专利名称：一种氨氮在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型关于污水处理中的氨氮检测技术，尤其关于循环冷却用中水的氨氮检 测，具体的讲是一种氨氮在线监测系统。
背景技术：
近年来，中水作为火电厂循环冷却水的应用不断推广，传统的以纳氏试剂法检测 中水的氨氮含量已经不能满足检测要求，因为以纳氏试剂法为主导的实验室中水氨氮含量 测定法不能准确、及时地监测出火电厂中水和循环冷却水的氨氮含量，产生的废液为含汞 的重度污染物，需具备相应的处理能力。所以，该方法的应用受到一定限制。现有技术中采用了电极法氨氮在线监测技术对火电厂中水和循环冷却水的氨氮 含量进行监测。然而，现有的电极法氨氮在线监测技术存在以下弊端(一)在对测试电 极进行清洗时，采用的是清洗剂和试剂的混合液体，存在流路清洗不彻底、试剂耗量大的问 题；(二)温度传感器设置于流路之外，测量的温度信号不是待测液实际温度，易造成测量 偏差；(三)流路设计和操作程序较繁杂，测试效率低，测试成本及设备成本均很高。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种氨氮在线监测系统，用以准确、及时地在线监测出火 电厂中水和循环冷却水的氨氮含量。本实用新型实施例的目的之一是，提供一种氨氮在线监测系统，该系统包括检测 装置，由氨气敏电极、温度传感器和检测用流路组成，氨气敏电极设置于检测用流路内，用 于检测液体的氨氮浓度信号，温度传感器设置于检测用流路内，用于检测液体的温度信号； 加热装置，由恒温源和加热用流路组成，恒温源对加热用流路中的液体进行加热，并将加热 后的液体经管道送入检测用流路；进样装置，由蠕动泵、管道组合单元、试样溢流装置、标样 容器、清洗液容器和试剂容器组成，试样溢流装置、标样容器、清洗液容器和试剂容器分别 通过具有电控阀门的管道与蠕动泵的液体入口相连接，蠕动泵将吸入的液体经管道送入管 道组合单元，管道组合单元将输入的液体汇成一路经管道送入加热用流路；数据处理装置， 分别与氨气敏传感器、温度传感器、电恒温源、蠕动泵、电控阀门、标样容器、清洗液容器、试 剂容器以及试样溢流装置电连接，用于控制电恒温源、蠕动泵、电控阀门、标样容器、清洗液 容器、试剂容器以及试样溢流装置的运作，获取并处理所述的氨氮浓度信号和温度信号，生 成并输出监测结果信息。数据处理装置包括清洗控制�？椋糜诳刂屏ㄋ銮逑匆喝萜饔肴涠玫墓� 道的电控阀门开启，仅使清洗液容器中的清洗液流入加热用流路和检测用流路，用于对加 热用流路、检测用流路和氨气敏电极进行清洗。该系统还包括显示装置，与数据处理装置电连接，用于显示监测结果信息。试样溢流装置设置有断流报警�？�。该系统还包括保温材料，用于对检测装置和加热装置进行保温，该恒温源为电加热式恒温源。本实用新型实施例的效果在于，本实用新型系统具有流路和电极的自动清洗功 能，且在系统清洗时不加试剂，仅加入清洗济，可减少试剂消耗，利于环保。本实用新型系统 的温度电极设置在流程中，实现了试样温度的在线测量，对水样的温度测量和系统温度补 偿更准确可靠。本实用新型系统的加热装置采用电加热方式，将延时加热管中的被测液体 加热至设定的温度，加热装置采用保温棉进行整体保温，以保证恒温测定。本实用新型的操 作模式考虑用户方便更具人性化和实用化。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的限定。在附图中图1为本实用新型氨氮在线监测系统的结构框图；图2为本实用新型实施例1的氨氮在线监测系统的结构框图；图3为本实用新型实施例1的预处理装置的结构示意图；图4为本实用新型实施例1的检测装置的结构示意图；图5为本实用新型实施例1的数据处理装置的结构框图；图6为本实用新型实施例2的氨氮在线监测系统的结构框图；图7为本实用新型实施例2的系统控制逻辑图；图8为本实用新型实施例2的动态法电极工作曲线的测定图；图9为本实用新型实施例2的显示装置显示的监测结果信息示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，
