CN110568144A - 一种氨氮检测的温度补偿方法 - Google Patents
一种氨氮检测的温度补偿方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110568144A CN110568144A CN201910931224.7A CN201910931224A CN110568144A CN 110568144 A CN110568144 A CN 110568144A CN 201910931224 A CN201910931224 A CN 201910931224A CN 110568144 A CN110568144 A CN 110568144A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ammonia nitrogen
- temperature
- formula
- temperature compensation
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 64
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/1813—Specific cations in water, e.g. heavy metals
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/152—Water filtration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Algebra (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
一种氨氮检测的温度补偿方法，属于水质检测技术领域，为了解决只针对传感器进行温度补偿时，在低温环境下温度补偿误差大的问题，该方法包括以下步骤：步骤一，建立z(x，y)与x、y的函数关系：步骤二，采集不同温度下传感器检测氨氮的输出示数；步骤三，确定z(x，y)的目标函数：步骤四，求解步骤一建立的函数系数的最优解步骤五，建立温度补偿模型；该方法利用数学优化技术建立了关于氨氮水样和氨氮传感器的融合氨氮温度补偿模型。该模型对低温环境检测具有良好的补偿效果，能将某温度的氨氮浓度实时补偿为标准温度(20℃)的氨氮浓度值，能通过对温度实验数据更改对模型实现二次修正，以提高模型精度，补偿精确度高。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，特别是一种氨氮检测的温度补偿方法。
背景技术
近些年来，氨氮的过量排放已经逐渐成为我国多数河流污染的主要因素，基于电化学法的氨氮传感器具有携带方便，检测快速高效等特点，广泛应用于野外水质在线监测。由能斯特理论可知温度变化会对氨氮传感器的响应产生影响，通常野外水温变化范围为0℃至35℃左右，会对氨氮传感器检测产生显著干扰。
针对温度变化对氨氮检测的干扰问题，作者为吴志广等在期刊《分析试验室》上，发表了题目为“基于氨气敏电极的氨氮在线检测仪补偿模型”的论文，文中只是根据氨氮传感器的理论原理探究了温度对传感器的影响，通过能斯特方程推导出理论上的温度补偿方法，对传感器进行温度补偿，但是在野外实际检测过程中，温度的变化不但对传感器会产生影响，也会对氨氮在水中的存在形式产生影响，特别是低温环境下(0—20℃)影响更为显著。所以，现有技术对传感器进行温度补偿存在低温环境下补偿误差大的问题。
发明内容
本发明为了解决只针对传感器进行温度补偿时，在低温环境下温度补偿误差大的问题，提供一种通过数学优化技术对氨氮实验数据进行处理建立氨氮温度补偿模型的方法。通过对氨氮传感器输出值、氨氮溶液标准值和温度的数据融合处理可以对水样和传感器同时进行温度补偿，该方法可以将某温度的氨氮浓度实时补偿为标准温度(20℃)的氨氮浓度。
本发明采用的技术方案是：
一种氨氮检测低温补偿方法，其特征是,包括以下步骤：
步骤一，建立z(x，y)与x、y的函数关系：
z(x，y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3
(1)；
式(1)中：x表示样本温度，y表示氨氮传感器输出示数，z(x，y)表示标准温度下氨氮标准浓度，a0,a1,…a9为式(1)的系数；
步骤二，采集不同温度下传感器检测氨氮的输出示数；
利用氨氮传感器检测不同温度下，不同标准浓度的氨氮样本，获得n组氨氮检测记录为(xi，yi，zi)，i＝1，2，3…n，xi∈x、yi∈y、zi∈z(x，y)；
步骤三，确定z(x，y)的目标函数：
式(2)中是式(1)中a0、a1，…a9的最优解；
步骤四，求解式(1)系数的最优解
利用最小二乘法求解式(2)，需要满足式(3)：
求解式(3)得：
式(4)中：
b＝(z1，z2，...，zn)T (6)；
步骤五，建立温度补偿模型；
将式(4)所求的系数带入(1)式，得到：
本发明的有益效果在于：利用数学优化技术建立了关于氨氮水样和氨氮传感器的融合氨氮温度补偿模型。该模型对低温环境检测具有良好的补偿效果，能将某温度的氨氮浓度实时补偿为标准温度(20℃)的氨氮浓度值，能通过对温度实验数据更改对模型实现二次修正，以提高模型精度，补偿精确度高。通过对数据层次的融合处理对不同类型、品牌氨氮传感器只需修改相关实验数据就能进行温度补偿，普适性强。
附图说明
图1：本发明一种氨氮检测的温度补偿方法流程图。
图2：本发明温度实验采集样本点分布图。
图3：本发明所述温度补偿模型三维示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明为了解决只针对传感器进行温度补偿时，在低温环境下温度补偿误差大的问题，提供一种通过数学优化技术对氨氮实验数据进行处理建立氨氮温度补偿模型的方法。通过对氨氮传感器输出值、氨氮溶液标准值和温度的数据融合处理可以对水样和传感器同时进行温度补偿，该方法可以将某温度的氨氮浓度实时补偿为标准温度(20℃)的氨氮浓度。
如图1所示，一种氨氮检测的温度补偿方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，建立z(x，y)与x、y的函数关系；
x表示样本温度、y表示氨氮传感器输出示数、z(x，y)表示标准温度下氨氮标准浓度。
(x，y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3
(1)；
其中a0,a1,…a9为公式(1)的系数；
步骤二，采集不同温度下传感器检测氨氮的输出示数；
利用氨氮传感器检测不同温度下，不同标准浓度的氨氮样本，获得n组氨氮检测记录为(xi，yi，zi)，i＝1，2，3…n，xi∈x、yi∈y、zi∈z。
如图2所示，温度实验采集样本点分布图；
步骤三，确定关于z(x，y)的目标函数：
是关于未知数的目标函数，其中是式(1)中a0，a1，…a9的最优解；
步骤四，求解式(1)系数的最优解
