KR102348391B1 - 자동 보정 기능을 구비한 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치 - Google Patents

자동 보정 기능을 구비한 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은, 전극의 열화, 측정 조건 변경 등에 의해 측정시간에 따라 변동되는 전극식 잔류염소 센서의 단점을 보완하기 위하여 시약식으로 잔류염소를 측정한 후 전극식 잔류염소 센서의 검량선을 자동으로 보정함으로써 안정적인 측정데이터를 얻고자 하는 자동 보정 기능을 가지는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것으로서, (1) 시료를 시료수조 시료유입밸브를 통해 시료수조로 연속으로 유입시키는 단계; (2) 상기 시료수조의 시료를 시료수조 시료배출밸브를 통해 배출시키는 단계; (3) 상기 시료수조 시료배출밸브를 통해 배출된 시료를 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버에 장착되어 있는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료유입밸브를 통해 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버로 유입시키는 단계; (4) 상기 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버로 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서와 접촉하는 단계; (5) 상기 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서와 접촉하는 단계에서 발생하는 전류값을 전류값 대 농도의 검량선이 미리 저장되어 있는 마이크로프로세서로 전송하는 단계; (6) 상기 마이크로프로세서로 전송된 전류값에 의하여 농도를 계산하여 마이크로프로세서에 부착되어 있는 모니터에 표시하는 단계; (7) 시약식으로 잔류염소를 측정하여 얻어진 농도값과 전극식 잔류염소 센서로 잔류염소를 측정하여 얻어진 전류값을 이용하여 교정곡선을 다시 작성하여 전극식 잔류염소 센서에 대한 검량선으로 저장하는 자동 보정 단계;로 이루어지는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 장치를 구성으로 하는 것이며, 안정적인 측정 데이터를 얻을 수 있으므로 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있고, 유지관리에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있으며, 시약식 잔류염소 측정모듈을 소형화하여 전극식 잔류염소 측정 장치에 일체화하여 결합시킴으로써 공간을 효율적으로 이용할 수 있으므로 정수장, 배수지, 수도관망 등 다양한 분야에서 널리 이용할 수 있는 효과를 나타내는 것이다.

Description

자동 보정 기능을 구비한 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치{The method for automatically measuring residual chlorine by electrode-type with automatic correction function, and the device using the same method}
본 발명은 시약식 잔류염소 자동 측정 장치를 이용하여 수중의 잔류염소를 정확하게 측정한 후 전극식 잔류염소 자동 측정 장치를 보정하여 전극식 잔류염소의 측정 정확성을 향상시키기 위한 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 그 방법을 이용하는 장치에 관한 것이다.
정수장에서는 수돗물을 제조한 후 차아염소산 등을 투입하여 수돗물을 소독하고 있으며 차아염소산의 투입량을 조절하기 위하여 차아염소산의 투입으로 발생하는 수중 잔류염소의 농도를 측정하여 수질관리에 이용하고 있다. 따라서 정수장에서 지속적으로 잔류염소의 농도를 정확하게 측정하는 것은 매우 중요하다.
잔류염소를 측정하는 방법은 DPD 시약식과 전극식으로 대별된다. DPD 시약식은 DPD(N,N-디에틸-p-페닐렌디아민; N,N-Diethyl-p-phenylenediamine)시약 속의 아민(amine)이 중성의 pH 조건에서 염소에 의하여 산화된 1차 산화물을 생성하며 자홍색(Magenta color)으로 발색되는 원리를 이용한다. 수질 시료에 DPD를 첨가한 후 색이 자홍색으로 변화되면 분광계로 색변화의 지표인 흡광도를 측정하여 농도로 환산하는 방법이다.
전극식은 폴라로그래피법, 갈바닉전극법, 암페로페트릭법 등으로 구별되는데, 첫째, 폴라로그래피법은 측정조내에 회전전극과 대극을 넣고 양극간에 외부로부터 전압이 인가되면 유리 잔류염소가 회전전극에서 직접 전해 환원되는 원리를 이용한다. 회전전극에서는 유리 잔류염소의 환원반응이 일어나며 대극에서는 수은 이온의 전해 산화가 일어난다. 이때 전자 이동에 의해 발생하는 전류를 검출하여 농도로 환산한다.
둘째, 갈바닉 전극법은 시료수에 다른 종류의 금속을 담그면 갈바닉 전지를 형성하여 잔류염소량에 비례하여 기전력이 발생하는 원리를 이용하는 것이다.
