在线监测仪范文

在线监测仪篇1

Abstract： Through analyzing the mercury in flue gas online monitoring technology of cold vapor atomic absorption spectrometry， the article designs mercury in flue gas online monitoring instruments based on cold vapor atomic absorption spectrometry， including sampling units， test unit， control unit， and display unit. The instrument test data on the drift of zero point， span drift is ideal， realizing the real-time， secure， and stable monitoring of mercury in flue gas.

关键词： 冷原子吸收光谱法；在线监测；监测技术

Key words： cold vapor atomic absorption spectrometry；online monitoring；monitoring technology

中图分类号：X82 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）35-0032-02

0 引言

伴随着工业的发展，汞的用途越来越广，生产量急剧增加，从而使大量的汞随着人类活动而进入环境。主要包括：施用含汞农药和含汞污泥肥料；汞矿的开采、冶炼；含汞废水灌溉；城市垃圾、废物焚烧等等。人类活动造成水体汞污染，主要来自氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的废水。而排向大气和土壤的也将随着水循环回归入水体。据第一财经日报综合报道，专家介绍，汞被联合国环境规划署列为全球性污染物，是除了温室气体外唯一一种对全球范围产生影响的化学物质。

1 烟气中汞在线监测仪器原理

烟气做采样泵的作用下经过气路切换单元（除湿、除尘和除硫），通过隔膜泵将汞蒸气输送到检测池中，汞蒸气在254nm下有强烈吸收，汞蒸气的浓度与吸收强度成正比，原理是朗伯-比尔定律

I=I0e-KCL

式中：I为吸收后的光强度；I0是物质浓度为零（即不存在吸收物质）时的光强度；C为物质浓度；L为比色皿（采样槽）的长度；K为吸收常数。对于一个特定的采样槽，其长度L不变；对于特定的测量波长以及特定的被测物，吸收常数K基本不变，因此通过测量吸收前后的可见光的强度，便可以测量出烟气中汞的浓度。

2 烟气中汞在线监测仪器设计

2.1 仪器结构框图 仪器结构框图如图1所示。

图1所示，监测仪器由三个单元组成，分别为气路切换单元、检测单元和显示单元，气路切换单元主要完成烟气和零气的切换处理，并针对不同的通道进行不同的预处理，其中烟气通道进行除尘和超滤处理，以减少对汞检测的影响。检测单元由光源、检测池和光电探测器组成，主要完成汞蒸气的吸收光信号检测，显示单元由数据计算、数据显示和数据输出组成，主要完成对检测到信号进行处理，经过运算得到吸光度，然后代入内置工作曲线进行计算得到汞浓度，最后将浓度结果通过RS485或4-20mA输出。

2.2 气路切换单元设计

2.2.1 切换器 切换器由三通切换阀和驱动器组成，当进行正常测试时，切换器切换到烟气通道，烟气经由除尘器和超滤器进入检测单元，当仪器需要进行零点校准时，切换器切换到零气通道，零气经由零气通道直接进入检测单元。切换阀采用低压24V控制模式，当三通电磁阀有电时，切换阀打开，失电时，切换阀关闭；当控制电源故障失电时，切换阀关闭。驱动器用于驱动三通电磁阀，能通过接收TTL控制信号是否产生24V电压。

2.2.2 除尘器 除尘器采用不锈钢材料制成的圆柱形多孔滤芯，烟气通过入口进入滤芯，烟气中的灰尘在滤芯上被拦截下来，烟气得到净化，当滤芯被附着的灰尘累积到一定程度后，启动反清洗装置，高压空气通过反清洗入口对滤芯进行高压反清洗，附着在滤芯表面的灰尘被脱落，达到滤芯自动清洁的目的。

2.2.3 超滤器 采用欧洲优质过滤材料和不锈钢骨架，具有过滤效率高、耐腐蚀、强度高、气流阻力低、使用寿命长等特点。滤芯最外层采用抗油、耐酸类化学腐蚀的疏水性泡沫套筒，防止了聚结液体重新进入气流，确保了高效率除有机干扰物，以减少有机物对汞检测造成的影响。

2.3 检测单元设计

2.3.1 光源 监测仪采用低压汞灯作为光源，汞灯是指汞蒸气压力为1.3～13Pa（0.01～0.1mmHg），主要发射波长在紫外区的253.7nm（0.01mmHg），相当能量为471.0kJ/mol（112.5kcal/mol），占灯的总能量的70%的汞蒸气弧光灯。25℃时，该灯的主射线为253.7和184.9nm。低压汞灯光强低，光固化速度慢，但发热量小，不需冷却就可使用。由于汞灯发出的光时发散的，使用的时候需要使用透镜将光聚焦，提高汞灯穿过检测池的能量。