利用最小二乘法求解式(2)，需要满足式(3)：
求解式(3)得：
式(4)中：
b＝(z1，z2，...zn)T (6)；
步骤五，建立温度补偿模型；
则将步骤二测得的实验数据带入式(4)，解的：
将式(4)所求的系数带入(1)式，得到：
z＝0.9673-0.088x+1.287y+0.00551x2-0.01195xy-0.001303y2-0.0001536x3-
1.979×10-5x2y-3.686×10-5y2x+1.993×10-5y3
(7)。
如图3所示，温度补偿模型三维示意图；
记录传感器检测待测水样的输出示数和水样温度，将数据代入温度补偿模型(7)，从而得到补偿后的值即为水样的氨氮真实含量。例如：所用氨氮传感器在水样温度为5℃时，其输出示数为3.7mg/L，即x＝5，y＝3.7将x、y代入式(7)即可得到标准温度(20℃)氨氮浓度z＝5.06。
氨氮温度补偿模型准确度验证是通过对随机浓度氨氮试剂进行上述温度实验，将实验数据带入温度补偿模型进行补偿，利用公式：拟合误差(％)(准确度)＝|估计质量浓度-实际质量浓度|/实际质量浓度×100％，得到验证数据见表1；
表1
由表1可得，补偿后最大相对误差为3.0％，最小相对误差为-0.20％，误差均在±3％之内，表明本温度补偿模型具有良好的补偿精度。
代入平均偏差公式:
其中，表示平均偏差；σi表示单项测定的误差；n表示测量次数；表示n次测量误差的平均值；表示单项测定结果与平均值的绝对偏差；
计算出平均偏差平均偏差较小表明本模型温度补偿效果良好。
Claims (1)
1.一种氨氮检测低温补偿方法，其特征是,该方法包括以下步骤：
步骤一，建立z(x，y)与x、y的函数关系：
z(x，y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3 (1)；
式(1)中：x表示样本温度，y表示氨氮传感器输出示数，z(x，y)表示标准温度下氨氮标准浓度，a0,a1,…a9为式(1)的系数；
步骤二，采集不同温度下传感器检测氨氮的输出示数；
利用氨氮传感器检测不同温度下，不同标准浓度的氨氮样本，获得n组氨氮检测记录为(xi，yi，zi)，i＝1,2,3…n，xi∈x、yi∈y、zi∈z(x，y)；
步骤三，确定z(x，y)的目标函数：
式(2)中是式(1)中a0、a1,…a9的最优解；
步骤四，求解式(1)系数的最优解
利用最小二乘法求解式(2)，需要(k＝0、1…9)满足式(3)：
求解式(3)得：
式(4)中：
b＝(z1，z2，...，zn)T (6)；
步骤五，建立温度补偿模型；
将式(4)所求的系数带入(1)式，得到：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910931224.7A CN110568144B (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种氨氮检测的温度补偿方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910931224.7A CN110568144B (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种氨氮检测的温度补偿方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110568144A true CN110568144A (zh) | 2019-12-13 |
| CN110568144B CN110568144B (zh) | 2021-08-03 |
Family
ID=68783051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910931224.7A Active CN110568144B (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种氨氮检测的温度补偿方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110568144B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115236149A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-10-25 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 一种基于电化学传感器的水质检测方法和*** |
| CN116434857A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-14 | 青岛思普润水处理股份有限公司 | 一种污水处理***的智能加药设置方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105807340A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-07-27 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种船用温湿度传感器的温度补偿方法 |
| US9500585B2 (en) * | 2014-10-16 | 2016-11-22 | Spectro Scientific, Inc. | Photometer and method for compensating for ambient temperature changes in a photometer |
| CN108717501A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-30 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种传感器的非线性补偿方法 |
| US10317421B2 (en) * | 2014-03-31 | 2019-06-11 | Stmicroelectronics S.R.L | Positioning apparatus comprising an inertial sensor and inertial sensor temperature compensation method |
| CN110057773A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-26 | 南京信息工程大学 | 一种红外气体传感器***及基于AACA-Elman算法的温度补偿方法 |
-
2019
