光电比色类仪表教程课件

1、1056系列光电比色类在线仪表培训材料1火电厂300MW及以上机组系统流程图过热蒸汽DD,Na,SIO2发电机发电机冷却水DD,PH凝结器凝结水DD,O2,Na凝泵旁路精处理 除氧器O2除氧器给水DD,PH,N2H2 炉水DD,PH,PO4,SIO2锅炉烟囱再热蒸汽DD饱和蒸汽DD汽轮机2第一章、仪表类型第二章、仪表结构第三章、仪表工作原理第四章、仪表介绍第五章、仪表使用第六章、仪表电路第七章、我公司仪表在电厂中应用第八章、仪表常见故障及排除 简介31056系列硅表、磷表、联氨表为在线水分析光电比色类仪表。第一章、仪表类型 型号差异磷表硅表联氨表试剂钒钼酸铵溶液 试剂1：硫酸溶液试剂2：钼酸铵

2、溶液试剂3：草酸溶液试剂4：硫酸亚铁铵溶液对二甲氨基苯甲醛 测量周期4分钟（最短）60分钟（最长）10分钟（最短）60分钟（最长）5分钟（最短）60分钟（最长）量程及误差(020)mg/L误差：2%FS（0200）g/L;（02000）g/L 误差：2%FS （0100）g/L误差：2%FS光源和比色皿光源：405nm（紫光）比色皿长度：25mm光源： 820nm（红光）比色皿长度：50mm；25mm光源： 450nm （蓝光）比色皿长度：50mm；25mm4第二章、仪表结构 仪器由电气系统和流路系统组成。电气系统位于箱体的上部，下部为流路系统。一、电气系统 电气系统包括：电源板、主板+液晶显

3、示器、信号板、电流输出板、控制板、继电器板主板、按键面板。二、流路 流路系统包括：溢流杯、标液杯、计量混合杯、光度计组件、排污电磁阀、精密计量泵。5 硅、磷、联氨仪表外观基本相同，硅表流路系统如下图：6QJJJJ123456789101112131415151516171、硫酸试剂2、钼酸铵试剂3、酒石酸试剂4、还原剂5、精密计量泵6、搅拌泵7、标液瓶8、校准阀9、定容杯10、计量阀11、反应杯12、混合阀13、光度计14、排污阀15、排放16、测量水样17、溢流杯硅表流路系统图7 8第三章、仪表工作原理该系列分析仪表属于光学式分析仪器一、光学分析法的基本知识 比尔-朗伯定律有关术语 比耳定律

4、的两种常见应用方法 影响分析精密度的因素9光电比色原理朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律测定硅酸根含量的化学反应基理： 在pH值为1.11.3的条件下，水中的溶硅与钼酸铵生成黄色硅钼络合物，用还原剂把硅钼络合物还原成硅钼蓝，根据硅钼蓝的最大吸收波长，通过光电比色法测量硅酸根的含量。 理论依据10光学分析法： 基于被测成分的某些光学特性（如吸收光波、发射光波、反射光波、散射光波等），采用适当的装置，对被测成分进行定性或定量分析的法。光学分析特点法： 光学分析法具有准确、快速、灵敏、操作简便等优点，特别适于微量和痕量分析。光学式分析仪器种类之多和分析对象之广，在分析仪器中都居首位，在种类和

5、数量上它约占分析仪器的30%-40%。这类仪器不仅广泛地用在电厂化学实验室的化学分析中，而且越来越多地用于生产流程的在线监督。光学分析法分类： 光学分析法按作用原理不同，可分为比色法、分光光度法、光谱分析法、浊度分析法等等，每种方法又均可采用多种型号的仪器。111、比尔-朗伯定律 当一束平行单色光（只有一种波长的光）照射有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液。 设入射光的强度为I0，溶液的浓度为c，液层的厚度为b，透射光强度为I，则： 式中表示光线透过溶液时被吸收的程度，一般称为吸光度（A）或消光度（E）。因此，上式又可写为：A=Kcb 上式为比尔-朗伯定律的数学表示式。它表示一束单色光

6、通过溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。 122、有关术语 1）透光率T 一束光通过溶液后的透射光强IT与入射光强I0的比值叫做透光率或透光度， 即: 式中:a=2.303K。 2）吸光度A 吸光度用下式定义： 吸光度也常称为消光度火光密度。 3）光程长L 光束通过溶液的厚度叫光程长，单位符号cm。 4）吸光系数K 不同吸光物质有不同的吸光系数，而且K还随所用的波长不同而异，任何物 都有最大吸收波长。当某一特定波长的光透过某特定的颜色时，K为一常量。 吸光系数K的量纲取决于光程长L和溶液浓度c所采用的量纲。13 3、比耳定律的两种常见应用方法 1）等厚度法 液层厚度相同时，