2.3.2 检测池 在光谱吸收式气体检测系统中，气室的有效吸收光程是决定系统检测灵敏度的关键参数之一，本仪器采用怀特型气室的方法进行设计。本长光程气室内壁以及气室反射镜片均要求较高的反射率，以避免多次反射后造成的光强损失，气室内壁及反射镜片采用高反射率的金作为镀层，使光强反射率达到95%以上。气室的入射及出射窗口要求对于目标波长的光具有较高的透射率，根据波长的不同窗口使用的材料也会有所不同，光透射率达到92%以上。光路长度与测量精度有关，对于低浓度气体测量，光路达到8米以上。气室具有较强的耐腐蚀性，对于腐蚀性气体（如HCL、HF等）具有良好的耐腐蚀性，尤其是样气的出入口部分，镀层起到足够的保护作用。

2.3.3 光电探测器 光电探测器的工作原理是基于光电效应，热探测器基于材料吸收了光辐射能量后温度升高，从而改变了它的电学性能，它区别于光子探测器的最大特点是对光辐射的波长无选择性。在光电探测器的前端设置了253.7nm的滤光片，可以将其他波长的光拦截。

2.3.4 信号放大与AD转化 这部分主要是将光电探测器探测到的光信号进行放大，使其达到AD转化前的信号强度要求，AD转化电路完成信号的数字化。

2.3.5 数据采集处理 数据采集处理部分主要是完成光电探测器后端的信号进行采集并处理，使其采集到的信号更加有代表性。数据处理采用算术平均滤波法，提高其有用信号的比重，消除变化信号中的尖脉冲干扰值。

2.3.6 检测单元系统结构 检测单元系统结构如图2所示。光源由低压汞灯构成，在检测池的光路入口和出口分别设置了聚焦透镜，光源发出的光透过聚焦透镜进入检测池，穿过聚焦透镜，进入光电探测器。

2.4 显示单元

2.4.1 显示单元结构 显示单元以嵌入式低功耗CPU为核心（ARM CPU，主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏工控机，设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024），内置128M FLASH，24VDC供电，采用wince6.0操作系统，工控机的系统结构图见图3。

2.4.2 数值运算 仪器具有校准功能，能根据不同浓度的汞标气记录吸光强度值，然后采用乘二法进行线性拟合，得到线性方程，并将线性方程系数保存在仪器存储器中，然后将数据显示在显示屏上，并将数据保存到工控机内部存储器中。仪器设置了4-20mA模拟输出和RS485数字输出功能，可以提供外部仪器或数采仪进行数据采集。

3 性能测试

为了研究研制的在线监测技术定量分析过程中存在的系统误差和偶然误差，本文设计了专门的零点漂移、量程漂移和跨度漂移实验，本仪器的测量量程为0-100μg/m3。零点漂移是让监测仪每隔1h测试零气，连续监测24h，计算相对于监测仪的最小读数，仪器指示值在一定时间内的变化；量程漂移是让监测仪每隔2h测试80μg/m3汞标气，连续监测24h，计算相对于自动分析仪的测定量程，仪器指示值在一定范围内的变化大小；跨度漂移是让监测仪每隔1天测试50μg/m3汞标气，连续监测1周，计算相对于自动分析仪的测定量程，仪器指示值在一定范围内的变化大小。

表1是性能测试结果，可以看到，零点漂移值为1.37%，量程漂移值为0.067%，跨度漂移值为0.05%，性能指标比较理想。

4 结论

通过设计气路切换单元、检测单元和显示单元，成功研制了烟气汞在线监测仪器，能应用于烟气中汞的在线实时监测，具有实时、快速、安全和可靠等特点，具备了良好的市场推广前景。

参考文献：

[1]李冬梅.燃煤锅炉烟气汞污染控制技术浅析[J].环境保护与循环经济，2011.

[2]方培基.烟气汞排放连续监测系统技术探讨[J].节能、减排、安全、环保——第四届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会论文集，2011.

在线监测仪篇2

(1.辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁 大连 116023；2.辽宁省海洋环境监测总站，辽宁 大连 116023)

摘要：利用藻类在线分析仪测定了3种不同微藻（盐藻、角毛藻、金藻）的荧光值，同时采用经典方法同步测定叶绿素a浓度和细胞密度。分析结果显示，荧光值与叶绿素a浓度、细胞密度具有显著的正相关关系。因此，利用藻类在线分析仪能够反映海水中微生物量的变化，也能够反映海水中叶绿素a浓度的变化。藻类在线分析仪的应用，能够及时掌握海水中生态环境的变化，为海域自然灾害的预警提供有力的科学依据。