以下结合附图对本实用 新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实 用新型，但并不作为对本实用新型的限定。图1为本实用新型系统的结构框图，该系统包括检测装置101，加热装置102，进 样装置103以及数据处理装置104，显示装置105。进样装置103可以通过预处理装置106 从中水池或循环水管路采集被测中水水样，通过流路108进入加热装置102进行加热至设 定温度，然后进入检测装置101，检测装置101将检测的水样的温度信号和氨氮浓度信号经 电路107传送给数据处理装置104，数据处理装置104获取并处理氨氮浓度信号和温度信 号，生成并输出监测结果信息。显示装置105与数据处理装置104电连接，数据处理装置 104可将生成的监测结果信息在显示装置105上进行显示。数据处理装置104可通过电路 107分别与检测装置101、加热装置102、进样装置103以及预处理装置106相连接，获取检 测装置101输出的信号，控制加热装置102、进样装置103以及预处理装置106的运作。实施例1图2为本实施例系统的结构框图，该系统包括检测装置201，用于检测液体的氨 氮浓度信号和温度信号；加热装置202，用于对流路中的液体进行加热，并将加热后的液体 经管道送入检测装置201 ；进样装置，由蠕动泵203a、管道组合单元203b、试样溢流装置 203c、标液A容器203e、标液B容器203d、清洗液容器203f、试剂容器203g、电磁阀(203h， 203 , 203j, 203k)、数据处理装置204、显示装置205和预处理装置206组成。在图2中，加 粗的箭头线208为流路，细连线207为电路。试样溢流装置203c、标液容器(203d，203e)、清
5洗液容器203f和试剂容器203g分别通过具有电磁阀(203h，203 , 203j, 203k)的管道与双 通道蠕动泵203a的液体入口相连接，蠕动泵203a将吸入的液体经管道送入管道组合单元 203b,管道组合单元203b将输入的液体汇成一路经管道送入加热装置202。试样溢流装置 203c从预处理装置206采集经过处理的中水水样，预处理装置206可从中水池或冷却水循 环管道直接获取中水水样。数据处理装置204，分别与检测装置201、加热装置202、蠕动泵 203a、电磁阀(203h，203i，203j，203k)以及试样溢流装置203c电连接，用于控制其运作，获 取并处理氨氮浓度信号和温度信号，生成监测结果信息，并将监测结果信息在显示装置205 上显不。标液容器(203d，203e)、清洗液容器203f和试剂容器203g以及试样溢流装置 203c分别设置有液位传感器，液位传感器分别与数据处理装置204相连接；数据处理装置 204分别对标样容器、清洗液容器、试剂容器以及试样溢流装置中设置的液位传感器进行控 制，输出液位低位报警信息。如图3所示，为本实施例的预处理装置，在本实施例中为了满足系统对进水水样 的要求，设置了水样预处理装置，该预处理装置包括过滤器303，过滤器303对来自中水池 301或火电厂冷却用循环管道302的水进行过滤，并将过滤后的水样输送给进样装置的试 样溢流装置。过滤器滤料选择对氨氮无吸附性的优质石英砂或玻璃。溢流杯由取样槽、溢 流槽、排气槽和密封盖组成。溢流杯设置断流报警液位计。加热装置采用电加热方式，将 延时加热管中的被测液体加热至设定的温度，加热装置和检测装置采用保温棉进行整体保 温，以保证恒温测定。通常情况下，温度设定值在0 50°C。如图4所示，为本实施例的检测装置的结构示意图，该检测装置包括试样流通管 道，该试样流通管道具有试样流入端口 401，与加热装置的流路连接，以使加热后的液体 流入该试样流通管道。试样流出端口 402，以使测试后的液体流出该试样流通管道。气体排 出端口 403，以排出测试后液体中的气体。测试电极端口，与试样流通管道连通，以使氨气敏 电极404通过测试电极端口插如到液体试样中，对液体试样的氨氮浓度进行检测，并将检 测的氨氮浓度信号传送给数据处理装置。温度传感器端口，与试样流通管道连通，以使温度 传感器405通过温度传感器端口插如到液体试样中，对液体试样的温度进行检测，并将检 测的温度信号传送给数据处理装置。氨气敏电极404响应时间较短，为2 4min，保证了分 析速度。温度电极设在试样流通管道内而不是流路以外，即试样温度的在线测量，保证了对 试样温度测定的准确性和可靠性。如图5所示，为本实施例的数据处理装置的结构示意图，该数据处理装置包括单 片机微处理器(CPU)，由氨气敏电极输出的mV电压信号经高阻输人电路及放大电路转换为 Ov至2v的电压信号输入到CPU，温度传感器将测得的温度信号转为数字信号输人到CPU 中，CPU对能斯特方程中的斜率项进行温度补偿，由CPU解能斯特方程求出氨氮浓度值。液 晶显示器，显示氨氮浓度值、电位值、温度值、时钟及氨氮浓度的变化曲线等参数，并将测得 的氨氮的浓度值保存到数据存储器AT45DB161B中，使本实施例系统在线测量时，数据能够 有效地被保存。一对4mA至20mA的工业标准信号和基于modbus协议的485通讯接口。实施例2如图6所示，为本实施例的系统的结构框图，该系统包括作为检测装置的测量池，测量池包括试样流通管道入口，该试样流通管道的试样