셋째, 암페로메트릭법은 유리 잔류염소를 전류량으로 측정할 수 있는 백금 음극과 은 양극 전극을 사용하는 2개의 조합된 전극을 이용한다. 전기화학적 반응이 전극내에서 일어나고 유효잔류염소 농도를 기초로 비례하는 전류를 생성한다. HOCl이 작동전극에서 환원되며 보조전극과 기준전극을 통하여 흐르는 전류량을 측정하여 농도로 환산하는 방법이다.
한편, DPD 시약식 잔류염소 측정방법은 분석시약과 잔류염소의 화학반응을 분석하는 것으로 매우 정확한 분석이 가능한 장점이 있다. 그러나 분석시약이 필요하며 또한 분석후 폐액이 발생하는 문제점이 있다.
이에 비하여 전극식의 경우 장치가 간단하며 시약이 불필요하다는 장점이 있는 반면에 전극의 특성상 유속, pH, 온도에 민감하게 반응하여 측정시간이 경과함에 따라 측정값이 낮아지는 문제점이 있다.
따라서 현장에서는 1주 ~ 1개월 주기로 DPD 시약식 휴대형 분석기를 이용하여 시료의 잔류염소 농도를 측정한 후 전극식 자동 측정기를 수동으로 보정해야 하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1796447에는 기준전극과 작동전극 상대전극이 하나의 쳄버내에 위치하며 회전전극체를 회전시켜 전극의 오염을 방지하고자 하는 전기화학식 잔류염소 측정시스템이 개시되어 있으나, 이러한 잔류염소 측정시스템에는 시간경과에 따른 전극의 열화에 대한 자동 보정 기능을 구비하고 있지 아니한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-2135191에서는 임피던스 조절을 이용한 센서 자동 교정 방법을 사용하고 있다. 이 방법에서는 잔류염소 측정 농도 구간별로 임피던스에 따른 전류값 변화에 대한 검량선을 저장하고 센서의 오염, 열화등의 외부 요인에 의해 기준 전류값 대비 10% 이상의 편차가 발생할 경우 공시료 상태 또는 전기적 Zero 상태의 임피던스와 전류를 측정하여 이전에 저장되어 있는 농도-임피던스 곡선의 표준 전류값으로 대치하여 센서를 교정하는 방법이다. 이 방법은 전기전자적인 보정방법이므로 실제 시료를 이용하여 정확한 분석을 통해 보정하는 방법과는 차이가 있는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1796447호 대한민국 등록특허공보 제10-2135191호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 위에서 본 종래기술들의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 첫째, 전극식 유리 잔류염소 측정 방법 및 장치의 경우, 전극의 특성상 유속, pH, 온도에 민감하게 반응하여 측정시간이 경과함에 따라 측정값이 낮아지는 문제점이 발생하는데, 본 발명은 이러한 문제점을 자동 보정에 의하여 해결하기 위한 것이다.
또한, 둘째, 전극식 유리 잔류염소 측정 방법 및 장치로서 임피던스 조절을 이용한 센서 자동 교정 방법을 사용할 경우, 이러한 교정 방법은 전기전자적인 보정방법인 것이어서 실제 시료를 이용하는 방법에 비하여 정확성이 저하되는 문제점이 발생하는바, 본 발명은 이러한 문제점을 실제 시료를 이용하는 자동 보정에 의하여 해결하기 위한 것이다.
그리고, 셋째, 전극식 유리 잔류염소 측정 방법 및 장치로 현장에서 유리 잔류염소를 측정할 경우, DPD 시약식 휴대형 측정 장치를 별도로 구비하고 이를 이용하여 1주 ~ 1개월 주기로 시료의 잔류염소 농도를 측정한 후 전극식 자동 측정기를 인력에 의하여 수동으로 보정해야 하는 문제점이 발생하는바, 본 발명은 이러한 문제점을 자동 보정에 의하여 해결하기 위한 것이다.