关键词 ：微藻；在线监测；叶绿素a；细胞密度

微藻生物量的测定是藻类生理生态学研究中的常规测定指标，微藻的浓度对于预测有害海藻的暴发和间接测量水样中富营养化程度具有重要的作用。实验室常用分析微藻生物量的方法很多，包括干重测定法、细胞计数法、浊度法、叶绿素a含量测定法等[1]。叶绿素a含量测定法基本采用分光光度法[2]，主要是利用分光光度计测定叶绿素a的含量，采用有机溶剂丙酮作为提取溶液。细胞计数法能够反应微藻的生长情况，但是工作量大，费时费力，且重现性较差[3]。无论是细胞计数法还是叶绿素含量测定法，均操作繁琐，耗费时间长，且不适用于连续监测，不能获得海水环境监测的实时数据，而藻类在线分析仪监测是基于现场结果，能够获取实时的连续的数据，对水体中的环境状况及时作出判断，为海域灾害性事故-赤潮的预警和政府部门的综合决策提供科学的依据。

本文对藻类在线分析仪测得的叶绿素荧光值与叶绿素浓a浓度、细胞密度相关性进行研究，确定藻类在线分析仪对海域水质进行实时连续监测，能够反映出某海域生态环境变化状况，对赤潮早期预报提供有力的科学数据。

1材料与方法

1.1实验材料

选取盐藻、角毛藻、金藻作为样品溶液，由辽宁省海洋水产科学院袁成玉研究员提供；自然海水从黑石礁附近海域采集。AOM藻类在线分析仪（捷克），751型分光光度计，TDZ-WS多管架自动平衡离心机，ZYS-200E光学显微镜。

1.2实验方法

利用蒸馏水将盐藻稀释成7个浓度梯度，使叶绿素a浓度在0～200 μg/L之间，分别测定其叶绿素荧光值、细胞密度和叶绿素a的含量，对实验结果进行分析。

1.2.1叶绿素荧光值利用AOM藻类在线分析仪测定，通过流过式检测得到叶绿素荧光参数。

1.2.2细胞密度藻类样品用具5%甲醛固定保存，样品经过静置、沉淀，处理后样品使用光学显微镜采用个体计数法进行种类鉴定和数量统计，计算细胞密度。

1.2.3叶绿素a含量采用分光光度法[4]测定在一定压力下，用醋酸纤维酯微孔滤膜（孔径为0.45 μm）对100 mL的藻液过滤，加入1 mL的碳酸镁悬浮液，然后将滤膜折叠放入10 mL具塞离心管中，加入90%的丙酮10 mL，充分振荡，使其溶解均匀，放置在4 ℃冰箱内提取24 h，然后用离心机在4 500 r/min下离心10 min，提取上清液于1 cm比色皿中，在波长为664，647，630和750 nm处用分光光度计测其吸光值，采用750 nm的吸光值用以校正提取液的浊度，其中以90%丙酮溶液作为参比，按Jeffrey Humphrey 的方程式得出叶绿素a的含量。

ρchl-a＝（11.85E664-1.54E647-0?08E630）×v/（V×L）

ρchl-a——样品中叶绿素a含量， μg/L

v——样品提取液的体积，mL

V——藻液实际用量，L

L——测定池光程，cm

2结果与分析

2.1仪器稳定性

开启藻类在线分析仪，待仪器稳定之后，连续检测同一自然海水6次，相对标准偏差为3?73%，多次检测同一样品，相对标准偏差均在5%以下，相对标准偏差越小，说明仪器越稳定。

在波长为590 nm的条件下，分别对盐藻溶液稀释2倍和4倍的样品进行检测，其结果如图1和图2所示，表明仪器对不同浓度的盐藻有不同的信号响应。

2.2灵敏度

对蒸馏水配制的标准藻类逐级稀释，得到仪器与叶绿素a浓度（细胞密度）的最小响应值，确定藻类在线分析仪的检出限。叶绿素a含量的最小检出限浓度为30 ng/L，藻类的最小检出限为10 cells/mL。

2.3相关性分析

2.3.1微藻叶绿素荧光值与细胞密度的相关性对盐藻的叶绿素荧光值和细胞密度之间进行线性回归分析，实验结果表明，处于对数生长期的盐藻的叶绿素荧光值与细胞密度具有良好的相关性，得到直线回归方程，Y＝0.182 4 X＋255.27，相关系数为0.986 9(见图3)。

2.3.2微藻叶绿素荧光值与叶绿素a含量的相关性对盐藻的叶绿素荧光值和叶绿素a之间进行线性回归分析，实验结果表明，处于对数生长期的盐藻的叶绿素荧光值与叶绿素a含量具有良好的相关性，得到直线回归方程，Y＝104.79 X＋128.71，相关系数为0.999 1(见图4)。

2.3.3微藻叶绿素a含量与细胞密度的相关性对盐藻的叶绿素a含量和细胞密度之间进行线性回归分析，实验结果表明，处于对数生长期的盐藻的叶绿素a含量与细胞密度具有良好的相关性，得到直线回归方程，Y＝0.014 9 X＋2.155 5，相关系数为0.993 1(见图5)。

2.4野外监测

藻类在线分析仪在凌水湾的监测结果如图6所示，表明大连凌水湾水域24 h内微藻含量基本一致，变化趋势不明显。利用显微镜进行鉴定，本海域主要藻类为中肋骨条藻、圆筛藻等。

