在線pH計與系統(tǒng)的研究
[摘要]對在線pH計的特點進行了介紹，它可以連續(xù)在線監(jiān)測鍋爐水等的pH及其他離子濃度。提出了適宜 于爐水pH電極的清洗方法。設計了在線pH檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)為鍋爐的安全生產(chǎn)與自動控制提供了條件。  pH的測定有多種方法，最基本的還是電位法， 其他方法通常以電位法的數(shù)據(jù)為基礎。電位法測量 準確度高、操作快速、設備簡單，既適用于實驗室分 析，也適用于在線分析，可以廣泛用于石油化工、化 學工業(yè)、制藥、冶金、染料、皮革、電站及環(huán)保污水處 理等領域，其主要用來控制、監(jiān)測工業(yè)流程中的純 水、循環(huán)水、蒸汽冷凝水、高粘度或強酸、強堿等腐蝕 性較強溶液的pH。 任何溶液的酸堿度都可以用氫離子濃度來表 示。通常用pH來表示[H ]，pH=一lg[H ]。它是考察溶液酸度的一個重要參數(shù)，但在線pH測量 還沒有很好地應用于電廠鍋爐補給水、鍋爐給水以 及循環(huán)冷卻水中。通過pH的在線監(jiān)測，可及時調 節(jié)并使pH控制在最佳范圍內(nèi)，從而達到減緩鍋爐 設備腐蝕、結垢的目的。但由于電廠鍋爐給水溫度 的變化直接影響pH測量的準確性，采用現(xiàn)有的溫 度補償方法也只能減小溫度的影響，卻無法補償給 水本身的特性帶來的偏差。為提高pH測量的準確 性，采用快速神經(jīng)網(wǎng)絡，由計算機系統(tǒng)解決了溫度的 影響，提高了pH測量的準確性。 分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計|

在用酸度計進行pH測量時，電極與溶液的接 觸部分保持清潔對保證酸度計測量準確度、靈敏度 和穩(wěn)定度很重要。電極的污染是一個很難避免的問 題。在在線連續(xù)測量情況下，為保證酸度計能長期 連續(xù)使用，對電極系統(tǒng)進行自動清洗是必不可少的。 采用了多種清洗方法，以提高清洗效果和實現(xiàn)清洗 過程自動化。以下重點探討溫度對pH測量的影 響，并介紹了電極清洗和在線pH檢測系統(tǒng)。 l 溫度對pH測量的影響 在pH測量中，從電極系統(tǒng)中獲得的電信號E 與H’的活度的對應關系符合能斯特方程¨】，其表 達式為： 個 E=Eo+囂In口外 (1) 式中：E——電池電動勢，mV； E�！�—標準電極電位，mV； — — 氣體常數(shù)； 卜法拉第常數(shù)； 絕對溫度，K； n——電極反應得失電子數(shù)； ． 口外— — 被測電解質濃度。 eo=ED+E不對稱+El+E內(nèi)參一E外參一E溶{直 (2) 式中：E�！�—離子擴散電位，mV； E不對稱— — 不對稱電位，mV；E內(nèi)參—— 內(nèi)參電位，mV； E外參— — 外參電位，mV； E溶液— — 溶液電位，mV； 以上電位均為溫度的函數(shù)，因此 也為溫度的 函數(shù)。 令S=RT／nF，當取lna外的負對數(shù)時，(1)式可 寫為： E=Eo—S·pH (3) E：Eo+ 墮 g口 (4) 對(4)式求導得： = 魯面 + 了· ga+ — ×警 ㈣( 式中： dE——溫度變化一個單位時測量電池電動勢 的變化值； U s’,0 — — 電極的標準電位溫度系數(shù)項； 塑 lg口——能斯特溫度系數(shù)斜率； ×’ l，丌 ——溶T I-4液l 溫U址 度^． 系、數(shù)j 。0 能斯特溫度系數(shù)斜率對于氫離子／7,=1，溫度每 變化1 oC，則斜率變化0．198 4 mV，該項pH計采用 溫度補償?shù)姆椒�可以消除，對在線pH檢測，由計算 機進行自動補償。 溶液溫度系數(shù)受溶液中離子活度的影響，而離 子活度又取決于它的活度系數(shù)和離子強度，對鍋爐 給水弱電解質及與溶液形成絡合物的電解質溶液， 還受它們的平衡常數(shù)的影響。該項是很復雜的，一 般pH計不能對該項補償，單一采用溫度補償?shù)姆?法是不能實現(xiàn)對該項補償?shù)�。在線檢測pH時，采 用計算機進行自動補償，以彌補pH計的不足。 可見，采用溫度補償?shù)姆椒�能對能斯特方程�?率進行補償，消除溫度對測量的部分影響。當溫度 有較大變化時溫度補償方法的誤差會明顯增大。因 此采用計算機進行溫度的自動補償對精確測量pH 是十分必要的，是切實可行的，同時可簡化pH計的 電路。