결국, 본 발명은 시약식으로 잔류염소를 측정한 후 전극식 잔류염소 측정센서의 검량선을 보정함으로써 안정적인 측정 데이터를 얻을 수 있으므로 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이며, 또한 본 발명은 측정 장치의 유지관리에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것일 뿐 아니라, 시약식 잔류염소 측정모듈을 소형화하여 전극식 잔류염소 측정 장치에 일체화하여 결합시킴으로써 공간을 효율적으로 이용할 수 있으므로 정수장, 배수지, 수도관망 등 다양한 분야에서 널리 이용할 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
전극의 열화, 측정 조건 변경 등에 의해 측정시간에 따라 변동되는 전극식 잔류염소 센서의 단점을 보완하기 위하여 시약식으로 잔류염소를 측정한 후 전극식 잔류염소 센서의 검량선을 자동으로 보정함으로써 안정적인 측정 데이터를 얻을 수 있으므로 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있고, 유지관리에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있으며, 시약식 잔류염소 측정모듈을 소형화하여 전극식 잔류염소 측정 장치에 일체화하여 결합시킴으로써 공간을 효율적으로 이용할 수 있으므로 정수장, 배수지, 수도관망 등 다양한 분야에서 널리 이용할 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치를 제공하기 위한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 시료를 시료수조 시료유입밸브를 통해 시료수조로 연속으로 유입시키는 단계; (2) 상기 시료수조의 시료를 시료수조 시료배출밸브를 통해 배출시키는 단계; (3) 상기 시료수조 시료배출밸브를 통해 배출된 시료를 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버에 장착되어 있는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료유입밸브를 통해 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버로 유입시키는 단계; (4) 상기 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버로 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서와 접촉하는 단계; (5) 상기 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서와 접촉하는 단계에서 발생하는 전류값을 전류값 대 농도의 검량선이 미리 저장되어 있는 마이크로프로세서로 전송하는 단계; (6) 상기 마이크로프로세서로 전송된 전류값에 의하여 농도를 계산하여 마이크로프로세서에 부착되어 있는 모니터에 표시하는 단계; (7) 시약식으로 잔류염소를 측정하여 얻어진 농도값과 전극식 잔류염소 센서로 잔류염소를 측정하여 얻어진 전류값을 이용하여 교정곡선을 다시 작성하여 전극식 잔류염소 센서에 대한 검량선으로 저장하는 자동 보정 단계;로 이루어지는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법에 관한 것이다.
이러한 방법에 있어서, 상기 ‘전극식 잔류염소 센서에 대한 검량선으로 저장하는 자동 보정 단계’는 주기적으로 이루어지는 질 수 있는데, 주기가 짧을수록 검량선의 신뢰성은 더욱 향상되는 것이지만 DPD 시약을 이용하여 잔류염소를 측정하는 시약식 잔류염소 측정모듈의 사용빈도가 커짐으로써 시약의 낭비가 커질 수 있으므로 이들을 종합적으로 고려하여 자동 보정 주기를 결정하게 되는 것으로서, 1 내지 14일의 주기가 바람직한 것이고, 나아가 자동 보정 주기는 4 내지 11일인 것이 더욱 바람직한 것이며, 자동 보정 주기가 6 내지 8일인 것이 가장 바람직한 것이라는 점을 밝혔다.
그리고, 상기 방법에 있어서, ‘시료수조에서 남는 시료는 시료수조 시료월류밸브를 통해 배출되는 단계’를 더욱 포함하는 것이 더욱 바람직한 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법이다.
한편, 본 발명은 상기 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법을 수행하기 위한 장치로서, 수질시료를 담수하는 시료수조; 전극식으로 잔류염소를 측정하기 위한 전극식 잔류염소 센서; 전극식 잔류염소 센서가 장착되어 측정하고자 하는 시료가 유입 및 배출되는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버: DPD 시약을 이용하여 잔류염소를 측정하는 시약식 잔류염소 측정모듈: 상기 전극식 잔류염소 센서의 신호를 연산 처리하고, 측정 결과를 외부로 송출하는 전자부;를 포함하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
이러한 장치에 있어서, 상기 전극식 잔류염소 센서는 폴라로그래픽 방식의 전극 센서, 갈바닉 전극 센서, 암페로메트릭 전극 센서로부터 선택될 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
또한, 상기 장치에 있어서, 상기 시약식 잔류염소 측정모듈은 시약주입부, 시료주입부, 반응부, 발광부, 수광부를 일체형으로 하여 컴팩트한 구조로 이루어진 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
그리고, 상기 장치에 있어서, 상기 전자부는 센서부에서 측정된 수질정보를 디지털화하는 신호처리변환부; 상기 신호처리변환부로부터 전송받은 데이터를 처리하는 마이크로프로세서; 및 처리된 데이터 값을 표시하는 디스플레이를 포함하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 효과는, 첫째, 전극식의 유리 잔류염소 측정 방법 및 장치의 경우, 전극의 특성상 발생하는 유속, pH, 온도에 민감하게 반응하여 측정시간이 경과함에 따라 측정값이 낮아지는 문제점을 자동 보정에 의하여 해결하는 효과를 나타내는 것이다.
또한, 둘째, 전극식의 유리 잔류염소 측정 방법 및 장치로 현장에서 유리 잔류염소를 측정할 경우 발생하는, 1주 ~ 1개월 주기로 DPD 시약식 휴대형 측정 장치를 별도로 구비하고 이를 이용하여 시료의 잔류염소 농도를 측정한 후 전극식 자동 측정기를 인력에 의하여 수동으로 보정해야 하는 문제점을 자동 보정에 의하여 해결하는 효과를 나타내는 것이다.
