制碱专用钠离子在线检测仪的研制制造技术

本发明专利技术设计了一款基于能斯特方程的钠离子在线检测仪器，采用钠离子选择性电极作为传感器，通过一系列信号处理过程，可快速在线测量制碱工艺高浓度碳化取出液中钠离子的浓度。仪器通过电势补偿和校表提高了钠离子选择性电极的线性范围，使之适合测量高浓度的溶液。独特的前期放大器与主机板分离设计、大量滤波电容的应用、超低通滤波算法的添加使得仪器具有相当强的抗干扰能力。多种精密仪表芯片的应用大大提高了测量的精度。以上几条措施保证了仪器能够高速精准得完成在线检测任务。本仪器操作简单、使用方便，只要完成简单的校表工作即可长时间在线工作无需维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术研制开发了一款基于能斯特方程的钠离子在线检测仪，主要针对制碱领域的 高浓度碳化取出液而设计，也适用于其他领域的高浓度钠离子溶液。
技术介绍
钠离子浓度检测是碱厂生产过程中的重要分析内容之一。碳化取出液中的钠离子浓度 越低，转化率越高。所以控制转化率实质就是控制取出液中的钠离子浓度。过去通常采 用手工滴定法，但由于分析周期过长，不能实时反映和控制生产过程中碱液的浓度，往 往不能满足工业连续化生产的需要。有些科研单位曾经试图采用稀释法，这种方法在生 产过程中，取出一定量的碱液，然后加一定比例的水，以此降低碱液的浓度，然后采用常规的pH计进行检测，显然此法系统误差太大。制备离子浓度在线分析仪，可以及时检测，记录多种离子浓度。目前，国内生产的 基于能斯特方程的钠离子检测仪表多为传统的指针式模拟仪表，不仅操作复杂，测试速 度慢，而且检测精度低，适应性差。最重要的是通常使用的在线钠离子浓度计的测量上 限比较有限， 一般不会超过lmol/L，而碳化取出液的浓度一般都在1.5mol/L以上。因此 研制一款新型的针对高浓度的钠离子在线检测仪是十分有意义的。
技术实现思路
设计这样一款钠离子在线检测仪要考虑几个硬性指标测量精度、量程、响应时间、 抗干扰能力以及可操作性。国内目前使用的钠离子检测仪在这些方面有明显的不足。为 了解决这些问题，采用了如下的措施-1、 测量精度。影响测量精度的原因主要有两点模数转换精度以及校表算法。本仪器釆用了美国TI公司的AD626、 AD976、 AD569等16位精度的精密仪器芯片承担前期放大以 及模数转换任务，大大提高了检测精度。2、 量程。目前国内的钠离子检测仪普遍都是低量程的，最大量程也不会超过().5mol/L， 无法满足制碱行业的需求。钠离子选择性电极的线性范围实际上是在低浓部分的，本仪 器通过电势补偿和校表过程，使电极的线性范围达到高浓部分，实现了高浓度溶液的检 测。3、 响应时间。作为一个在线检测仪器，响应时间是相当重要的。在校表结束电极平衡之后，响应时间是决定在线检测灵敏度的最重要的指标。本仪器使用邻运算速度的精密仪 表芯片，配合高效的程序算法，实际计算时间仅为几十毫秒，满足在线检测的要求。虽然钠离子选择性电极一般都需要3分钟左右的时间来达到平衡，但是一旦平衡之后进入 监测阶段，仪器的运算速度就成为首要的技术指标。4、 抗干扰能力。目前国内普遍应用的是上个世纪80年代开发的指针式模拟仪表，它的 抗干扰能力是相当差的，尤其是在电磁干扰严重的工厂车间，轻微的千扰就会使仪表表 针乱飞。本仪器将前期放大电路置于传输线路之前，大大减少了传输过程的噪声干扰以 及信号衰减带来的影响。另外使用了大量的滤波电容，以及在程序中添加超低通滤波算 法等等，使得本仪器在有大量电机的车间恶劣环境屮仍然能稳定工作。5、 可操作性。本仪器安装使用方便，由于采用5点回归算法作为校表算法，所以在使用 仪器前只要用仪器提供的5份标准溶液进行简单的5点校准工作，就可以长时间进行监 测的工作，并且能够定时打印出数据，便于技术人员进行分析。附图说明仪器的组成结构电极测量得到的信号，经过甜期放大电路、电势补偿、AD转换等 进入单片机Atmegal6进行计算，然后输出到液晶显示屏以及进行打印输出。为了防止程 序锁死，特别添加了看门狗电路，增加仪器稳定性。具体图示请参见说明书附图中阁1。仪器在车间的管路流程碳化塔流出的碳化取出液为粘稠的悬浊液，通过流量阀的 调节， 一部分溶液经过过滤网进入测量池，电极在这里完成测量工作，将信号传输到主 机完成计算以及打印输出等工作。具体图示请参见说明书附图中图2。具体实施为了测试本产品的性能，本仪器做了一项比较实验，对同一种溶液进行滴定分析、 使用本仪器测量、以及使用老式仪表测量。结果如表1所示。<table>complex table see original page 5</column></row><table>表l滴定、新老仪器测量结果对比(响应时间3分钟)由表l可以看到，在响应时间为3分钟的情况下，本仪器的测量误差达到1.2%，远 小于老式仪表的7.5%，且在测量过程中数值波动不超过0.5个滴度(0.025mol/L)，对电 磁干扰不敏感，可以满足制碱用在线检测的需求。权利要求1、一种制碱专用的钠离子在线检测仪的开发，其特点为通过电路调节，将普通钠电极的线性测量范围提高到0.5-3mol/L(10-60滴度)，特别适用于测量制碱行业的高浓度碱液。2、 将初级放大电路与主机电路分离，使车间到控制室信号传输噪声干扰显著减 小。3、 如权利1、 2所述，这种钠离子在线检测仪在车间的恶劣环境下测量高浓度 溶液时，仪表稳定时间不超过3分钟，仪表数值波动不超过0.5滴度，误差在±1.5% 左右，完全符合制碱行业的要求。全文摘要本专利技术设计了一款基于能斯特方程的钠离子在线检测仪器，采用钠离子选择性电极作为传感器，通过一系列信号处理过程，可快速在线测量制碱工艺高浓度碳化取出液中钠离子的浓度。仪器通过电势补偿和校表提高了钠离子选择性电极的线性范围，使之适合测量高浓度的溶液。独特的前期放大器与主机板分离设计、大量滤波电容的应用、超低通滤波算法的添加使得仪器具有相当强的抗干扰能力。多种精密仪表芯片的应用大大提高了测量的精度。以上几条措施保证了仪器能够高速精准得完成在线检测任务。本仪器操作简单、使用方便，只要完成简单的校表工作即可长时间在线工作无需维护。文档编号G01N31/16GK101196504SQ20061012987公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月5日 优先权日2006年12月5日专利技术者王长麟, 衣守志 申请人:天津科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制碱专用的钠离子在线检测仪的开发，其特点为：通过电路调节，将普通钠电极的线性测量范围提高到０．５－３ｍｏｌ／Ｌ（１０－６０滴度），特别适用于测量制碱行业的高浓度碱液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：衣守志，王长麟，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]