6流入端口与加热�？榈牧髀妨樱允辜尤群蟮囊禾辶魅胧匝魍ü艿�。试样流通管道入 口具有液体试样流出口和气体排除口，液体试样流出口使测试后的液体流出该试样流通管 道。气体排除口排出测试后液体中的气体。测试电极与试样流通管道入口 503a连通，以使 测试电极通过测试电极端口插如到液体试样中，对液体试样的氨氮浓度进行检测，并将检 测的氨氮浓度信号传送给数据处理单元。温度传感器与试样流通管道连通，以使温度传感 器通过温度传感器端口插如到液体试样中，对液体试样的温度进行检测，并将检测的温度 信号传送给数据处理单元。测试电极为氨气敏电极，响应时间较短，为2 4min，保证了分 析速度。温度电极设在试样流通管道内而不是流路以外，即试样温度的在线测量，保证了对 试样温度测定的准确性和可靠性。加热�？橛糜诙粤髀分械囊禾褰屑尤龋⒔尤群蟮囊禾寰艿浪腿氩饬砍�。 该系统还包括保温材料，用于对检测装置和加热装置进行保温，该恒温源为电加热式恒温 源，本实施例中可将测量池和加热�？橐黄鹬糜诒Ｎ虏牧现校惶宓男纬珊阄孪低�。进样装置，由蠕动泵、管道组合单元、试样溢流装置、标液A容器、标液B容器、清洗 液容器、试剂容器以及电磁阀(4个)组成。试样溢流装置、标液容器(A和B)、清洗液容器 和试剂容器分别通过具有电磁阀的管道与双通道蠕动泵的液体入口相连接，蠕动泵将吸入 的液体经管道送入管道组合单元，管道组合单元将输入的液体汇成一路经管道送入加热模 块。试样溢流装置从预处理装置采集经过处理的中水水样。预处理装置，该预处理装置包括过滤器，过滤器对来自中水池或火电厂冷却用循 环管道的水进行过滤，并将过滤后的水样输送给进样装置的试样溢流装置。过滤器滤料选 择对氨氮无吸附性的优质石英砂或玻璃。溢流杯由取样槽、溢流槽、排气槽和密封盖组成。 溢流杯设置断流报警液位计。数据处理装置包括单片机微处理器(CPU)，由氨气敏电极输出的mV电压信号经 高阻输人电路及放大电路转换为Ov至2v的电压信号输入到CPU，温度传感器将测得的温 度信号转为数字信号输人到CPU中，CPU对能斯特方程中的斜率项进行温度补偿，由CPU解 能斯特方程求出氨氮浓度值。液晶显示器，显示氨氮浓度值、电位值、温度值、时钟及氨氮浓 度的变化曲线等参数，并将测得的氨氮的浓度值保存到数据存储器AT45DB161B中，使本实 施例系统在线测量时，数据能够有效地被保存。一对4mA至20mA的工业标准信号和基于 modbus协议的485通讯接口。数据处理装置分别与测量池、加热�？椤⑷涠�、电磁阀(4 个)以及试样溢流装置电连接，用于控制其运作，获取并处理氨氮浓度信号和温度信号，生 成监测结果信息，并将监测结果信息在显示单元上显示。另外，试样溢流装置设置有断流报 警�？椋臼凳├低成柚玫亩狭鞅ň？槲狭鞅ň何患萍笆约烈何患疲� 流报警液位计安装在溢流杯内，当水样断流时，液位低于报警值时仪器自动停运，直至断流 报警复位；试剂液位计安装在4个试剂容器中，当试剂处于低液位时，仪器也发出试剂低液 位报警，并停止运行直至再次启动仪器。液位剂可与CPU连接，受CPU的控制。本实施例系统包括清洗控制�？椋糜诳刂屏ㄋ銮逑匆喝萜饔肴涠玫墓� 道的电控阀门开启，仅使所述清洗液容器中的清洗液流入所述的加热用流路和检测用流 路，用于对所述的加热用流路、检测用流路和氨气敏电极进行清洗。标定控制�？椋糜诳刂屏ㄋ鍪约寥萜饔肴涠玫墓艿赖牡缈胤趴簦� 控制连通所述标样容器与蠕动泵的管道的电控阀门开启，使所述试剂容器中的试剂和标样
7容器中的标样流入所述的加热用流路和检测用流路。测量控制�？椋糜诳刂屏ㄋ鍪约寥萜饔肴涠玫墓艿赖牡缈胤趴簦� 控制连通所述试样溢流装置与蠕动泵的管道的电控阀门开启，使所述试剂容器中的试剂和 试样溢流装置中的液体试样流入所述的加热用流路和检测用流路。可编制主机驱动程序，用以驱动清洗控制�？�、标定控制�？楹筒饬靠刂颇？�。主 机驱动程序中可包括启动子程序、仪器标定子程序、系统清洗子程序、测量子程序和停运子 程序。启动子程序，可自动依次执行清洗、预热和测量。如图7所示，清洗时预处理装置 开启，加热模块关闭，蠕动泵开启，电磁阀1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧 通，电磁阀4的a侧通，清洗时间可设为5分钟。预热时预处理装置开启，加热�？榭簦� 蠕动泵开启，电磁阀1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧通，电磁阀4的a侧通。 