CN2288442Y - 一种水中磷酸盐含量自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种水中磷酸盐含量自动检测装置,它利用公认的精度较高的电位滴定法对水中磷酸盐含量进行间歇分析或连续分析。它由水样预处理装置,加药装置,检测池,中央数据处理***和控制装置组成,检测池上部装有离子选择性电极和参比电极,检测池通过管路电磁阀,过滤器与溢流器的出口连接,溢流器另一出口通到排水槽。加药电磁阀装在检测池上部,试剂箱底部通过液位传感器与控制装置中微控制器连接。本实用新型具有结构比较简单,测量精度较高,维护检修费用低的特点,适合普遍推广应用。

Description

一种水中磷酸盐含量自动检测装置

本实用新型涉及到一种检测水中磷酸盐(正磷酸盐)含量的装置，特别是涉及到在线监测锅炉炉水中磷酸盐含量的自动检测装置。

公知的检测水中磷酸盐(正磷酸盐)含量的装置，皆采用分光光度法，即水样中的磷酸盐酸性介质中与钼酸盐和偏钒酸盐形成黄色的磷钒钼酸，显色后测定其吸光度。或者是磷酸盐在酸性介质中与钼酸盐生成钼磷酸，再用还原剂还原成磷钼蓝，显色后测定其吸光度，吸光度换算成磷酸盐实际含量。这是图为，能够直接测定水中磷酸盐(磷酸根)的离子选择性电极在灵敏度、选择性、稳定性、寿命等各方面性能还不成熟，尚无商品化的电极供应。而采用分光光度法检测水中磷酸盐含量，反应时间一般2～4分钟，需加入三种试剂，校验时需用“空白”和“满度”两种标准水样。

采用这种原理的代表产品有国产的GDL-03型磷酸根自动分析仪，美国HACB公司的2359型等。

还有几种型号产品，如国产的DY9010型和法国Polymetron公司的产品，虽然具体流程采用了流动注射分析法，其反应机理仍然是经典的磷钼钒黄或磷钼蓝分光光度法，技术指标也没有提高，某些进口产品的响应时间要在10分钟以上，结构也十分复杂，维修困难。

公知的采用分光光度法的磷酸盐含量的自动检测装置，需控制多种试剂、标样的加入和反应过程，反应时间比较长，试剂的消耗量较大，反应生成物易污染比色皿，污染后的比色皿很难清洗，造成零点漂移。光电转换***自身的漂移也比较严重，通常要采用参比比色皿和参比光电池等措施来稳定其工作特性，结构更加复杂，维护检修费用和工作量都比较大。

和检测水中硅酸根含量的方法相似，使用分光光度法检测水中磷酸盐含量的方法还有一个严重的缺点，就是磷酸盐与钼酸盐生成的杂多酸，也具有α型和β型两种异构体，其中β型的吸光度比α型高得多，又是不稳定的，不断向α型转化，这两种异构体的比例和转化速率最终对总吸光度的影响，造成在使用过程中读数的不稳定和误差加大。

本实用新型的目的是提供一种利用公认的精度较高的电位滴定法对水中磷酸盐含量进行间歇分析或连续分析的新型的磷酸盐含量自动检测装置。它具有自动检测，精度较高，结构比较简单，维护检修费用和工作量较少的特点。