그리고, 셋째, 전극식 유리 잔류염소 측정 방법 및 장치로 임피던스 조절을 이용한 센서 자동 교정 방법을 사용할 경우, 이러한 교정 방법은 전기전자적인 보정방법인 것이어서 실제 시료를 이용하는 방법에 비하여 정확성이 저하되는 문제점이 발생하는바, 본 발명은 이러한 문제점을 실제 시료를 이용하는 자동 보정에 의하여 해결하는 효과를 나타내는 것이다.
결국, 본 발명은 시약식으로 잔류염소를 측정한 후 전극식 잔류염소 측정센서의 검량선을 보정함으로써 안정적인 측정 데이터를 얻을 수 있으므로 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치를 제공하는 효과를 나타내는 것이고, 본 발명은 측정 장치의 유지관리에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치를 제공하는 효과를 나타내는 것일 뿐 아니라, 시약식 잔류염소 측정모듈을 소형화하여 전극식 잔류염소 측정 장치에 일체화하여 결합시킴으로써 공간을 효율적으로 이용할 수 있으므로 정수장, 배수지, 수도관망 등 다양한 분야에서 널리 이용할 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법 및 장치를 제공하는 효과를 나타내는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 측정 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시약식 잔류염소 측정모듈의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 시약식 잔류염소 측정모듈의 입체도이다.
도 4는 보정주기를 1주일로 하여 연속 측정한 본 발명에 따른 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 측정 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 보정주기를 1일로 하여 연속 측정한 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 측정 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 자동 오차 인식 보정 기능을 이용하여 연속 측정한 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 측정 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 보정 기능을 사용하지 않고 연속 측정한 전극식 잔류염소 측정농도를 그래프로 나타낸 것이다.
이하, 도 1 내지 7을 참조하여 본 발명에 따른 전극식 잔류염소 자동 측정 장치를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 다양한 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경을 포함하며, 균등물 내지 대체물 또한 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저, 본 발명의 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법에 따른 실시예는,
(1) 시료를 시료수조 시료유입밸브(9)를 통해 시료수조로 연속으로 유입시키는 단계;
(2) 상기 시료수조(6)의 시료를 시료수조 시료배출밸브(7)를 통해 배출시키는 단계;
(3) 상기 시료수조 시료배출밸브(7)를 통해 배출된 시료를 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버(3)에 장착되어 있는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료유입밸브(5)를 통해 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버(3)로 유입시키는 단계;
(4) 상기 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버(3)로 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서(2)와 접촉하는 단계;
(5) 상기 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서(2)와 접촉하는 단계에서 발생하는 전류값을 전류값 대 농도의 검량선이 미리 저장되어 있는 마이크로프로세서(1)로 전송하는 단계;
(6) 상기 마이크로프로세서(1)로 전송된 전류값에 의하여 농도를 계산하여 마이크로프로세서(1)에 부착되어 있는 모니터에 표시하는 단계; 및
(7) 시약식으로 잔류염소를 측정하여 얻어진 농도값과 전극식 잔류염소 센서(2)로 잔류염소를 측정하여 얻어진 전류값을 이용하여 교정곡선을 다시 작성하여 전극식 잔류염소 센서(2)에 대한 검량선으로 저장하는 자동보정 단계;로 이루어지는 것이다.
그리고, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 ‘전극식 잔류염소 센서(2)에 대한 검량선으로 저장하는 자동 보정 단계’는 주기적으로 이루어지는 질 수 있는데, 주기가 짧을수록 검량선의 신뢰성은 더욱 향상되는 것이지만 DPD 시약을 이용하여 잔류염소를 측정하는 시약식 잔류염소 측정모듈(12)의 사용빈도가 커짐으로써 시약의 낭비가 커질 수 있으므로 이들을 종합적으로 고려하여 자동 보정 주기를 결정하게 되는 것으로서, 1 내지 14일의 주기가 바람직한 것이고, 나아가 자동 보정 주기는 4 내지 11일인 것이 더욱 바람직한 것이며, 자동 보정 주기가 6 내지 8일인 것이 가장 바람직한 것이다.
또한, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방법에 있어서, ‘시료수조(6)에서 남는 시료는 시료수조 시료월류밸브(10)를 통해 배출되는 단계’를 더욱 포함하는 것이다.