3讨论

AOM藻类在线分析仪灵敏度高，稳定性好，所测叶绿素荧光值与叶绿素a的含量具有正相关关系，与生物量具有正相关关系，能够反映某海域生物量和叶绿素的变化趋势。

藻类在线分析仪虽然能够实时监测数据，操作简单，但是由于监测原理和本身构造的缺陷，有其不足之处。首先，传感器直接检测的是海水中所有物种在蓝光（中心波长470 nm）或者红光（590 nm）的照射下发出的荧光。在一般情况下，大多数的荧光是由浮游植物中的叶绿素引起的，但是，存在于海水中并发荧光的物质均会被检测到。因此，藻类在线分析仪是对所有的荧光物质进行定量却不能定性，如果针对某个藻类产生的叶绿素，使用该仪器进行的叶绿素测定的准确度比实验室单个样品分析的准确度差。其次，如果为了获得准确的监测数据，需要定期地对传感器进行校准。如果要保证所测定的是真实存在于海水中叶绿素的成份，那么只能通过实验室萃取分析海水中叶绿素的浓度，然后用该浓度对传感器检测得到的数据进行校准。即使用实验室方法测定的样品叶绿素值对传感器进行了校正，数据也不是很准确。因此，藻类在线分析仪主要用来检测海水中叶绿素的变化趋势，掌握海洋环境整体的变化情况。

参考文献：

[1] 沈萍萍，王朝晖，齐雨藻，等.光密度法测定微藻生物量[J].?暨南大学学报，2001,22(3): 115-119

[2] 苏正淑，张宪政.几种测定植物叶绿素含量的方法比较[J].?植物生理学通讯，1989（5）: 77-78

[3] 董正臻，董振芳，丁德文.快速测定藻类生物量的方法探讨[J].?海洋科学，2004,28(11): 1-5

在线监测仪篇3

关键词：氨氮在线检测仪；干扰因素；稳定性分析

中图分类号：S85 文献标识码：A

文中，笔者主要选用的仪器是氨气敏电极A1000氨氮在线监测仪，结合氨氮含量低、电导率及碱度高的水源水的监测，就氨氮在线监测仪的干扰因素及稳定性主要介绍和分析了以下几个方面的内容。

一、仪表监测原理及主要干扰因素分析

目前，在我国主要有两种比较常见的氨氮在线监测仪的监测原理，一种是分光光度法，另一种是氨气敏电极法。分光光度法与GB7479-1987的监测原理基本是一样的，都是通过水样中的氨与碘化钾和碘化汞的碱性混合溶液进行化学反应，运用生成的胶态化合物（淡红色棕色），在410～424nm的波长范围下来测定的，在整个监测过程中主要的干扰因素是产生色度和浊度的化学物质。实际应用中，多数氨氮监测仪都是采用氨气敏电极法，其监测原理如下图一所示。

从上述监测原理图结合氨气敏电极监测仪实际工作情况可知，在样品监测液中加入一定量的NaOH以提高其pH，铵盐转化为氨以后会从样品液中逸出，穿过憎水性气体透过膜，最后溶解在浓度为0.1mol /L 的NH4Cl电极填充液中，通过改变OH-的浓度，观察电极填充液的变化，对数据进行处理后可以显示出氨氮的含量。从监测原理分析，氨氮的监测主要会受到氨的转化、溢出、扩散、改变填充液、pH电极的监测及数据转化五个过程的影响：第一，氨的转化过程。监测液中氨氮主要以溶解性NH3和NH4+两种形式存在，两者的相对量基本取决于样品液的pH值，酸性液中，H+浓度比较高，NH3都将转化成NH4+。在溶液中加NaOH和EDTA二钠盐后提高监测液的温度，可以使绝大部分铵盐得以转化。所以，通过确定监测液中的pH值，就能够算出NH3和NH4+的比例。第二，氨的溢出过程。该过程会随着温度及溶解性物质多少的改变而变化。第三，氨通过膜的扩散过程。当监测液中含有表面活性剂类物质时，憎水性气体微孔透过膜的扩撒物质不只是NH3，也会有一部分水分子通过，这就使填充液的浓度有所降低，监测容易出现误差。第四，氨改变填充液过程。第五，pH电极的监测及数据转化过程。为很好地获得电极的电位斜率，消除参考电位对结果的影响，往往会选用两种已知浓度的标准液体来取代样品夜，通过校准电极和记录电位，绘制出ln[NH3] S与E的关系直线。

通过对检测仪监测原理的分析可知： 监测液中的离子和溶解性物质含量、表面活性剂类物质及样品液的pH值等都是影响氨转化、溢出和透过膜的主要干扰因素。检测仪器可靠性高稳定强的一个重要因素是要确保缓冲液中NaOH与EDTA二钠盐的浓度足够高，因为缓冲液不仅可以调节监测液的pH值，还能够掩蔽样品液中的大量离子，它是稳定监测的前提。此外，含有表面活性剂类物质的监测液在选用氨气敏电极方法监测时，最好对水样进行预处理，以保障监测效果。