7、吸光度与吸光物质的浓度成正比。例如： 在标准溶液中 A1=KL1c1 在试样溶液中 A2=KL2c2 当L1=L2时 本公司仪表也是用此原理设计。其具体定义为： 根据朗伯比耳定律：当一束单色平行光通过有色的溶液时，一部分光能被溶液吸收，若液层厚度不变，光能被吸收的程度（消光）与溶液中有色物质的浓度成正比。其数学表达式： 式中：I0-入射光强度 I-透过光强度 C-有色物质浓度 L-有色溶液厚度 K-吸光系数（与溶液性质和入射光波长有关）142）示差法 对于高含量的测定，若以试剂空白作参比溶液，即使没有偏离比耳定律的现象，所测的吸光度值也常超出准确测量的读数范围，因而引进误差，而示差法可克服这一

8、缺点。 示差法是采用一个与试样浓度接近的已知浓度的标准溶液，来代替空白溶液作参比溶液的一种比色测定法。其测定原理如下。 设c1和c2分别为标准液和被测液的浓度，而且c2c1。根据比耳定律： A1=KLc1 A2=KLc2 所以A=KLc 示差法可以提高高含量溶液吸光光度法测量的准确度。154、影响分析精密度的因素 用比色法，影响分析精密度的原因有两方面：一是由分析方法决定的，二是由仪器本身引起的。前者引起的误差称为方法误差，后者称为仪器误差。1）方法误差 a)溶液浓度的影响:被测物的浓度与吸光度的关系通常只在低浓度时与比耳 定律相符,测高浓度溶液时,浓度与吸光度之间的关系便偏离比耳定律，使 测

9、量结果不准确。 b)操作条件的影响:在显色反应过程中，显色剂用量、溶液PH值、温度和显 色时间对溶液颜色的深浅或光的吸收都有一定影响。因此测定时须严格控 制操作条件，特别是要保证标准试样与被测样品操作条件一致。才能提高 测量准确度。 c)干扰物质的影响:干扰物本身的颜色，干扰物与显色剂生成有色物质.或者 干扰物与金属离子、显色剂生成稳定的无色物质，都会对溶液的颜色或显 色过程带来影响，影响分析精度。一般可用加掩蔽剂或将干扰物从溶液中 分离出去的方法予以消除。162）仪器误差 a)光源的不稳定光源不稳定主要由光源的电压波动引起的。为了减少电源 电压的波动，仪器中设有稳压电源。有的仪器设计成双光路

10、系统，以部分 地补偿光源不稳给测量带来的影响。 b)光的单色性影响在光电比色计和分光光度计中，为提高仪器的灵敏度和 分析准确度，都采用被测物最大吸收的单色光作为光源。光的单色性好,分 析精度越高。在光电比色计中，用滤光片得到单色光，其单色性较分光光 度计中用棱镜或光栅分成的单色光的单色性差。这样，在分析中易受其它 干扰物的影响，所以分光光度计的分析准确度较光电比色计高。在分光光 度计中，光的单色性还与光路上的狭缝宽度有关，狭缝越宽，光的单色性 越差，但狭缝过窄，光又太弱，不能满足测量要求。因此分光光度计要在 满足光强度的条件下，尽量减小狭缝的宽度。173）光电元件的光电转换特性的影响 在一定条

11、件下，光电元件（光电池、光电管、光电倍增管等）具有一定的光电转换特性，且在一定范围内保持线性关系。但是由于元件老化或因受强光照射而产生疲劳现象等原因，会导致光电转换关系变化，给测量造成误差。因此老化的光电元件应及时更换，使用中应防止强光照射光电元件，被强光照射过的光电元件，应将其置于暗处，让其消除疲劳，然后才能重新使用。光电池的光电转换特性还与所带负载电阻的大小有关，当负载超过一定值时，其线性关系变差，所以使用中要注意负载电阻的匹配。4）比色皿的影响 同组比色皿的材质、厚度、长度应相同，否则也会给测量带来误差。在使用中不要将不同仪器的比色皿混用。仪器在紫外区工作时，要用石英比色皿。制作比色皿的