本实用新型的目的是通过如下方案实现的，它由水样预处理装置，加药装置，检测池，中央数据处理***和控制装置组成，其特征在于：检测池(9)上部装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，检测池通过管路电磁阀(5)，过滤器(28)与溢流器(2)的出口(4)连接，溢流器另一出口与入口调节阀(1)连接，溢流器(2)中还装有溢流管(3)，用管路连通到排水槽(8)，选择性电极(13)和参比电极(14)与控制装置中高阻转换器(20)连接，试剂箱(16)，通过管路和流量计(17)、加药电磁阀(18)与检测池(9)连通，加药电磁阀(18)装在检测池(9)上部，试剂箱底部通过液位传感器(19)与控制装置中微控制器(22)连接，流量计(17)也与微控制器(22)连接，检测池底部还装有排水电磁阀(11)。在入水调节阀(1)和溢流器(2)之间装有温度传感器(6)。检测池(9)上端装有机械搅拌器(15)。试剂箱(16)安装在装置中最高处。中央数据处理***和控制装置由高阻转换器(20)、A/D转换器(21)、微控制器(MCU)(22)、专用***芯片(23)、显示器(24)、打印机(25)、输出电路(26)和小健盘(27)组成。本实用新型还可以采用如下方案实现，流通式检测池(31)内装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，两个电极均与控制装置中高阻转换器(20)连接，检测池一端与延时反应管道(30)连接后再分别与试剂箱(16)和溢流器(2)的出口(4)连接，检测池另一出口与排水槽(8)连通，溢流器内装有溢流管(3)与排水槽(8)连通，溢流器底部的出口与入口调节阀连接，延时反应管道(30)和溢流器出口(4)之间装有过滤器(28)和管路电磁阀(5)，试剂箱(16)底部装有液位传感器(19)与控制装置中微控制器(22)连接。试剂箱(16)出口与延时反应管道(30)之间装有一加药泵(29)。

本实用新型的优点是，结构简单，测量准确，误差率小，测量结果稳定，试剂耗量少，维护检修费用低，便于普遍推广应用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

图1为本实用新型外观结构示意图。

图2为本实用新型零部件连接原理图。

图3为本实用新型另一种零部件连接原理图。

图4为本实用新型又一种零部件连接原理图。

图5为图3所表示连接方式显示出的试剂在纯水中的浓度变化曲线。

图6为本实用新型中离子选择性电极和参比电极测得的电位变化曲线。

图7为图4所表示的连接方式显示出的试剂在纯水中的浓度变化曲线。

图中1为入口调节阀，2为溢流器，3为溢流管，4为溢流器出口，5为电磁阀，6为温度传感器，7为水流传感器，8为排水槽，9为检测池，10为溢流管，11为排水电磁阀，12为水位传感器，13为离子选择性电极，14为参比电极，15为机械搅拌器，16为试剂箱，17为流量计，18为加药电磁阀，19为液位传感器，20为高阻转换器，21为A/D转换器，22为微控制器(MCU)，23为专用***芯片，24为显示器，25为打印机，26为输出电路，27为小健盘，28为过滤器，29为加药泵，30为延时反应管道，31为流通式检测池，32为为水样泵，33为机箱，34为机内各部分供电的多路电源，35为自动标定用的标准水样箱，36为标准水样进样电磁阀。