二、仪器仪表选型问题分析

仪器仪表的选型问题对于氨氮的测量至关重要，对于监测仪器的选型，一般要结合三个大的因素进行选型，即根据氨氮监测的要求、所监测水体可能的氨氮含量和干扰物质三方面来选择。比如对于二级污水工业单位再生水的监测，通常再生水的浊度会比较低且很稳定，残余表面活性剂类的物质相对含量较高，这就很适合选用原理为分光光度法的氨氮监测仪器，该监测仪不仅能够满足实际监测的要求，而且对于水样的预处理比较简单，维护工作量相对较少，费用也低；相比而言，净水工艺中水质的氨氮及表面活性剂类物质相对含量就会很低，这种情况下就可以选用无水样预处理功能的氨气敏电极的监测仪，选用该仪器能大大减少对于设备的采购费，还能减少后续的维护工作。

三、主要结论探讨

结合以上分析，关于氨氮在线监测仪的干扰因素及稳定性问题笔者主要总结出以下三点的结论。

（一）结合实际的氨气敏电极的氨氮在线监测仪监测原理与监测过程，笔者认为检测介质的主要干扰因素有：pH、溶解性物质总量、离子总量和表面活性剂类物质。同时，缓冲液中足够高的NaOH的浓度和EDTA二钠盐是稳定监测的前提。

（二）依据监测液中氨氮的可能含量和干扰物质的种类等因素进行设备仪器的选型。色度和浊度较低且很稳定，残余表面活性剂类的物质含量较高的宜采用分光光度法的检测仪，氨氮含量较低，没有表面活性剂类物质或含量较少时最好选用氨气敏电极法的检测仪。

（三）为了能够掩蔽监测液中的离子和溶解性物质，避免碱度造成的影响，提高监测液的pH值，调整NaOH的浓度以及缓冲液EDTA二钠盐使得监测仪器在正常工作时排出液符合pH≥12和EC≤10μS/cm的要求。为了保证监测的精度，使用氨氮监测仪时要选用短取样管，且不要在阳光下暴露，同时，具体监测时对取样管进行灭菌处理和采用一些简单的过滤器都是很有必要的。

参考文献

[1]王经顺，李军.氨氮在线自动检测仪的现状与问题[J].干旱环境监测.2010（01）.

[2]农永光，胡刚.氨氮在线监测仪器的使用原理和方法探析[J].城市建设理论研究.2011（30）.

在线监测仪篇4

水电机组的振动监测可由传统仪器系统构成，如图1所示。系统功能是由厂家事先定义且固定不可变更功能的传统仪器完成。由于传统仪器听功能缺乏灵活性，有时尽管资金投入很大，但仍很难满足任务的不断变化所产生的多样化的需求。而虚拟仪器技术改变了这种状况，它开创了仪器使用者可以成为仪器设计者的新时代。虚拟仪器就是通过软件平台构造与真实仪器物理面板相类似的虚拟面板，硬件不再是系统的主体，它只是在其中实现信号的输入输出，而由功能强大的软件完成信号的采集、分析处理和结果显示，实现了“软件就是仪器”的理念。虚拟仪器用计算机软件代替传统仪器的某些硬件功能，用户可以根据需要定义仪器的功能，虚拟仪器性能的改进和功能扩展也只需进行相关软件的设计更新，而不需要增添新的仪器。因此，虚拟仪器技术具有开发周期短、成本低、维护方便、灵活、功能强大、用户可自行定义等特点[4]。

1 系统硬件结构

本系统的硬件由传感器、SCB-68接线端子盒、PXI-1010组合机箱、SCXI-1125可编程隔离放大模块、SCXI-1141可编程低通滤波模块、SCXI-1140采样/保持模块、PXI-6052E数据采集卡、PXI-PCI833X计算机控制PXI模块、MXI-3光纤通信模块、DFE-530TXI网络适配卡等组成，其硬件结构如图2所示。

    1.1 振动传感器的选择及安装

水电机组与火电机组相比，水电机组的额定转速较低，尤其是水力因素引起的振动频率更低。水电机组振动信号属低频信号。由于振动传感器现场环境恶劣、电磁干扰大、温度变化大，且传感器支架本身长期颤动会增加测量的误差，因此需选择可靠性高、抗干扰能力强、精神度高及性能稳定的振传感器。为了避免因振动传感器安装造成附加误差使测量值失真，振动传感器应合理安装。本系统在测量轴摆度时，选择电涡流传感器，它利用电涡流效应测量位置，具有非接触测量、抗干扰能力强的优点。将电涡流传感器安排在轴承壳体上，衽相对测量，测点位置可选在上导、下导、水导和推力等处，并各安装两个互为90°的电涡流传感器。在测量机架和项盖等振动时，选择地震式传感器。它测量基座所连接物体的绝对振动，具有抗振和高稳定性的特点。地震式传感器可直接固定在机壳上，安装应尽量靠近转轴，并尽可能避开母线出线等电磁场较强的位置，测点可选取在上、下机架和推力机架等处，各安装两个地震式传感器，分别对相架水平方向和垂直方向的振动进行监测。系统中采用光电式接近开关获取键相信号，确定整周期采样的基准点。此外，为便于分析振动与压力、工作水头和上、下游水位的关系，还应安装有功功率、压力、上、下游水位相应的传感器。