12、材料要求对化学试剂高度稳定。18二、光学仪器的主要部件 2.1 光源 2.2 比色皿 2.3 光电元件19 二、光学器件的主要部件 1、光源 光源是发射光的装置，光源分为两种，一种发射复色光，一种是单色光，仪表在测 量过程中所用的光都是单色光，如果使用复色光源，还需将复色光转换为单色光，将 复色光转换为单色光的装置称为单色光器，常用的单色光器有滤光片、棱镜或光栅。 2、比色皿 比色皿是在测量时用来盛放显色溶液的容器，比色皿要求透明度高，清洁光滑。测量不同物质时，为获得好的响应斜率，比色皿的大小和长度是不同的，原则上，测量浓度越高的物质时，所用的比色皿也越小。 3、光电元件 光电元件在仪器中的作

13、用是把光能转换成电能。 光电元件的转换作用是基于光电效应。由光的粒子性知道，频率为v的光波可以看作是由能为hv的粒子组成的粒子流，当这种粒子流打到不同性质的光电元件材料上时，可能产生光电效应：光线作用到某物体上，在物体中产生一定方向的电动势，这种现象称为阻档层光电效应。基于这一效应工作的常用器件是光电池。20第四章、仪表介绍一、关键技术 独特有效的空白校准功能本底补偿技术使用隔膜精密计量泵样水恒温预处理，保证低温水样的测量精度。独特的工艺结构21二、关键技术介绍1、空白校准的作用 任何电路都不可避免地会产生漂移现象，如果仪表产生了漂移，就会影响测量数值的真实性，为了消除电路漂移对测量值产生的影

14、响，所有比色类仪表均设置了空白校准功能。空白校准的理论依据是：无论水的硅含量是多还是少，是纯水还是普通水，在未加入任何试剂之前其透光度非常好，且十分稳定。基于这一事实。无论何时，向仪表倒入空白水时其所测量的电压值理论上应该是一样的，如果不一样，那就说明是仪表产生了漂移（通常称为空白漂移）。电压差越大说明漂移越大。实际应用中，曲线校准的第一项为空白。测量时先测一下空白，如果两个空白值产生差异，则说明漂移的存在，记录此差值，并按一定的方法计算出差值的大小，并在显示测量数值时补偿上。则显示值即为真实值，不受漂移的影响。22 显色液吸光度-空白样水吸光度= SiO2 显色液吸光度 空白样水吸光度显色液

15、吸光度光源老化光源老化样品浊度，色度样品浊度，色度SiO2显色液光路的机械位移光路的机械位移光电池温漂光电池温漂电气部件温漂电气部件温漂232、本底补偿 本底补偿是硅酸根监测仪所特有的一项功能。可以将此项功能设为“开”或“关”。 设置此功能的原因是：我们校准仪表所用的标准液是以零硅水为基础的，而在现实当中，根本就没有零硅水的存在，无论我们怎么努力 ，硅离子还是存在于水中，所以我们所做的标准除了添加的含量外还有水中原本就有的硅含量，即实际的硅离子浓度总比理论的硅离子浓度高，并且由于水中所含硅离子的浓度是一个未知量，所以并不能肯定高出多少，那么在测量时也就不能测得真实的硅含量。 本底补偿功能是通过

16、用标准液对仪表进行的校准，因为理论上，校准时各点均应该在一条直线上，但是由于零点是倒加药，不受本底硅的影响，而其它各点均是正加药，受本底硅的影响。就造成了曲线的不线性，本底硅越高，则这种不线性越明显，根据不线性的程度，换算成一定的浓度值，再在测量时进行补偿，这就是本底补偿功能的意义所在。24 通过两种已知标准液的增量标定及化学零点标定，实现未知无硅水中本底硅浓度的精确测量。 有效解决由本底硅浓度带来的误差问题。不考虑本底硅，曲线1出现了非线性，而且会造成测量值的误差。25 计量泵工作原理如下图：活塞带到橡胶膜片，活塞受力F后，会改变空腔内的体积，依靠泵入口和出口的单向阀来实现液体单向流动。空腔

17、变大时，下面的液体被吸入空腔，上面的单向阀截止。空腔变小时，空腔内的液体被顶向上方，下面的单向阀截止。达到向上泵试剂的目的。3、精密计量泵26 将样水引进恒温器，在恒温器中，样水的温度被恒定到30，保证低温水样的测量精度。 保证测量的稳定性。4、样水恒温（加热硅表）27工艺创新： 采用特有的热处理工艺，消除有机玻璃内应力，避免了成品部件放射状开裂的发生。结构创新 改造计量泵泵出口结构，提升加药精度，并有效解决了试剂回流问题。5、独特结构工艺28计量泵的出口结构 29硅酸根监测仪采用计量泵及空白校准技术采用精密计量泵代替传统的蠕动泵，实现水样与试剂的计量、采集系统相对独立工作。在加试剂之前，首先