한편, 본 발명은 상기 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법을 수행하기 위한 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 장치로서, 본 발명에 따른 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 따른 실시예는,
(A) 수질시료를 담수하는 시료수조(6);
(B) 전극식으로 잔류염소를 측정하기 위한 전극식 잔류염소 센서(2);
(C)전극식 잔류염소 센서(2)가 장착되어 측정하고자 하는 시료가 유입 및 배출되는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버(3):
(D) DPD 시약을 이용하여 잔류염소를 측정하는 시약식 잔류염소 측정모듈(12):
(E) 상기 전극식 잔류염소 센서(2)의 신호를 연산 처리하고, 측정 결과를 외부로 송출하는 전자부;를 포함하여 이루어지는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
그리고, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전극식 잔류염소 센서(2)는 폴라로그래픽 방식의 전극 센서, 갈바닉 전극 센서, 암페로메트릭 전극 센서로부터 선택될 수 있는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
또한, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시약식 잔류염소 측정모듈(12)은 시약주입부, 시료주입부, 반응부, 발광부, 수광부를 일체형으로 하여 컴팩트한 구조로 이루어진 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
그리고, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 장치에 있어서, 상기 전자부는 센서부에서 측정된 수질정보를 디지털화하는 신호처리변환부; 상기 신호처리변환부로부터 전송받은 데이터를 처리하는 마이크로프로세서; 및 처리된 데이터 값을 표시하는 디스플레이를 포함하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치에 관한 것이다.
여기서, 본 발명의 측정 과정을 설명하면 다음과 같다. 시료는 시료수조 시료유입밸브(9)를 통해 시료수조(6)로 연속으로 유입되며 시료수조(6)의 시료는 시료수조 시료배출밸브(7)를 통해 배출된다.
그리고 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버(3)에 장착되어 있는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료유입밸브(5)를 통해 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버(3)로 유입된다. 유입된 시료는 전극식 잔류염소 센서(2)와 접촉하며 이때 발생하는 전류신호를 마이크로프로세서(1)로 전송한다. 마이크로프로세서(1)에는 전류값 대 농도의 검량선이 미리 저장되어 있어 전류값에 따라 농도를 계산하여 마이크로프로세서(1)에 부착되어 있는 모니터에 표시한다. 시료수조(6)에서 남는 시료는 시료수조 시료월류밸브(10)를 통해 배출된다.
앞에서도 설명한 바와 같이, 측정시간이 경과하면 전극식 잔류염소 센서(2)의 열화, 조건 변화 등에 따라 같은 잔류염소 농도의 시료에 대해서 전류값이 변하게 된다. 그러므로 교정하여 측정을 시작한 후 일정 기간이 경과되면 실제 농도보다 낮게 측정되게 된다. 그리고 시간 경과에 따라 측정농도는 계속 낮아지게 된다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 본 발명에서는, 경시변화가 거의 없으며 조건 변화에도 안정적인 시약식 잔류염소 측정을 통하여 전극식 잔류염소 측정 장치를 보정하고자 하였다. 더욱 구체적으로 설명하면 주기적으로 시약식으로 잔류염소를 측정하여 얻어진 농도값을 이용하여 전극식 잔류염소 센서(2)를 재교정하는 것이다. 즉 시약식 잔류염소 측정 농도값과 전극식 잔류염소 센서(2)의 전류값을 이용하여 교정곡선을 다시 작성하여 전극식 잔류염소 센서(2)에 대한 검량선으로 저장한다.
본 발명의 사상을 구체화하기 위하여 전극식 잔류염소 측정기와 시약식 잔류염소 측정기를 단순하게 결합하는 것만으로는 장치의 크기가 너무 커지며 가격 경쟁력도 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에서는 반응부와 광학계가 일체화된 시약식 잔류염소 측정모듈(12)을 고안하였다.
도 2 및 도 3을 이용하여 시약식 잔류염소 측정모듈(12)에 대해 설명하고자 한다. 설정된 주기에 따라 마이크로프로세서(1)에서 시약식 잔류염소 측정모듈(12)로 측정시작 신호를 전송하면 시료수조 시료배출 삼방향전동밸브(8)를 시료수조(6) 방향으로 열고 시료 이송펌프(11)을 가동하여 시료를 시약식 잔류염소 측정모듈 플로우챔버(15)로 이송한다. 시료를 계속 주입하면 시약식 잔류염소 측정모듈 시료유입구(13)를 통하여 반응부(16)를 거쳐 믹싱 루프(20)를 통과한 후 시약식 잔류염소 측정모듈 시료배출구(14)를 통해 배출된다. 이러한 연속적인 시료 유입 및 배출은 시약식 잔류염소 측정모듈 플로우챔버(15)의 세정 시에 이용할 수 있다.