测量时预处理装置开启，加热�？榭簦涠每簦绱欧�1的a侧通，电磁阀2的a侧 通，电磁阀3的a侧通，电磁阀4的a侧通，可设置为连续测量。仪器标定子程序，可自动依次执行清洗、标定A、标定B和清洗。如图7所示，清洗 时预处理装置开启，加热�？榭簦涠每簦绱欧�1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电 磁阀3的a侧通，电磁阀4的a侧通，清洗时间可设为5分钟。标定A时预处理装置开启， 加热模块开启，蠕动泵开启，电磁阀1的a侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的b侧通，电 磁阀4的a侧通。标定B时预处理装置开启，加热模块开启，蠕动泵开启，电磁阀1的a侧 通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的b侧通，电磁阀4的b侧通。清洗时预处理装置开启， 加热�？榭簦涠每簦绱欧�1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧通，电 磁阀4的a侧通，清洗时间可设为5分钟。系统清洗子程序，如图7所示，清洗时预处理装置开启，加热�？榭簦涠每� 启，电磁阀1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧通，电磁阀4的a侧通，清洗时 间可设为5分钟。测量子程序，可自动执行连续测量、选时测量、选时清洗和选时停运。如图7所示， 连续测量和选时测量时预处理装置开启，加热�？榭簦涠每簦绱欧�1的a侧通， 电磁阀2的a侧通，电磁阀3的a侧通，电磁阀4的a侧通。在选时清洗时预处理装置开 启，加热模块开启，蠕动泵开启，电磁阀1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧通， 电磁阀4的a侧通，清洗时间可设为5分钟。在选时停运时预处理装置开启，加热�？楣� 闭，蠕动泵关闭，电磁阀1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧通，电磁阀4的a 侧通。停运子程序，可自动执行停运。如图7所示，在执行停运时预处理装置开启，加热 �？楣乇眨涠霉乇眨绱欧�1的b侧通，电磁阀2的b侧通，电磁阀3的a侧通，电磁阀 4的a侧通。如图8所示，为电极工作曲线。从电极工作曲线可以看出，采用动态法分析系统时 标样中氨氮浓度(图中方程式中的变量χ)和测定的电极电位(图中方程式中的变量y)之 间具有很好的对数关系，相关系数为0. 9998，电极响应斜率为-56. 84mv。该结果表明了所 设计的流路系统的可靠性，同时也表明了本实施例系统采用两点标定法的可靠性。本实施例系统采用两点标定法。标液A浓度为2. Omg/L,标液B浓度为20mg/L，设定的温度值为25°C。按照以上仪器标定程序，系统自动完成标定过程。标定结果见图9。电极响应斜率为-56. Am,电极响应性能良好。本实施例系统中存储的氨氮浓度和 测定的电极电位之间对数关系是为E = -56. 4LgCNH3-N+107. 5其中E 氨气敏电极测定的电极电位(mv)，CNH3-N:水样中的氨氮浓度(mg/L)。本实用新型技术方案带来的有益效果为(1)系统清洗时免加试剂(ISA)，一方面 可使流路清洗彻底，更好保证了电极表面的清洁，另外，可节约试剂(ISA)利用环保。(2)温 度电极设置在流路中，对水样的温度测量和仪器温度补偿更准确可靠。本实施例系统自动清洗采用完全免试剂清洗方式，即流路清洗时不需要加试剂， 清洗液采用无氨水即可。当进行仪器标定或进行间断测量时，系统自动进行流路清洗。也 可手动启动清洗程序。由于流路清洗时没有添加试剂，所以，系统长期运行时可保证流路系 统的完全清洁，另外，可减少试剂耗量，利于环保。以上所述的具体实施例，对本实用新型进行了进一步详细说明，所应理解的是，以 上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本 