2 pH計電極的清洗 目前使用的pH計電極多以玻璃電極作為測量 電極，以甘汞電極作為參比電極。當pH計檢測介 質時，污染物會附著在玻璃電極上，將會影響玻璃電 極產(chǎn)生的電勢，進而影響到pH計的示值，使靈敏度 和測量精度降低，甚至失效。因此對于pH計在實 一52 一 際使用中的抗污性，一直有人在不斷研究。又因pH 計使用范圍廣泛，pH計測量的介質情況不同，pH計 電極受污染程度也不一樣，所以pH計電極采用的 清洗方法也不盡相同 。 對在線pH計，若測量介質較為干凈(如鍋爐給 水為無鹽水)或對pH計污染程度較輕，可根據(jù)經(jīng)驗 定期取出電極進行清洗。但這種方法在在線檢測中 越來越少被采用。因人工清洗不但費工、費時，而且 會使測量中斷，影響自動檢測，所以在線pH計宜采 用自動清洗。我們采用超聲波清洗和溶液噴射清洗 組合的方法對pH計電極進行自動清洗。
2．1 超聲波清洗 在pH計探頭附近安裝一個可以發(fā)生超聲波的 裝置，由它發(fā)出超聲波對pH 電極進行自動清洗。 超聲波的強弱通過調節(jié)超聲波的振蕩頻率實現(xiàn)。它 的安裝采取了縱向方式，即超聲波的探頭安裝在電 極的下方。
2．2 溶液噴射清洗 在電極組件的附近裝有清洗噴嘴，根據(jù)清洗要 求，噴頭定期噴水或其他溶液(如低濃度的鹽酸、硝 酸溶液)以沖刷或溶解的方式除去電極上的污染 物。如配用的自清洗系統(tǒng)采用質量分數(shù)為1％的稀 HNO 溶液做清洗液，而用水時一般噴射壓力較高 些。溶液的噴射由程序控制器控制。在噴射時，pH 計需能控制輸出保持在清洗前的值不變，即此時鎖 定儀表輸出，在清洗期間儀表輸出保持不變，待清洗 完畢溶液的pH值穩(wěn)定后，pH計再進行檢測輸出。 總之，采用超聲波清洗和溶液噴射清洗組合的 方式對pH電極進行清洗，效果較好。組合清洗系 統(tǒng)如圖1。 圖1 組合清洗系統(tǒng)

3 在線pH檢測系統(tǒng)．
3．1 微機檢測系統(tǒng) 本系統(tǒng)主要有檢測電極傳感器、檢測儀表(變 送器)將鍋爐給水檢測參數(shù)的非電量信號轉換成電 量信號或將小電量信號轉換成大電量信號送入工控 機，由工控機進行實時數(shù)據(jù)采集處理，系統(tǒng)是建立在Windows平臺上，用MCGS工控組態(tài)軟件編制而成， 支持Internet／Intranet網(wǎng)絡系統(tǒng)，系統(tǒng)總體結構如圖 2所示。 圖2 微機檢測系統(tǒng)結構
3．2 系統(tǒng)的硬件設計 IPC—PIII800工業(yè)微機檢測系統(tǒng)硬件結構主要 有工控機、采集卡、接口板、CRT、鍵盤等組成。采用 一塊PC一6311采集卡，可完成對32路模擬量(12 位A／D轉換)，并配一塊PC一006接口板，以便與檢 測儀表的連接。
3．3 檢測儀表的研制 研制的離子與酸度檢測儀器是取樣測定水溶液 pH值和離子濃度的測量儀器，可配合適的金屬離子 電極及參比電極測量離子濃度，有電勢差和溫度數(shù) 顯，數(shù)顯穩(wěn)定可靠，可用于測定pH(酸度)等，儀器 有模擬信號輸出。所有檢測儀器的模擬信號都能滿 足采集卡的輸入要求。
3．4 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)采用Windows98操作系統(tǒng)與MCGS工控組 態(tài)軟件開發(fā)的檢測應用軟件實現(xiàn)友好的用戶操作界 面，以方便操作者。檢測系統(tǒng)對酸度等水質指標數(shù) 據(jù)進行采集處理和顯示。 系統(tǒng)有封面窗口、系統(tǒng)實時檢測窗口、水汽分析 記錄窗口、除鹽水分析報表窗口、8個歷史數(shù)據(jù)查詢 與編輯窗口等組成；系統(tǒng)設置各種菜單命令和相應 按鈕命令；并具有數(shù)據(jù)報表打印、歷史數(shù)據(jù)報表打印 功能。檢測系統(tǒng)的主要功能有：(1)基于IPC的自 動檢測系統(tǒng)及鍋爐給水等多種水質指標的自動檢 測；(2)基于Windows操作平臺的界面與實時／歷史 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)；(3)允許用戶在線手工輸 修改相 關技術數(shù)據(jù)；(4)能查看與打印每時、每日、每月、每 季、每年的數(shù)據(jù)報表；(5)系統(tǒng)支持Internet／Intranet 網(wǎng)絡系統(tǒng)。 該軟件系統(tǒng)具有操作靈活方便、修改容易、功能 強的優(yōu)點，支持Internet／Intranet網(wǎng)絡系統(tǒng)，為企業(yè) 實現(xiàn)集散型測控系統(tǒng)打下技術基礎，也為連接國際 互聯(lián)網(wǎng)，方便地實現(xiàn)信息交流、資源共享與遠程數(shù)據(jù) 的監(jiān)測控制提供了技術保證 】。

4 結束語 國外酸度計產(chǎn)品采用的清洗裝置已成熟，已達 到實用化的水平，并通過微機化產(chǎn)品的開發(fā)，使酸度 計自動清洗系統(tǒng)更加完善，但國內(nèi)酸度計產(chǎn)品雖然 各種清洗方法都在采用，但均處于試用階段，在結 構、功能、清洗效果上與國外產(chǎn)品有較大差距，在自 動清洗方法的應用技術上也剛起步。所以要加快開 發(fā)研制電極自動清洗系統(tǒng)并盡快投入使用，以促進 國產(chǎn)酸度計趕上世界先進水平。