- 2019-09-27 CN CN201910931224.7A patent/CN110568144B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10317421B2 (en) * | 2014-03-31 | 2019-06-11 | Stmicroelectronics S.R.L | Positioning apparatus comprising an inertial sensor and inertial sensor temperature compensation method |
| US9500585B2 (en) * | 2014-10-16 | 2016-11-22 | Spectro Scientific, Inc. | Photometer and method for compensating for ambient temperature changes in a photometer |
| CN105807340A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-07-27 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种船用温湿度传感器的温度补偿方法 |
| CN108717501A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-30 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种传感器的非线性补偿方法 |
| CN110057773A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-26 | 南京信息工程大学 | 一种红外气体传感器***及基于AACA-Elman算法的温度补偿方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| WEI XU ETAL: "Modeling and Analysis of Adaptive Temperature Compensation for Humidity Sensors", 《ELETRONICS》 * |
| 吴志广等: "基于氨气敏电极的氨氮在线检测仪补偿模型", 《分析试验室》 * |
| 李鑫等: "ＣＯＤ 光谱法检测中的波长优化及温度补偿实验研究", 《光学技术》 * |
| 李鑫等: "紫外光谱法检测 ＣＯＤ 时波长和低温影响的探究", 《光谱学与光谱分析》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115236149A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-10-25 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 一种基于电化学传感器的水质检测方法和*** |
| CN116434857A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-14 | 青岛思普润水处理股份有限公司 | 一种污水处理***的智能加药设置方法 |
| CN116434857B (zh) * | 2023-03-24 | 2024-03-15 | 青岛思普润水处理股份有限公司 | 一种污水处理***的智能加药设置方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110568144B (zh) | 2021-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106872378B (zh) | 一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法 | |
| CN110568144B (zh) | 一种氨氮检测的温度补偿方法 | |
| CN101308017B (zh) | 利用基带厚度进行自校的电池极板涂布区厚度在线测量方法 | |
| CN110988272A (zh) | 用于修正氢气传感器的测量值的方法 | |
| CN110220945B (zh) | 半导体气体传感器的全量程温度补偿方法 | |
| AU2020100700A4 (en) | A Correction Method for Gas Sensor Based on Machine Learning | |
| CN110907509B (zh) | 一种电子级混酸中氢氟酸的检测方法 | |
| CN112179858A (zh) | 基于浊度补偿技术的水质检测方法 | |
| CN117426202A (zh) | 一种联合收获机差分式谷物含水率在线检测方法及*** | |
| CN113533472A (zh) | 一种自动温度补偿的实验室pH计 | |
| CN113484376A (zh) | 一种高精度微水传感器零点漂移校正方法及存储设备 | |
| CN112666241A (zh) | 一种区域tvoc监测方法 | |
| CN115389567A (zh) | 水质电导率传感器的温度补偿算法 | |
| CN114755270A (zh) | 含氨纯水介质pH温度补偿测量方法及装置 | |
| CN114002378A (zh) | 气体浓度传感器的浓度检测方法 | |
| CN113970502A (zh) | 基于快速烘箱法的烟叶含水率预测模型构建方法 | |
| CN110567899B (zh) | 一种cod检测低温补偿方法 | |
| CN113588710A (zh) | 一种混合气体的组分浓度检测装置及方法及应用 | |
| Zhao et al. | Comparative experimental study on the stability of two brands of dry block furnace | |
| CN113960256A (zh) | 一种含水仪的温度补偿方法 | |
| CN112067496A (zh) | 确定变温变压条件下瓦斯解吸曲线的方法 | |
| CN113466296B (zh) | 基于离子活度的电导率传感器多点标定方法 | |
| Saha et al. | Embrace the imperfection: How intrinsic variability of roll-to-roll manufactured environmental sensors enable self-calibrating, high-precision quorum sensing | |
| CN114543711B (zh) | 一种气体距离测量***传感数据处理方法 | |
| CN217359696U (zh) | 一种应用于测量混合气体导热系数的传热功率检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |