2.2典型水质监测仪表1.ppt

1、第二章给排水自动化仪器设备，典型水质检测仪器，自动水质监测系统，检测技术基础，2.1，2.2，2.4，工作参数在线检测仪器，2.3，2.2典型水质检测仪器，2 . 2.1酸碱度检测仪器是最常用的水质指标之一。他指出水的酸性和碱性，而酸性和碱性是水中酸性或碱性物质的含量。2 . 2 . 1 . 1测量原理酸碱度=-lg常用电极电位法。电极电位的原理是在被测溶液中插入两个电极，其中一个是指示电极(如玻璃酸碱度电极)，其输出电位随被测溶液中氢离子活性的变化而变化；另一个电极是参比电极(如氯化银电极)，其电位是固定的。上述两个电极在溶液中形成原电池，电池产生的电动势e与溶液的酸碱度有关。可用于测量电池

2、产生的电动势(与温度有关)。酸碱度溶液的酸碱度测量相应范围的电极(它有光与温度)。根据电极电位法原理构建的酸碱度测量系统由变送器(即电极部件)组成。变送器获得的毫伏信号仅由测量仪器针对其酸碱度进行放大。变送器获得的毫伏信号实际上是由指示电极、参比电极和被测溶液组成的原电池的电动势，而酸碱度是氢离子活性的负对数，其中P仅表示离子和变量之间存在指数关系。2.2.1.2复合酸碱度电极，结构如图所示，反应灵敏，且复合酸碱度电极便于安装、校准和使用。当电极插入被测溶液时，形成测量电池系统。复合电极的响应为：2.2.1.3酸度计，包括酸度计和酸度计变送器(工业酸度计)。它们在功能和结构上的区别在于它们是否

3、有信号隔离。具有信号隔离功能的酸碱度测量仪必须用于工业在线检测，否则显示会不稳定，误差会增加。基本要求、主要技术指标、仪器的输入阻抗应保证测量误差小于千分之一，且仪器的输入阻抗应大于被测电池内阻(即酸碱度电极内阻)的999倍。仪表输入电流测量仪表的酸碱度输入电流不得大于110-12A。仪器的稳定性是一个综合指标，仪器的不稳定性会影响读数的准确性和再现性。对稳定性要求高。仪器的测量范围和分辨率为0-14pH，高精度酸度计的分辨率可达0.001pH；工业现场使用的在线酸碱度变送器的分辨率为0.01帕或0.1帕，仪表的信号隔离和信号输出。工业领域使用的酸碱度测量仪器必须具有信号隔离功能和信号输出远程

4、传输能力。测量特点：高输入阻抗、低输入电流、高稳定性、低漂移、低显示误差；调整特点：需要零点(定位)调整、斜率(灵敏度)调整、温度补偿调整和等电位点调整。使用性能要求酸碱度显示、信号隔离和电流或电压信号输入。调整功能、零点(定位)调整以校正电极的零点漂移。通常，零补偿范围应不小于60mV。斜率(灵敏度)调节电极的斜率与理论斜率有一定的偏差，随着电极的使用和老化，斜率不断变化。为了保证测量的准确性，酸碱度测量仪的斜率补偿范围应不小于理论值的90%-105%。温度补偿调节的一般温度补偿范围为0-60。在特殊情况下，需要-20-120等电位点补偿来测量非等温环境中的酸碱度。如果你想精确测量，你必须使

5、用它。2.2.1.4酸碱度测量仪的改进，(1)新型温度补偿酸碱度测量仪：手动和自动温度补偿自动补偿由于电极温度和热敏电阻温度难以平衡，补偿误差较大。敏感膜电阻对数温度补偿法原理：酸碱度玻璃电极内阻(膜电阻)的对数几乎与温度的倒数成正比。虽然电极间的电阻不同，但其温度系数约为0.006。因此，如果能够测量酸碱度电极的内阻，就可以计算出酸碱度电极敏感灯泡的工作温度，从而进行高精度的温度补偿。(2)智能酸碱度测量仪智能酸碱度测量仪控制器的核心是微数据处理器。2.2.2电导率测量仪的电导率是水质监测的常规项目之一。电导率(电导率):指电解质溶液的电导率。水的电导率：指截面积为1cm2、间距为1cm的两

6、个电极之间水样的电导率。影响电导率的因素：离子的性质和浓度、溶液的温度和粘度等。功能：通过测量水和溶液的电导率，我们可以知道杂质对水的污染程度以及溶液中含有的盐或其他离子的量。2.2.2.1测定方法和原理，一般来说，溶液的电导率是通过测量电阻来测定的。根据欧姆定律，当温度不变时，电阻与导体的长度(电极之间的距离)成正比，与导体的横截面积成反比。然后，L-电极之间的距离-电极的横截面积-电阻率(其变成比电阻)指示在两个电极之间的距离为1cm且电极的横截面为1cm2的体积中的溶液的电阻值。电导率(也称为比电导率，它与溶液的性质有关-1厘米-1)，那么Q是电导池常数，也称为电极常数(厘米-1)，对于

7、比电导率仪有一个确定的电极常数。根据该电极常数和在该条件下测量的溶液电导率，可以计算溶液的电导率。因此，只要测量溶液的电阻，就可以知道溶液的电导。事实上，测量电导的仪器就是测量电阻的仪器。2.2.2.2电导率仪的组成：根据测量电导率的原理，电导率仪可分为：平衡电桥电导率仪、电阻分压电导率仪、电流测量电导率仪、电磁感应电导率仪等。2.2.3溶解氧测量仪溶解氧：水中溶解的分子氧。这是水生生物的主要生存条件之一。溶解氧的含量与大气压力、水温和含盐量有关。2.2.3.1测定法的测定方法和原理：碘量法改良碘量法氧电极法碘量法适用于洁净水。用碘量法或氧电极法用硫代硫酸钠滴定受污染的地表水和工业废水，现场取

8、样时固定溶解氧，实验室测定，加入硫酸溶解氢氧化物沉淀，碘沉淀。(1)碘量法将硫酸锰和碱性碘化钾加入水中，水中的溶解氧将二价锰氧化成四价锰，生成氢氧化物沉淀。加入酸后，沉淀物溶解，四价锰可以氧化碘离子，释放出相当于溶解氧的游离碘。溶解氧含量可通过以淀粉为指示剂的硫代硫酸钠标准溶液滴定释放的碘来计算。(2)改进的碘量法1)改进的叠氮化钠法当水样中的亚硝酸盐干扰溶解氧的碘量法测定时，叠氮化钠可用于分解亚硝酸盐，然后用碘量法测定。当水中三价铁离子含量高时，也会干扰测定，可通过加入氟化钾或用磷酸代替硫酸酸化来消除。测量结果：m硫代硫酸钠标准溶液浓度(摩尔/升)V滴定消耗量硫代硫酸钠标准溶液体积(毫升)V

9、水样体积(毫升)8氧换算值；2)钾2.2.3.2溶解氧测量仪在水质连续自动监测系统中，隔膜电极法被广泛用于测量水中溶解氧。隔膜电极有两种：原电池隔膜电极极谱隔膜电极极谱隔膜电极采用中性填充溶液，易于维护，适用于自动监测系统。仪器配有清洗装置，可定期自动清洗附着在电极上的污垢。溶解氧连续自动测定原理1隔膜氧电极；2-热敏电阻；3-发送池、2.2.4浊度检测仪器的浊度：如果杂质溶解在水中(当杂质的粒径小于10-6mm时，它们处于离子和低分子状态)，不会影响水的透明度。如果杂质颗粒大于10-6mm，会影响水的透明度，导致光学合成现象，使人在视觉上有一种模糊的印象。这种光学现象的度量指标是浊度。工厂用

10、水的浊度降低，水中的细菌也相应减少。浊度是关系到水质健康和安全的重要参数。2.2.4.1浊度的测定方法和基本原理：光测原理。与浊度相关的光学现象包括：光能被吸收。正是光的折射减弱了通过水样后的亮度。当水中悬浮物的粒径大于照射光的半波长时，光被反射。如果这个粒子是一个透明体，折射将同时发生。当粒子尺寸小于照射光波长的一半时，光将被散射(或漫反射和衍射)。因此，当注入水样的光束强度固定时，通过水样后的光束强度或散射光强度将与悬浮物的组成和浓度形成函数关系。根据比尔-朗伯定律和瑞利方程，有以下函数表达式：透射光度强度、散射光强度和光束强度可以通过光电效应转化为电流大小来反映浊度。2.2.4.3浊度计