1.2 数据采集模块

在数据采集领域中，有基于多种PC机总线的PC-DAQ数据采集卡，也有基于VXI总线的各种数据采休模块。但是在GPIB、PC-DAQ和VXI三种虚拟仪器体系中，GPIB实质上是通过计算机对传统仪器功能的扩展与延伸；PC-DAQ直接利用了标准的工业计算机总线，没有仪器所需要的总线性能；而一次构建VXI系统需要较大的资金投入。PXI是1997年NI公司推出的一种全新的开放性和模拟化仪器总线规范，它将Compact PCI的集成式触发功能与Windows操作系统结合在一起。在保留PCI总线与Compact PCI模块结构功能的基础上，增加了系统参考时钟与触发器总线等，加之熟悉的Windows环境，使得PXI系统更适合构建工业自动化测控系统。基于PXI总线规范构建的系统将PC机的性介比优势和PCI总线面向仪器领域的扩展结合起来，成为一种新型的虚拟仪器系统。PXI除了具有VXI基本相同的性能外，还具有开发周期短、价格低、易于组建便携式自动测试系统等特点。

本系统中数据采集通过现场传感器将各个测量点的信号经过SCB-68接线端子盒将信号送到信号调理模块SCXI-1125（可编程隔离放大器）、SCXI-1141（可编程低通滤波器）、SCXI-1140（采样/保持放大器）进行信号调理；最后将经过信号调理的信号送到数据采集卡PXI-6052E（16路单端/8路差分模拟输入、采样频率333ksps、2路模拟输出、8条数字I/O线、2路24位计数/定位器）进行数据采集。数据采集卡PXI-6052E上的位计数/定时器的抗干扰能力不强，为了弥补这一不足，可利用LS7084芯片和电阻、电容组成一个滤波表路，消除由于噪声和振动等造成的干扰。

    1.3 计算机控制模块

本系统采用了NI公司的组合式机箱PXI-1010（8个PXI/Comact PCI和4个SCXI插槽），零槽控制模块采用PXI-PCI833X。PXI-PCI833X采用MXI-3技术。MXI-3技术是一种PCI总线之间的连接技术，它采用标准PCI-PCI桥技术及1.5Gbps高速串口连接，为PXI控制引入了更加快速方便的扩展方式。MXI-3技术不仅可以进行PXI/Compact PCI机箱之间的连接，而且可通过主控计算机直接控制PXI系统。在本系统中将PXI-6052E数据采集卡采集到的数据通过PXI-PCI833X模拟和传输速率高达132Mbps的MXI-3光纤通信模块传送到现场计算机。MXI-3包含了一块插在现场计算机中的PCI MXI-3板卡和插在PXI-1010机箱控制槽内的PXI MXI-3模块，两板卡通过光缆相连，实现PXI-1010机箱内的各模块与现场计算机的通信。MXI-3技术可实现200m距离内信号传输，解决了现场计算机与数据采集模块之间信号远距离传输的问题。现场计算机通过DFE-530TXI网络适配卡与网络远程监控终端相连，实现远程监测。

2 系统软件结构

本系统选择NI公司的LabVIEW 6i作为开发工具，它采用图形化编程方案，也称为G语言。LabVIEW提供了丰富的函数及子程序库，从基本的数学函数到高级分析库（包括信号处理、函数、滤波器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合、傅立叶变换、小波分析等），通过这些函数及子程序库，可以实现硬件系统的软件化，设计出符合技术要求的振动监测系统。本振动监测系统所用的数据采集卡为NI公司的产品，可以使用LabVIEW提供的大量数据采集子程序，无需为数据采集卡编制驱动程序。另外LabVIEW的附带网络工具套件，方便了远程监测的设计。

LabVIEW开发环境由前面板和流程图两部分组成。前面板是人机交互的图形用户接口，集成了多种常用的控制对象（如开关、按钮、示波器、指示器、定时器等），它相当于实际仪器的操作面板。设计时只需从控件库中选取所需的控件，并为它们设计合理的属性（例如尺寸和量程等）和具体放置位置。这些属性和位置可通知程序方便地调整。前面板的合理设计有助于振动监测系统功能的实现并方便操作。因此前面板应设置多段开关以实现不同的数据处理方法，前面板主要部门是显示图形和数据，可采用多窗口完成不同信号的同时输出，前面板还应有控制窗口和开关，以实现对振动监测系统的操作。流程图则是程序的图形化源代码。设计时从函数库中选取所需要的函数图标，并按照数据在程序中传递的顺序把它们和控件图标的位置统一编排好，再用连线工具将图标连起来。系统软件采用模块化设计，其系统软件功能模块如图3所示。采用模块化设计有助于软件的设计和日后改进升级[5]。

