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水質(zhì)在線分析儀的分類(lèi)及其工作原理
閱讀：2052 發(fā)布時(shí)間：2020-8-3
水質(zhì)在線分析儀又名水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)適用于:水源地監(jiān)測(cè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)站，市政水處理過(guò)程，市政管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)督，農(nóng)村自來(lái)水監(jiān)控;循環(huán)冷卻水、泳池水運(yùn)行管理、工業(yè)水源循環(huán)利用、工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。
分析儀有兩種：pH計(jì)和溶氧分析儀。
1、pH計(jì)的工作原理 水的pH值隨著所溶解的物質(zhì)的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質(zhì)的變化情況。pH值的變化對(duì)生物的繁殖和生存有很大影響，同時(shí)還嚴(yán)重影響活性污泥生化作用，即影響處理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之間。
水在化學(xué)上是中性的，某些水分子自發(fā)地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/l，pH值是氫離子濃度以10為底的對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有過(guò)量的氫離子，則pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過(guò)量，則溶液呈堿性。
pH值通常用電位法測(cè)量，通常用一個(gè)恒定電位的參比電極和測(cè)量電極組成一個(gè)原電池，原電池電動(dòng)勢(shì)的大小取決于氫離子的濃度，也取決于溶液的酸堿度。該廠采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。測(cè)量電極上有特殊的對(duì)pH反應(yīng)靈敏的玻璃探頭，它是由能導(dǎo)電、能滲透氫離子的特殊玻璃制成，具有測(cè)量精度高、抗干擾性好等特點(diǎn)。當(dāng)玻璃探頭和氫離子接觸時(shí)，就產(chǎn)生電位。電位是通過(guò)懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對(duì)照參比電極測(cè)到的。pH值不同，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的電位也不一樣，通過(guò)變送器將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)4～20mA輸出。
全自動(dòng)水質(zhì)分析儀主要采用離子選擇電極測(cè)量法來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)的。儀器上的電極：PH、氟、鈉、鉀、鈣、鎂、和參比電極。每個(gè)電極都有一離子選擇膜，會(huì)與被測(cè)樣本中相應(yīng)的離子產(chǎn)生反應(yīng)，膜是一離子交換器，與離子電荷發(fā)生反應(yīng)而改變了膜電勢(shì)，就可檢測(cè)液，樣本和膜間的電勢(shì)。膜兩邊被檢測(cè)的兩個(gè)電勢(shì)差值會(huì)產(chǎn)生電流，樣本，參考電極，參考電極液構(gòu)成“回路”一邊，膜,內(nèi)部電極液，內(nèi)部電極為另一邊。
內(nèi)部電極液和樣本間的離子濃度差會(huì)在工作電極的膜兩邊產(chǎn)生電化學(xué)電壓，電壓通過(guò)高傳導(dǎo)性的內(nèi)部電極引到到放大器，參考電極同樣引到放大器的地點(diǎn)。通過(guò)檢測(cè)一個(gè)準(zhǔn)確的已知離子濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液獲得定標(biāo)曲線，從而檢測(cè)樣本中的離子濃度。
溶液中被測(cè)離子接觸電極時(shí)，在離子選擇電極基質(zhì)的含水層內(nèi)發(fā)生離子遷移。遷移的離子的電荷改變存在著電勢(shì)，因而使膜面間的電位發(fā)生變化，在測(cè)量電極與參比電極間產(chǎn)生一個(gè)電位差。
當(dāng)下生產(chǎn)氟離子、硝酸根、PH、水硬度(Ca 2 + 、Mg 2 +離子)、K+、Na+多參數(shù)(多項(xiàng))全自動(dòng)水質(zhì)分析儀廠家國(guó)內(nèi)較少，代表性廠家有：深圳市航創(chuàng)醫(yī)療設(shè)備有限公司HC-800全自動(dòng)離子分析儀(計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書(shū)號(hào)：2012C206-44)(PH、氟、硝酸鹽氮)、HC-800全自動(dòng)離子分析儀(PH、 氯、鈉、 水硬度、鉀)、HC-800全自動(dòng)離子分析儀(PH、氯、鈉、鉀、鈣)。
2、溶氧分析儀的工作原理 水中的氧含量可充分顯示水自?xún)舻某潭取?duì)于使用活化污泥的生物處理廠來(lái)說(shuō)，了解曝氣池和氧化溝的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，會(huì)促進(jìn)除厭氧微生物以外的生物活動(dòng)，因而能去除揮發(fā)性物質(zhì)和易于自然氧化的離子，使污水得到凈化。
測(cè)定氧含量主要有三種方法：自動(dòng)比色分析和化學(xué)分析測(cè)量，順磁法測(cè)量，電化學(xué)法測(cè)量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)法測(cè)量。麥該廠采用了COS 4型溶氧傳感器和COM252型溶氧變送器。
氧能溶于水，溶解度取決于溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類(lèi)。大氣壓力越高，水溶解氧的能力就越大，其關(guān)系由亨利(Henry)定律和道爾頓(Dalton)定律確定，亨利定律認(rèn)為氣體的溶解度與其分壓成正比。 以COS 4氧量測(cè)量傳感器為例，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中的電極由陰極(常用金和鉑制成)和帶電流的反電極(銀)、無(wú)電流的參比電極(銀)組成，電極浸沒(méi)在電解質(zhì)如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質(zhì)與被測(cè)量的液體分開(kāi)，因此保護(hù)了傳感器，既能防止電解質(zhì)逸出，又可防止外來(lái)物質(zhì)的侵入而導(dǎo)致污染和毒化。
向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測(cè)量元件浸入在有溶解氧的水中，氧會(huì)通過(guò)隔膜擴(kuò)散，出現(xiàn)在陰極上(電子過(guò)剩)的氧分子就會(huì)被還原成氫氧根離子： O2+2H2O+4e-® 4OH-。 電化學(xué)當(dāng)量的氯化銀沉淀在反電極上(電子不足)：4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。
對(duì)于每個(gè)氧分子，陰極放出4個(gè)電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與被測(cè) 圖1 pH測(cè)量電極(左)和參比電極(右)的結(jié)構(gòu) 圖2 三電極COS溶氧傳感器結(jié)構(gòu)圖 污水的氧分壓成正比，該信號(hào)連同傳感器上熱電阻測(cè)出的溫度信號(hào)被送入變送器，利用傳感器中存儲(chǔ)的含氧量和氧分壓、溫度之間的關(guān)系曲線計(jì)算出水中的含氧量，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。 COS 4溶氧傳感器的響應(yīng)時(shí)間為：3分鐘后達(dá)到終測(cè)量值的90%，9分鐘后達(dá)到終測(cè)量值的99%；低流速要求為0.5cm/s。