11、按测得的浊度范围分类：低浊度计中的浊度计用数字表示；指针指示数字计数式自动记录式根据不同用途使用；实验室(间歇)过程监控(连续)高温或高压应用等。最常见的是根据浊度测量方法进行分类。可分为：透射光测量法、散射光测量法、透射光和散射光的对比测量法、表面散射光测量法、2.2.4.4浊度仪的基本结构和特点(1)透射光测量法，透射光浊度仪目前很少使用。原理：注入液体槽的平行测量光束被水样衰减，然后到达受光部分的光电池或光电池。当液体罐通过流动的水样时，它就成为一个连续的测量仪器。特点：结构简单，测定范围广，浊度高；储液罐的窗口容易被污染，因此可以采用自动清洗措施；干扰多，稳定性差；光束穿过水样的整个长

12、度，受水样色度的影响很大；仪器线性度差严重影响仪器的质量指标。(2)散射光测量原理：光源发出的光束投射到样品水中，由于水中悬浮物质的存在而发生散射。散射光的强度与悬浮颗粒的数量和体积成正比(反映浊度)。根据被测散射光和入射光的不同角度，可分为：90散射光型前向散射模式和后向散射模式特性：带测量窗的散射光法比透射光法可获得更好的线性度，检测灵敏度可提高(0.02NTU以上)。色度影响较小，低浊度测量效果明显(低浊度仪大多采用散射光法)。浊度计电流优点：散射光和透射光的光路可以相等，所以水样的色度影响很小；由于使用了相同的光源和I1/I2数学公式，补偿了电源变化、光源恶化和环境干扰的影响。窗口接触

13、污染的影响也相对减少。(4)表面散射光测量方法：将样品水溢出，用斜光照射溢出的表面，测量上面散射光的强度，计算浊度。优点：无测量窗口污染，线性好，色度影响比散射光法小，测量范围宽，各种采样流量范围，用标准散射板校准，日常校准不需要标准溶液。缺点：杂质分布不均匀会导致错误。原理：如图P93，2.2.5生化需氧量测量仪所示，生化需氧量：指在溶解氧条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生化氧化过程中消耗的溶解氧量。2.2.5.1测定法和原理法：五天培养法；压力测量方法；库仑法；微生物电极法等。(1)五天培养法，在20下培养5天，计算培养前后水样中的溶解氧含量，两者之差为BOD5。如果不超过7毫克/升，

14、可以在培养前不稀释释放直接测量。(2)压力测量法将水样放入装有一小池CO2吸收剂的封闭培养瓶中。当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧被气管中的氧气补充，产生的CO2被吸收池中的吸收剂吸收，导致封闭系统中的压降。压降值由压力计测量，以计算水样的生化需氧量值。在实际测量中，压力表用葡萄糖-谷氨酸标准溶液校正，水样的生化需氧量值可以直接从压力表上读取。库仑法库仑法是在压力测量法的基础上发展起来的生化需氧量检测技术。与压力测量法不同，库仑法中微生物氧化和有机物分解消耗的氧气是由电解产生的氧气供给和补充的。(4)微生物电极法微生物电极是微生物技术和电化学检测技术相结合的一种传感器。它主要由溶

15、解氧电极和附着在渗透膜表面的固定化微生物组成。原理：当插入到不含BOD物质的恒温、一定溶解氧浓度的底液中时，由于微生物具有一定的呼吸活性，底液中的溶解氧分子以一定的速率通过微生物膜扩散到氧电极中，微生物电极输出稳态电流；如果向底部溶液中加入生化需氧量物质，该物质的分子将与氧分子一起扩散到微生物膜中，因为膜中的微生物吸收生化需氧量物质并消耗氧，这导致进入氧电极的氧分子减少，并在几分钟内进入新的稳态值。在合适的生化需氧量浓度范围内，电极输出电流降低值与生化需氧量浓度呈线性关系。2 . 2 . 5 . 2生化需氧量监测仪、微生物膜电极生化需氧量分析仪、库仑生化需氧量监测仪、2.2.6化学需氧量检测仪、化学需氧量(COD):指在一定条件下，1升水样中还原性物质氧化所消耗的氧化剂量，以氧毫克/升计。2.2.6.1测定法和重铬酸钾法原理酸性高锰酸钾法其他测定方法(密封管法、比色法、氧化还原电位法、滴定法和恒流库仑法)，2 . 2 . 6 . 2化学需氧量自动测定仪用于化学需氧量监测仪的原理是自动化和库