2.1 “谱泄漏”现象的消除

在运用傅立叶运算对采样信号进行变换的过程中，会引起“谱泄漏”现象。为了消除“谱泄漏”现象，提高谱分析精度，在傅立叶变换时实现整周期截断，对振动信号实行整周期采样。整周期采样是指系统的采样频率动态地跟踪信号频率的变化，以确保在采样点数不变的情况下，采样周期均匀，所采信号周期完整。实现整周期采样的关键是如何将一个完整的周期信号均匀地分成K等分进行采样，其中K为一个采样周期内的采样点数。信号周期可以通过链相信号测得，两相邻链相信号的上升沿或下降沿之间即为一个采样周期。本系统中通过软件计算机出采样时间间隔来达到均匀采样的目的。此外加窗也是减小“谱泄漏”影响的一种有效办法，对某一个信号选择一个合适的窗函数。窗函数越宽，抑制杂波能力越强；窗函数越窄，分辨率越高。

2.2 信号处理和分析

利用LabVIEW的Signal Processing Suite专用软件包、函数和子程序库，对采集的水电机组信号进行处理和分析，主要包括非线性变换、数字滤波、时域分析、频域分析、小波分析、轴心轨迹分析等。

（1） 非线性变换：由于传感器结构的特点，它输出的直流电压值不是完全线性的，这就造成了最终距离参数难以直接获得。采用同线拟合办法可以很好地实现信号的非线性变换。

（2） 数字滤波：为了弥补硬件滤波器的不足，提高设备的可靠性，采用谐波去除法作为软件滤的方法。运用ReFFT（）函数对现场采集的信号进行快速傅立叶变换，在生成的幅值频谱中将事先规定的截止频率以上的频率成分设为0，然后在运用ReInvFFT（）函数进行傅立叶反变换，求出滤波后的时域数据。

（3） 时域分析：主要是时域波形显示（包括实时数据随时间变化图及局部放大及缩小）、波形特征值的计算（包括计算振动/摆度的峰峰值的均值、方差等）、相位分析（包括测点信号的相位随时间变化及不同测点之间的相位差）及其相关分析（通过两个量之间相关变化找出自变量如水头和开度等对震动/摆度的影响）等。

（4） 频域分析：将整周期采集的信号进行快速傅立叶变换，得到振动信号的频谱。分析功能主要有幅值谱分析、功率谱分析以及频谱图（包括频谱分量的最大值及该最大值发生的频率）的计算和显示等。

（5） 小波分析：傅立叶变换对水电机组振动信号中出现的奇异点有时难以准确识别，而这种奇异点的出现，通常又与故障的发生紧密相连，而小波分析在噪声消除、微弱信号的提取和图像处理等方面具有明显的优势，故小波分析也是水电机组振动信号分析的有具工具。应用小波分析技术对振动信号进行“细化和放大”，使振动信号更加清晰，以便于捕捉振动信号变化的特征点，尤其是对突变信号的处理优势明显。

（6） 轴心轨迹分析：动态间隙显示、动/静态轴心轨迹曲线、动/静态谐波轴心轨迹曲线。

2.3 数据库的设计

数据库选用SQL Server 2000，利用LabVIEW 6i开发平台内带的SQL Tooikit工具包与数据库进行联系，通过SQL Toolkit可以访问大多数关系型数据库（如Oracle、Informix、Sybase、MS SQL Server等），用SQL语句可实现对数据库的查询、修改和增删等操作[6]。数据库分为实时数据和历史数据两种。实时数据主要是有机组配置及数据采集参数、各振动和摆度原始波形、各振动和摆度频谱数据、各振动和摆度特征数据、状态参数数据。历史数据主要有：机组正常运转的历史数据，按年、月、日等进行分档压缩存储；机组出现异常情况的历史数据，用于事故追忆。

通过在LabVIEW，系统平台上开发的基于PXI平台的水电机组振动监测系统集振动测试、数据采集、处理和分析为一体，能迅速而有铲地把水电机组在各种过程中的振动情况整理成资源和图形，如波特图、极坐标图、波形图、轨迹图、三维谱图、轴中心位置图、振动数据库等，以便对水电机组的振动情况分析和故障诊断。该系统已安装在多台水电机组上。运行结果表明，与传统监控系统相比，虚拟仪器方案不仅系统结构紧凑，构成灵活，且功能丰富，通过修改软件功能易于扩展，具有很高的性价比，监控过程可实现无人值守，通过联网可实现远程监控。因此基于虚拟仪器的水电机组振动监测系统具有十分广阔的应用前景。

