率，进而在离线分析计算出溶液中的离子含量。
目前国内外同类产品仅仅完成电导率的测量，而不具备实时分析功能，分析工作需另外购置分析软件离线进行，这使分析的准确性和全面性降低，且仅能对产品性能进行分析，不能对生产过程进行评估。这对要求实现厂级自动化管理的企业而言，其产品不具备适用性。
国内目前尚无同类定型产品，其初级产品电导率仪仅具备测量功能，而不具备实时在线分析功能，现有的电导率测量仪多数采用纯硬件结构，对影响测量结果的介质温度只能作分段象征性的补偿，效果不好、准确度低、稳定性差，仪表在不同条件下也需要人工多次调整才能使用，不仅影响了生产效率，而且增加了维护成本。
发明内容
本实用新型的目的是要解决现有溶液中离子含量检测仪器存在的需离线分析的问题，而提供一种可克服上述缺点的、具有实时在线分析功能的溶液中离子含量的检测装置。
本实用新型包括有温度传感器、电导率传感器、温度补偿器、PC、分析处理器，其中，温度传感器、电导率传感器与温度补偿器相连通，温度补偿器与PC相连通，PC与分析处理器相连通，温度补偿器中内置有温度补偿软件，分析处理器中内置有电导率分析(ECA)专家系统软件。
本实用新型将专家系统和模糊推理应用于介质的在线电导率测量和分析过程中，提出了在线补偿和在线学习推理的测量分析方法，这种方法同国内外同类产品中的技术相比，人工参与的机会少，仪表自调整自学习的能力强。
介质的电导率随温度的升高而增加，通过温度补偿器进行初步的处理，将任意温度下溶液电导率转换为25℃的电导率，温度对溶液电导率有较大的影响，溶液温度升高，离子水化作用减弱。溶液粘度降低，离子运动阻力减小、离子的定向运动加快，因而使溶液的电导率增大；反之，溶液温度下降，电导率减小。工业上以溶液温度25℃时的电导率为该溶液的电导率，所以其他温度下所测的值必须转换到25℃时的值，不同物质、不同温度都有不同的对应值。
因为不同溶液有不同的温度系数，所以一般仪表不可能完全补偿温度带来的影响，而且温度与25℃相差越大误差越大。常用的温度补偿方式是在电导率运算中加入温补公式。下式为温度补偿的经验公式：
k25＝kt/[1+α(t25)]
对于纯水(电导率小于3us/cm)用纯水补偿公式，下式为纯水温度补偿的经验公式：
k25＝β(k，-kpt)+0.0548
通过实验数据拟和得到实用的关于温度的数学表达式其中：
β＝0.00044t2-0.0429t+1.7975
kpt＝1.8271×10-9t4+1.5737×10-7t3+4.1474×10-3t2+4.5835×10-4t+0.0142
式中：
kt——温度为t℃时溶液的电导率；k25——温度为25℃时溶液的电导率；α——溶液的温度补偿系数；t——溶液的实际温度
kt为实际溶液的电导率，必须转换为25℃时溶液的电导率，k25就是所求的电导率值，系统可根据溶液的不同选择不同的温补系数，普通温度补偿系数α从0.014到0.027，纯水温度补偿系数β和kpt可由t拟和得出，因为kt和t可由仪器测出，因此只要确定温度系数，就可算出25℃时溶液的电导率k25。
电导率分析(ECA-Electrc Conductivity Anaylsis)专家系统主要应用于医药、化工、食品、环保、石油及电力等领域的水质监测及各种溶液性质和成分的定性、定量分析。
电导率分析(ECA)专家系统的主要功能为：
(1)、水质分析功能：根据用户输入的数据和信息及在线测得的电导率和温度数据，对水质进行分析和评价，并且根据用户的用途信息给出建议和必要解释；
(2)、通过对不同溶液特性的实验和研究，在线进行温度补偿，并对测量值进行统计分析自动地削弱和消除电极极化现象，电容现象，流速及气泡等因素对测量精度的影响；
(3)、溶液成分的定量分析：在已知溶液成分的情况下，根据在线测得的电导率和温度数据对溶液的浓度，各种成分的含量及pH值进行定量的分析。
(4)、溶液成分定性分析：根据用户输入的数据和信息及在线测得的电导率和温度数据对溶液的成分进行种类识别。
本实用新型具有实时在线分析功能，克服了现有溶液中离子含量检测仪器存在的需离线分析的缺点。
附图说明
图1为本实用新型结构连接示意图。