18、将被测水样充入比色池，测量电压值（吸光度），与初始校准的空白校准比较，计算由各种漂移引起的偏差量，并将其在测量显色液的吸光度时扣除。解决蠕动泵的成本高，维护量大，在备件及试剂消耗量大，多通道测量交叉污染严重的问题。首次针对仪表不可避免的漂移问题提出有效的解决方法，提高仪表测量精度。样水恒温功能，保证低温水样的测量精度，以保证测量的稳定性。小 结30 二、仪表性能指标 相同指标：示值误差：2%FS重复性： 不大于1%稳定性： 基线漂移：使用空白校准，检测不出 化学漂移：不大于1%读数/月（视试剂稳定性而异）样品条件: 流量：(150300)mL/min 温度：（550） 压力：（14140）KP

19、a 水样允许固体成分：不大于5微米（不允许有胶状物出现）环境温度：（545）环境湿度：不大于90%（无冷凝）试剂消耗：最多3升/30天显 示：中、英文（任选）隔离输出:（010）、（020）或（420）mA（每个通道单独）电 源：交流（85 256）V、频率（501）Hz功 率：最大150W报 警：断样报警、上限报警、下限报警（各通道独立输出）31磷酸根监测仪 测量范围： （020）mg/L 测量周期： (4 60) min 最小分辨率： 0.01mg/L 试剂种类：1种硅酸根监测仪 测量范围：（0500）g/L或（02000）g/L任选 测量周期： (10 60) min 最小分辨率：0.1

20、g/L 试剂种类：4种联氨监测仪 测量范围：（0100）g/L 测量周期：(5 60) min 最小分辨率：0.1g/L 试剂种类：1种32第五章、仪表使用该部分功能详见仪表使用说明书33标定与校准标定设置开始校准或标定初始标定样品标定手动标定输出校准输出16当前进样标准液通道16零点斜率零点+斜率校准方式自动标定自动标定周期标准液浓度零点标定来源本底补偿显示设置仪器记录曲线日志泵和阀主菜单输出保持输出16采样顺序输出指定输出类型输出范围输出测试通道16报警状态报警配置报警模拟计量泵测试泵阀测试程序设定手动补偿通道设定输出设定报警设定安全设置仪器复位厂家测试模式通道切换时间2.硅表菜单树形图3

21、4第六章、仪表电路主板计量泵标定阀通道阀采样阀计量阀混合阀排污阀断样检测器键盘显示屏光度计电源隔离输出断样报警继电器超限报警继电器仪器的系统框图如下：351、电源板如下图：交流电源端子外接AC220V主板连接端子连接主板DDK136继电器输出端子连接用户接线端子排主板连接端子接主板DDK32、继电器板如下图:373、电流输出板如下图:主板连接端子接主板DDK4电流输出端子384、信号板如下图:主板连接端子接主板DDK2光度计光源接线端子光度计参比端光度计测量端1、主板连接端子端子DDK300为主板连接端子，信号板处理过的信号通过排线传递给主板。2、光度计光源端子J302接光度计的发光管，LED

22、-接发光管负极，LED+接发光管正极。3、光度计参比端端子J301原接光度计参比侧连线。硅酸根监测仪不使用此端子。4、光度计测量端端子J300接光度计测量侧连线，SHLD接屏蔽层、GND接信号地、MEA接测量信号正 W300调整光源电流（2834）mAW301调整测量电压（40004400）mV395、主板电流板连接端子连接电流板DDK200信号板连接端子连接信号板DDK300控制板通讯端子连接控制板J505继电器板连接端子连接继电器板DDK400电流输出2电流输出1电源板连接端子连接电源板DDK100406、控制板(加热硅)电源端子接AC220V通讯端子接主板J5控制阀端子液位检测端子采样阀端子断样端子接恒温器搅拌泵端子计量泵端子通道阀端子41控制板（普通硅）电源端子接AC220V通讯端子接主板J5计量泵端子通道阀端子控制阀端子液位检测端子空气泵端子42一.电厂水处理系统水质监测及所用仪表情况： 第七章、仪表在电厂中应用仪表型号检测参数监测部位监测目的及作用监测指标 硅表二氧化硅阴床出口监测阴床运行情况(0100)g/L混床出口检测混床运行情况及水质(020)g/L二.电厂水汽循环系统水质监测及所用仪表情况： 仪表型号检测参数监测部位监测目的及作用监测指标磷表磷酸盐炉水监控加药量(210)mg/L联氨联氨省煤器入口监测给水水质和N2H4加药量(1030)g/L 硅表二