实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求一种氨氮在线监测系统，其特征在于，所述的系统包括检测装置，由氨气敏电极、温度传感器和检测用流路组成，所述的氨气敏电极设置于所述的检测用流路内，用于检测液体的氨氮浓度信号，所述的温度传感器设置于所述的检测用流路内，用于检测液体的温度信号；加热装置，由恒温源和加热用流路组成，所述的恒温源对加热用流路中的液体进行加热，并将加热后的液体经管道送入所述的检测用流路；进样装置，由蠕动泵、管道组合单元、试样溢流装置、标样容器、清洗液容器和试剂容器组成，所述的试样溢流装置、标液容器、清洗液容器和试剂容器分别通过具有电控阀门的管道与所述蠕动泵的泵管液体入口相连接，所述的蠕动泵将吸入的液体经管道送入所述的管道组合单元，所述的管道组合单元将输入的液体汇成一路经管道送入所述的加热用流路；数据处理装置，分别与所述的氨气敏传感器、温度传感器、电恒温源、蠕动泵、电控阀门、标样容器、清洗液容器、试剂容器以及试样溢流装置电连接，用于控制所述电恒温源、蠕动泵、电控阀门、标样容器、清洗液容器、试剂容器以及试样溢流装置的运作，获取并处理所述的氨氮浓度信号和温度信号，生成并输出监测结果信息。
2.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的数据处理装置包括清洗控制�？椋糜诳刂屏ㄋ銮逑匆喝萜饔肴涠玫墓艿赖牡缈胤趴簦鍪� 所述清洗液容器中的清洗液流入所述的加热用流路和检测用流路，用于对所述的加热用流 路、检测用流路和氨气敏电极进行清洗。
3.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的数据处理装置包括标定控制�？椋糜诳刂屏ㄋ鍪约寥萜饔肴涠玫墓艿赖牡缈胤趴簦⒖刂� 连通所述标样容器与蠕动泵的管道的电控阀门开启，使所述试剂容器中的试剂和标样容 器中的标样流入所述的加热用流路和检测用流路。
4.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的数据处理装置包括测量控制�？椋糜诳刂屏ㄋ鍪约寥萜饔肴涠玫墓艿赖牡缈胤趴簦⒖刂� 连通所述试样溢流装置与蠕动泵的管道的电控阀门开启，使所述试剂容器中的试剂和试样 溢流装置中的液体试样流入所述的加热用流路和检测用流路。
5.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的系统还包括显示装置， 与所述的数据处理装置电连接，用于显示所述的监测结果信息。
6.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的系统还包括水样预处理 装置，该水样预处理装置包括过滤器，过滤器对来自中水池或火电厂冷却用循环管道的水 进行过滤，并将过滤后的水样输送给所述进样装置的试样溢流装置。
7.如权利要求6所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述过滤器的滤料选择对氨氮 无吸附性的优质石英砂或玻璃。
8.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的试样溢流装置设置有断 流报警�？�。
9.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的系统包括保温材料，用 于对所述的检测装置和加热装置进行保温；所述的恒温源为电加热式恒温源。
10.如权利要求1所述的氨氮在线监测系统，其特征是，所述的标样容器、清洗液容器、试剂容器以及试样溢流装置分别设置有液位传感器，所述的液位传感器分别与所述的数据 处理装置相连接；所述的数据处理装置，分别对所述标样容器、清洗液容器、试剂容器以及试样溢流装置 中设置的液位传感器进行控制，输出液位低位报警信息。
专利摘要本实用新型提供一种氨氮在线监测系统，该系统包括检测装置，检测液体的氨氮浓度信号和温度信号；加热装置，将加热后的液体经管道送入检测用流路；进样装置，由蠕动泵、管道组合单元、试样溢流装置、标样容器、清洗液容器和试剂容器组成，蠕动泵将吸入的液体经管道送入管道组合单元，管道组合单元将输入的液体汇成一路经管道送入加热用流路；数据处理装置，分别与氨气敏传感器、温度传感器、电恒温源、蠕动泵、电控阀门以及试样溢流装置电连接，用于控制电恒温源、蠕动泵、电控阀门和试样溢流装置的运作，获取并处理所述的氨氮浓度信号和温度信号，生成并输出监测结果信息。准确、及时地在线监测出火电厂中水和循环冷却水的氨氮含量。
文档编号G01N27/26GK201740756SQ201020127339
公开日2011年2月9日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者星成霞, 李炜, 王应高, 赵静, 龚丽华 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司
专业数控铣床产品供应商
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