한편, 측정 시에는 시약식 잔류염소 측정모듈 플로우챔버(15)가 비어있는 상태에서 시료가 믹싱 루프(20)까지 도달하지 않도록 일정량의 시료를 주입한 후 시료이송펌프(11)를 멈춘다. 이후 발색시약 투입펌프(17)와 버퍼시약 투입펌프(18)를 가동하여 분석시약을 반응부(16)쪽으로 주입한다. 이후에 공기 주입 펌프(19)를 가동하여 분석시약을 반응부(16)로 완전히 이송한다. 이후에 시료수조 시료배출 삼방향전동밸브(8)를 공기방향으로 열고 시료이송펌프(11)를 가동하여 반응부(16)에 위치한 시료를 믹싱 루프(20)로 이송한다. 분석시약이 첨가된 시료는 믹싱 루프(20)에 위치하면서 분석시약과 시료 간에 발색 반응이 일어나게 된다. 분석시약과 시료를 일정시간 정치하여 반응시킨 후 시료이송펌프(11)를 가동하여 시약식 잔류염소 측정모듈 시료배출구(14)를 통하여 배출시킨다. 이 과정에서 램프(21)를 켜고 광검지관(22)으로 광량을 전기신호로 측정한다. 미리 작성하여 입력한 검량선을 이용하여 측정되는 전기신호에 따른 농도값을 계산한다.
이러한 방법으로 시약식 잔류염소 측정방법을 통해 정확한 농도값을 알게 되면 농도값을 활용하여 전극식 잔류염소 측정을 위한 검량선을 주기적으로 재교정한다.
시약식 잔류염소 측정모듈 플로우챔버(15)는 투명 플라스틱을 가공하여 제작하는 것이 바람직하며, 불투명 플라스틱을 가공하여 제작할 경우에는 램프(21)와 광검지관(22)부분을 투명한 아크릴, 폴리카보네이트 또는 유리 재질의 윈도우를 끼우는 형태로 제작할 수 있다.
시약식으로 잔류염소의 농도를 측정하여 전극식 잔류염소 측정 장치를 재교정하여 보정하는 방법은 잔류염소 자동 측정 장치에만 국한하는 것은 아니다. 전극식 수질센서의 경우 시료의 특성, 경시변화 등에 의해 검량선이 바뀌는 경우가 종종 발생하므로 이러한 항목에도 본 발명의 보정방법을 적용할 수 있다. 특히 중금속을 측정하는 ISE전극의 경우 시약식으로 중금속을 측정하여 보정하면 자동 측정 장치의 유지관리 주기를 길게 할 수 있다.
시약식 잔류염소 측정값으로 전극식 잔류염소 측정값을 보정하는 방식은 자동 주기 보정 기능과 자동 오차인식 보정 기능으로 구분할 수 있다.
첫째, 자동 주기 보정 기능은 설정된 측정 주기에 따라 시약식 잔류염소 측정값으로 전극식 잔류염소 측정값을 보정하는 방식이다. 보정을 위한 시약식 잔류염소 측정 주기를 짧게 할수록 보정된 전극식 잔류염소 측정값의 변동이 작아지게 된다.
둘째, 자동 오차인식 보정 기능은 최초 측정한 전극식 잔류염소 측정값과 연속적으로 측정한 전극식 잔류염소 측정값을 비교하여 재교정을 통한 보정을 수행하는 것이다. 즉 최초 전극식 잔류염소 측정값이 0.320ppm일 때 설정값을 0.02ppm으로 설정하면 전극식 잔류염소 측정값이 0.340ppm 이상이거나 0.300ppm 이하로 측정될 경우 시약식 잔류염소 농도를 측정하여 재교정한 후 전극식 잔류염소 측정값을 보정하는 방식이다.
교정 및 보정 방법을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다. 전극식 잔류염소 센서(2)에서 출력되는 디지털신호 또는 아날로그 신호는 마이크로프로세서(1)로 입력된다. 아날로그 신호를 이용하는 방법을 예로 설명하면, 전극식 잔류염소 측정값이 0 ~ 20㎂의 범위로 마이크로프로세서(1)로 입력되는 경우 이 전류값은 ADC변환기를 통해 디지털신호로 변환된다. 16bit ADC 변환기를 이용하면 0 ~ 65,535의 ADC값으로 변환된다. 전극식 잔류염소를 측정한 결과가 0ppm의 표준용액의 ADC값은 2,500이며 2ppm 표준용액의 ADC값이 48,300이라고 가정한다. 0ppm일때의 ADC값으로 제로보정을 하여 0ppm일 때 ADC값을 0으로 하고 2ppm의 ADC값은 45,800으로 계산된다. 이때 검량선은 절편 없는 1차식으로 표시되며 상수값은 표준농도/ADC값 = 2ppm/45,800 = 4.37 X 10- 5으로 계산된다. 즉 1차식의 검량선에 기울기( 상수값 )로 4.37 X 10- 5이 결정된다. 검량선은 마이크로프로세서(1)의 검량선 작성모드에서 0ppm표준과 2ppm 표준을 측정하면 자동으로 작성되며 마이크로프로세서(1)에 상수값이 저장된다.