本实用新型中所有零部件可以外购、外协或在一般仪器厂均可加工制造，备齐所有零部件后参照附图装配即可。

实施例1：图2表示的实施例1使用的是间歇分析法，水样预处理***由水样入口调节阀(1)、溢流器(2)、电磁阀(5)和排水槽(8)组成，水样入口调节阀(1)用以调节水样流量，调节阀(1)的出口与溢流器(2)下部连接，溢流器(2)的中部装有溢流管(3)，通向排水槽(8)，溢流器(2)下部的出口(4)经过过滤器(28)与电磁阀(5)的入口连接，使用时水样由溢流器下部进入，大部分经溢流管(3)排至排水槽(8)，少量水样由溢流器出口、过滤器流至电磁阀(5)的入口。间歇分析法所用的检测池(9)是一个园杯形容器，电磁阀(5)的出口接到检测池(9)的上部，检测池99)的上部还装有溢流管(10)，溢流管的另一端接到排水槽，检测池下部还装有排水电磁阀(11)，排水电磁阀的排水管也接到排水槽，检测池中部装有水位传感器(12)，检测池上部还装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，其中的离子选择性电极根据所用试剂不同可选用银离子选择性电极或铅离子选择性电极，机械搅拌器电机(15)也安装在检测池上部。加药***由试剂箱(16)、流量计(17)和加药电磁阀(18)组成，试剂箱(16)安装在本装置的最高处，底部出口接有流量计(17)，流量计(17)的出口与加药电磁阀(18)连接，加药电磁阀(18)的出口也装在检测池(9)的上部。试剂箱(16)底部还装有液位传感器(19)，用于缺试剂时检测报警。中央数据处理及控制***由高阻转换器(20)、A/D转换器(21)、微控制器(MCU)(22)、专用***芯片(23)、显示器(24)、打印机(25)、输出电路(26)和小健盘(27)组成，离子选择性电极(13)和参比电极(14)连接在高阻转换器(20)上，高阻转换器(20)的输出电压由A/D转换器(21)进行转换后送至微控制器(22)，微控制器(22)接有专用***芯片(23)，型号为PSD3××/4××/5××可编程***芯片系列，用于实现ROM、SRAM、锁存器、可编程I/O口、加密等多种功能，显示器(24)、打印机(25)和输出电路(26)都连接在***芯片(23)的I/O口上，其中的输出电路26具有模拟电流输出和数字输出两种远传输出方式，小健盘(27)连接在微控制器22上，用于输出检查指令，微控制器(22)的各I/O口上，还分别接有各个温度传感器(6)、液位传感器(12)、(19)、水流传感器(7)流量计(17)以及控制各个电磁阀的驱动电路(图中没有绘出)。显示器(24)是一个内藏有驱动器和控制器的点阵图形式液晶显示器模块，它在微控制器(22)的控制下，对分析过程中的电位变化趋势进行模拟显示和分析结果的数字显示，对于各种校表操作提示和故障报警内容皆采用汉字显示，非常直观方便。实施例1的工作过程为微控制器(22)控制电磁阀(5)开启，水样注入检测池(9)，溢流后关闭电磁阀(5)，开启排水阀(11)，排水至水位传感器(12)发出信号时关闭排水阀(11)，实现定量采样，然后加药电磁阀(18)开启，试剂加入水样，微控制器(22)不断采集离子选择性电极(13)和参比电极(14)输出的电位，在滴定终点，电位发生突变，微控制器(22)关闭加药电磁阀(18)并统计流量计(17)测得的试剂消耗量，与已存入微控制器的标准水样的试剂消耗量相比较，计算出水样中的磷酸盐含量，同时进行数据的显示、打印和输出。当水样意外超温、断水样或缺试剂时微控制器(22)会自动报警停机。

实施例2：图3表示的是实施例2的组成示意图。它的中央数据处理及控制***与实施例1相同故不再重复绘出，水样预处理***也完全相同。在图3中，试剂箱(16)出口接有一个可精确控制加药量的加药泵(29)，这个加药泵可以是由步进电机驱动的柱塞泵或是类似的具有精密反馈***的加药泵，加药泵(29)的出口与水样管道连接，再经过延时反应管道(30)接到密闭的流通式检测池(31)，检测池装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，出口接到排水槽(8)。实施例2使用了精度较高的三角形程序滴定法，其工作过程和原理是：经过溢流器(2)稳流的水样流量是恒定的，微控制器(22)控制加药泵(29)的试剂体积流速，使其在纯水中的浓度变化呈现一个等腰三角形的模式，如图5所示。水样中的磷酸盐与浓度变化的试剂反应，相当于正常滴定和反向滴定各一次，图6是离子选择性电极(13)和参比电极(14)测得的电位变化曲线，曲线上出现了上升与下降两个滴定终点，两个滴定终点之间所耗费的时间，即图6中的T，与水样中的磷酸盐含量成反比，微控制器(22)将T与已存入微控制器的标准水样的T值相比较，计算出水样中的磷酸盐含量，同时进行数据的显示、打印和输出。