图2为凝结水中氨含量与电导率和pH值的关系图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型包括有温度传感器1、电导率传感器2、温度补偿器3、PC4、分析处理器5，其中，温度传感器1、电导率传感器2与温度补偿器3相连通，温度补偿器3与PC4相连通，PC4与分析处理器5相连通，温度补偿器3中内置有温度补偿软件，分析处理器5中内置有电导率分析(ECA)专家系统软件。
本实用新型的实施例如下：其中的DD为电导率：
有些电厂给水采用挥发性处理，氨在给水处理中的作用极为重要，通过加氨提高水和蒸汽的pH，防止系统的酸性腐蚀和氧腐蚀，加氨后，给水的pH、DD都会上升，因为pH、DD受水样温度的影响比较大，水样温度升高时，pH降低，DD升高；水样温度降低时，pH上升，DD下降。在线仪表的温度补偿能力有限，并不能准确反映给水pH、DD与加氨量的对应关系。给水经过凝结水精处理设备，给水中其他杂质很少，加氨后的给水，可近似认为是氨的稀溶液，所以，可从理论计算的角度来分析给水加氨量与水样pH、DD的变化范围，为给水加氨控制提供理论依据。
下面从理论方面来分析计算氨溶液的浓度与溶液pH、DD的关系。
25℃NH4 +摩尔电导率：73.4×10-4(S.m2.mol-1)
25℃OH-摩尔电导率：198.00×10-4(S.m2.mol-1)
25℃H+摩尔电导率：349.82×10-4(S.m2.mol-1)
25℃NH3H2O溶液电离常数：1.78×10-5
假定氨溶液重量百分比浓度：C％
NH3H2O分子量：35
C％NH3H2O溶液摩尔浓度：M≈C％×1000/35＝0.2857C(mol.L-1)
氨在水中电离方程：NH3H2O→NH4 ++OH-
0.2857C 0 0
0.2857C-a a a
根据电解方程有：a×a/(0.2857C-a)＝1.78×10-5
a2≈0.2857C×1.78×10-5
NH4 +、OH-浓度：a＝2.2551×10-3C1/2(mol.L-1)＝2.2551C1/2(mol.m-3)
H+浓度：b＝10-14/(2.2551×10-3C1/2)＝4.4344×10-12/C1/2(mol.L-1)
C％NH3H2O溶液电导率、pH分别为：
DD＝DD(NH4 +)+DD(OH-)+DD(H+)＝(73.4+198.00)×10-4×2.2551 C1/2+394.82×10-4×4.4344×10-12/C1/2＝612×10-4 C1/2+4.4344×10-12/C1/2(S.m-1)＝612 C1/2+4.4344×10-4/C1/2(μS.cm-1)
pH＝-log H+＝-log(4.4344×10-12/C1/2)＝11.353+log C1/2
例如：30μg/L氨溶液电导率、pH值分别为：
DD＝612×10-4×(30×10-6/1000)1/2+4.4344×10-12/(30×10-6/1000)1/2＝1.062×10-5(S.m-1)＝0.1062(μS.cm-1)
pH＝-log H+＝-log(4.4344×10-12/(30×10-6/1000)1/2)＝7.59
电厂给水要求pH＝9.00-9.40之间，对应的给水中氨的浓度约为：200mg/L-1240mg/L；电导率约为：8.65μS.cm-1-21.54μS.cm-1。计算结果与实际有些差距。这是因为这种计算方法只适合μg/L级的氨溶液，浓度高时，因离子间的相互干扰，电离率下降，误差较大，另外氢氧化铵是一个弱碱，有很大一部分是以分子状态存在的，既不提高pH，也不增加电导率。所以必须试验得到如图2所示的变化曲线图，因为热力系统的汽、水中，都不可避免地存在少量的二氧化碳，它将影响含氨量、pH和电导率的关系，但在实际应用中的误差不大。
根据上述计算和试验，将曲线数据输入专家系统，就可以根据电导率算出溶液pH值和氨的含量了，甚至可以在电导率和pH值已知的情况下精确计算出氨的含量。
Claims (1)
1、一种溶液中离子含量的检测装置，其特征在于：包括有温度传感器、电导率传感器、温度补偿器、PC、分析处理器，其中，温度传感器、电导率传感器与温度补偿器相连通，温度补偿器与PC相连通，PC与分析处理器相连通。
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