보정하는 방법은 시약식 잔류염소 측정모듈(12)에서 측정된 잔류염소값을 이용한다. 즉 시약식 잔류염소 측정모듈(12)에서 측정된 농도값과 전극식 잔류염소 센서(2)에서 얻어진 16bit ADC값을 이용하여 검량선을 재작성한다. 전극식 잔류염소를 측정하여 ADC값이 7,000인 경우 전극식 잔류염소 측정값은 ADC값 X 기울기(상수값) = 7,000 X (4.37X10-5) = 0.306ppm이 된다. 이때 시약식 측정값이 0.32ppm이라고 가정하면 시약식 잔류염소 측정값을 이용하여 검량선을 재작성한다. 시약식 잔류염소 측정값을 이용한 기울기는 0.32ppm / 7,000 = 4.57 X 10-5 이 얻어진다. 따라서 마이크로프로세서(1)에 저장되는 기울기의 상수값은 최초의 기울기인 4.37 X 10-5 대신에 4.57 X 10- 5 로 변경하게 된다. 보정 후 측정을 개시하면 새로운 검량선을 이용하게 되며 전극식 잔류염소를 측정하면 7,000 X (4.57 X 10-5) = 0.320ppm으로 계산되어 표시된다.
실시예를 이용하여 본 발명에 대해 더욱 자세히 설명하고자 한다.
[실시예 1]
잔류염소가 0ppm, 2ppm인 표준시료를 이용하여 전극식 잔류염소 센서(2)를 교정하였다. zero보정된 잔류염소 표준시료 2ppm의 ADC값은 45,800으로 최초 검량선의 기울기가 농도/ADC값 = 2ppm/45,800 = 4.37 X 10- 5으로 계산된다. 자동 주기 보정 기능을 활성화시키고 측정 주기를 7일로 한 이후 측정 장치에 표준시료를 연속으로 주입하면서 연속측정을 시작하였다. 표준시료는 차아염소산을 이용하여 제조하였으며 잔류염소의 농도가 0.317 ～ 0.323ppm이 되도록 제조하였다. 자동 주기 보정 기능에서 주기를 7일로 하였으므로 시료의 잔류염소 농도는 시약식 잔류염소 측정모듈(12)을 7일에 1회 가동하여 자동 보정이 수행된다. 1주일 간격으로 시약식 잔류염소 농도 측정값으로 검량선을 보정하면서 측정된 전극식 잔류염소 측정농도 결과를 표 1에 나타내었다. 또한 4주간의 측정결과를 도 4에 나타내었다. 표 1에서 1주일 단위로 기울기가 변경되어 보정되는 것을 알 수 있다. 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치는 측정시간 경과에 따라 측정값이 서서히 낮아지지만, 1주일 주기로 다시 정확한 값으로 회복되는 것을 도 4에서 확인하였다.
측정 ADC 전극식 잔류염소 센서
측정값 (ppm)		 검량선 상수값 보정후
측정값(ppm)
최초 측정 7315 0.320 4.37 0.319
1주 6986 0.305 4.58 0.320
2주 6805 0.297 4.71 0.321
3주 6586 0.288 4.87 0.321
4주 6345 0.277 5.04 0.320
[실시예 2]
제로 보정된 2ppm 표준용액의 ADC값이 45,650이어서 최초 교정 시 1차식 검량선의 기울기가 4.38 X 10-5이며, 자동주기 보정 기능의 설정값을 1일로 하여 1일 간격으로 시약식 잔류염소 농도 측정값으로 검량선을 보정하면서 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시험하였다. 1주일 간격으로 검량선을 보정한 경우에 비하여 1일 주기로 보정한 실시예 2의 경우에 더욱 안정적으로 측정되는 것을 확인하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 3]
제로 보정된 2ppm 표준용액의 ADC값이 45,800이어서 최초 교정시 1차식 검량선의 상수값이 4.37 X 10-5이며, 자동 오차인식 교정기능에서 설정값을 0.15로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시험하였다. 시약식으로 측정된 잔류염소 농도와 전극식으로 측정된 잔류염소 농도의 차이가 0.2ppm이상 차이가 날 때 자동 보정이 이루어져 정확성 있는 측정이 가능한 것을 확인하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.
[비교실시예 1]
제로 보정된 2ppm 표준용액의 ADC값이 45,720이어서 최초 교정시 1차식 검량선의 기울기가 4.37X10-5이며, 시약식 잔류염소 측정값으로 보정을 하지 않고 연속으로 720시간동안 잔류염소 농도를 측정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시험하였다. 한 시간 간격으로 데이터를 측정한 결과를 도 7에 나타내었다.
시약식 잔류염소 측정값으로 보정하지 않은 비교실시예 1의 경우 4주 경과후 전극식 잔류염소 측정값이 최초 측정값과 비교하여 약 15%정도 낮아지는 것을 알 수 있다.
1 마이크로프로세서
2 전극식 잔류염소 센서
3 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버
4 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료배출밸브
5 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료유입밸브
6 시료수조
7 시료수조 시료배출밸브
8 시료수조 시료배출 삼방향전동밸브
9 시료수조 시료유입밸브
10 시료수조 시료월류밸브
11 시료이송펌프
12 시약식 잔류염소 측정모듈
13 시약식 잔류염소 측정모듈 시료유입구
14 시약식 잔류염소 측정모듈 시료배출구
15 시약식 잔류염소 측정모듈 플로우챔버
16 반응부
17 발색시약 투입펌프
18 버퍼시약 투입펌프
19 공기 주입 펌프
20 믹싱 루프
21 램프
22 광검지관

Claims (9)

  1. 전극식 잔류염소 자동 측정 방법으로서,
    (1) 시료를 시료수조 시료유입밸브를 통해 시료수조로 연속으로 유입시키는 단계;
    (1a) 시료수조에서 남는 시료는 시료수조 시료월류밸브를 통해 외부로 배출되는 단계;
    (2) 상기 시료수조의 시료를 시료수조 시료배출밸브를 통해 배출시키는 단계;
    (3) 상기 시료수조 시료배출밸브를 통해 배출된 시료를 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버에 장착되어 있는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버 시료유입밸브를 통해 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버로 유입시키는 단계;
    (4) 상기 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버로 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서와 접촉하는 단계;
    (5) 상기 유입된 시료가 전극식 잔류염소 센서와 접촉하는 단계에서 발생하는 전류값을 전류값 대 농도의 검량선이 미리 저장되어 있는 마이크로프로세서로 전송하는 단계;
    (6) 상기 마이크로프로세서로 전송된 전류값에 의하여 농도를 계산하여 마이크로프로세서에 부착되어 있는 모니터에 표시하는 단계;
    (7) 시약식으로 잔류염소를 측정하여 얻어진 농도값과 전극식 잔류염소 센서로 잔류염소를 측정하여 얻어진 전류값을 이용하여 교정곡선을 다시 작성하여 전극식 잔류염소 센서에 대한 검량선으로 저장하는 자동 보정 단계;
    로 이루어지는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법에 있어서, 상기 '(7) 시약식으로 잔류염소를 측정하여 얻어진 농도값과 전극식 잔류염소 센서로 잔류염소를 측정하여 얻어진 전류값을 이용하여 교정곡선을 다시 작성하여 전극식 잔류염소 센서에 대한 검량선으로 저장하는 자동 보정 단계'는 1 내지 8일의 주기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항의 방법을 수행하기 위한 장치로서, 수질시료를 담수하는 시료수조; 전극식으로 잔류염소를 측정하기 위한 전극식 잔류염소 센서; 전극식 잔류염소 센서가 장착되어 측정하고자 하는 시료가 유입 및 배출되는 전극식 잔류염소 센서 플로우챔버: DPD 시약을 이용하여 잔류염소를 측정하는 시약식 잔류염소 측정모듈: 상기 전극식 잔류염소 센서의 신호를 연산 처리하고, 측정 결과를 외부로 송출하는 전자부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전극식 잔류염소 센서는 폴라로그래픽 방식의 전극 센서, 갈바닉 전극 센서, 암페로메트릭 전극 센서로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 시약식 잔류염소 측정모듈은 시약주입부, 시료주입부, 반응부, 발광부, 수광부를 일체형으로 하여 컴팩트한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전자부는, 센서부에서 측정된 수질정보를 디지털화하는 신호처리변환부; 상기 신호처리변환부로부터 전송받은 데이터를 처리하는 마이크로프로세서; 및 처리된 데이터 값을 표시하는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 보정 기능을 갖는 전극식 잔류염소 자동 측정 장치.
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