实施例3：图4是实施例3的组成示意图。它的中央数据处理及控制***与实施例1或实施例2相同故不再重复绘出，水样预处理***也完全相同。在图4中，与实施例2不同的是，试剂箱(16)出口也接有一个加药泵(29)，但是这个加药泵是固定加药量的柱塞泵、电磁隔膜泵或是其它类型的加药泵，试剂箱安装位置较高时，也可以使用电磁阀进行加药。由于实施例3使用了较细的、阻力较大的管道，增加了水样泵(32)，水样泵(32)通常采用蠕动泵，驱动水样并保持流速稳定。与实施例2相同，加药泵(29)的出口与水样管道连接，再经过延时反应管道(30)接到密闭的流通式检测(31)，检测池装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，出口接到排水槽(8)。实施例3使用了先进的流动注射分析技术中的注入试剂法(也称为反相流动注射分析，缩写rFIA)，其工作过程和原理是：水样(这里作为载流)流量是恒定的，微控制器(22)控制加药泵(29)定时向水样中注入少量体积的试剂，与实施例2不同，实施3使用了较细的、阻力较大的反应管道(30)，具有较高的分散系数，试剂被注入后，随着载流的流动，沿反应管道轴向变长，形成一个分散的试剂带，当载流为纯水时，在试剂带的中心试剂浓度最大，由中心向两侧浓度依次降低，即具有连续变化的浓度梯度，图7为这个连续变化的浓度梯度示意图。当载流(水样)中含有磷酸盐时，与浓度变化的试剂带反应，在离子选择性电极(13)和参比电极(14)测得的电位变化曲线上也出现了象图6中的上升与下降两个滴定终点，两个滴定终点之间所耗费的时间T，或者是从试剂被注入至两个滴定终点其中的一个终点的时间，或者是试剂与载流的化学反应动力学过程，都可作为微控制器的读出信号进行计算处理，换算成相对应的磷酸盐含量。在实施例3中的电位变化曲线实质上是流动注射分析各种过程的综合反映，由于流动注射分析能够很好地控制分析过程，使这个综合反映得到精确重现，测量精度也很高。在这三个实施例中的水样预处理***中加入一个标准水样箱和电磁阀，由微控制器定时切换，即可实现自动校验。

本实用新型作为一种精确的、快速的在线监测磷酸盐含量的自动检测装置，特别适合替代公知的仪表产品，用来控制锅炉加药泵的加药量，实现锅炉炉内水处理的加药自动化。

Claims (7)

1、一种水中磷酸盐含量自动检测装置，它由水样预处理装置，加药装置，检测池，中央数据处理***和控制装置组成，其特征在于：检测池(9)上部装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，检测池通过管路电磁阀(5)，过滤器(28)与溢流器(2)的出口(4)连接，溢流器另一出口与入口调节阀(1)连接，溢流器(2)中还装有溢流管(3)，用管路连通到排水槽(8)，选择性电极(13)和参比电极(14)与控制装置中高阻转换器(20)连接，试剂箱(16)，通过管路和流量计(17)、加药电磁阀(18)与检测池(9)连通，加药电磁阀(18)装在检测池(9)上部，试剂箱底部通过液位传感器(19)与控制装置中微控制器(22)连接，流量计(17)也与微控制器(22)连接，检测池底部还装有排水电磁阀(11)。

2、根据权利要求1所述的一种水中磷酸盐含量自动检测装置，其特征在于：在入水调节阀(1)和溢流阀(2)之间装有温度传感器(6)。

3、根据权利要求1所述的一种水中磷酸盐含量自动检测装置，其特征在于：检测池(9)上端装有机械搅拌器(15)。

4、根据权利要求1所述的一种水中磷酸盐含量自动检测装置，其特征在于：试剂箱(16)安装在装置中最高处。

5、根据权利要求1所述的一种水中磷酸盐含量自动检测装置，其特征在于：中央数据处理***和控制装置由高阻转换器(20)、A/D转换器(21)、微控制器(MCU)(22)、专用***芯片(23)、显示器(24)、打印机(25)、输出电路(26)和小健盘(27)组成。

6、一种水中磷酸盐含量自动检测装置，其特征在于：流通式检测池(31)内装有离子选择性电极(13)和参比电极(14)，两个电极均与控制装置中高阻转换器(20)连接，检测池一端与延时反应管道(30)连接后再分别与试剂箱(16)和溢流器(2)的出口(4)连接，检测池另一出口与排水槽(8)连通，溢流器内装有溢流管(3)与排水槽(8)连通，溢流器底部的出口与入口调节阀连接，延时反应管道(30)和溢流器出口(4)之间装有过滤器(28)和管路电池阀(5)，试剂箱(16)底部装有液位传感器(19)与控制装置中微控制器(22)连接。

7、根据权利要求6所述的一种水中磷酸盐含量自动检测装置，其特征在于：试剂箱(16)出口与延时反应管道(30)之间装有一加药泵(29)。

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