在线监测仪篇5

关键词：COD监测仪器；存在的问题；处理

Treatment of common problems of on-line monitoring instrument of chemical oxygen demand in water quantity and quality

LiXuqiang, WangHuihui, LiuRongxi, ZhengMingjin, Huang Jia Ju, Wu Sujun, Zhang HongJun

( Shougang steel environmental protection department of Guizhou Liupanshui 553028 )

Abstract: This article embarks from the reality, briefly introduces the chemical oxygen demand ( COD ) existing in the use of water quality on-line monitoring instrument and brief treatment

Keywords: COD monitoring instrument; existing problems; treatment

中图分类号： E933 文献标识码： A 文章编号：

前言

环境水质在线监测仪器主要安装于污染源企业排污口或河流断面、湖泊、水源地等监测点，通过仪器自动采水取样、监测仪器自动实时在线分析监测因子（如COD、氨氮等），将监测数据上传至相关环保部门进行数据的分析比对，实现对污染源或河流断面、湖泊、水源地的实时监控。污染源在线监测主要应用于城镇污水处理、化工、造纸、钢铁、制药、医疗、酿造等行业。为了确保国家规划中减排任务的完成，国家和地方相关部门颁布了多项有关在线监测设备的政策、法律、法规，进一步明确了在线监测设备在环保领域的作用和重要性，肯定了在线监测系统在节能环保中的地位。

一、化学需氧量（COD）概念：

在一定条件下，经重铬酸钾（强氧化剂）氧化处理时，水样中的溶解性物质和悬浮物所消耗的重铬酸盐（强氧化剂）相对应的氧的质量浓度，以氧的mg/L表示。化学需氧量反映水中受还原性物质污染的程度。水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的，因此化学需氧量也是有机物相对含量的重要指标之一。

根据氧化剂的不同，又可分为CODcr和CODMn（高锰酸盐指数），后者主要用于地表水、地下水以及饮用水的监测。

二、CODcr在线监测仪器的工作原理和方法

根据国家标准GB 11914-89和国际标准ISO6060规定，COD定义是指水样用重铬酸钾作氧化剂进行化学氧化后，用滴定法测定消耗的氧化剂量，相对应氧的质量浓度，简称CODCr。如以高锰酸钾作氧化剂，则测定结果称为高锰酸盐指数CODMn。因氧化条件如氧化剂种类、反应温度、反应时间、催化剂等因素影响，测定值会有很大变化。

水钢总排口目前使用的COD在线监测仪器使用的是CODCr法 （COD在线监测仪），CODCr法指使用重铬酸钾做氧化剂，在一定条件下氧化水样中的有机物，通过电极测算出消耗氧化剂的量，进一步换算出COD值。

三、COD在线监测仪器常见问题分析及处理方法

1、泵管：仪器长期使用泵管会老化，需每隔两至四年更换一次泵管。

2、计量杯：计量重铬酸钾和水样的量具，计量杯容积为2.5 ml。长时间工作，可能会造成计量杯传感线接触腐蚀，造成短路，需更换计量杯。若水样抽不上来，先检查蠕动管蠕动泵内或蠕动管是否损坏；进入测试程序，看外接系统是否抽上水样，若抽上水样，就要检查取样管路及取样口是否堵塞，取样管是否破裂。

3、加热杯：加热消解水样的容器。长时间工作，可能会造成管壁破裂，含酸气体跑出，腐蚀该设备周边部分零件，缩短寿命，需巡检注意，并及时更换该备件。其中，若U型灯不加热，需及时更换。

4、冷却风扇：滴定池冷却风扇和加热杯冷却风扇。加热杯冷却风扇，长时间工作，易损坏，可能造成加热温度过高，水样进入滴定池，影响测定值，需要及时更换。

5、冷却水潜水泵（WP2）：加热回流冷却水潜水泵。长时间工作，易损坏，可能造成含酸气体跑出，腐蚀整个设备周边部分零件，缩短寿命，需及时更换。

6、亚铁铵滴定池：硫酸亚铁铵滴定反应的容器。长时间工作，可能造成铂电极结垢，影响测量值，需要及时更换铂电极。

7、排泄泵（电磁阀）：排泄分析后的废液。长时间工作，造成泵烧坏或堵住，需要定时清洗，必要时更换该排泄泵。

四、结束语：

在线监测仪篇6

关键词：化学在线仪表 火力发电厂 改进方向

中图分类号：TH8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0110-02

火力发电厂中火电机组的安全、经济至关重要，而保证其安全经济的重要因素之一是水汽循环系统中的水汽质量保证，同时技术诊断和化学监督也是保证其安全的重要手段。目前来说，保证水汽质量的手段主要有两种，分别是在线化学仪表测量和人工取样测量。

1 化学仪表的主要成因

随着现代工业技术的发展，各种高参数高级别的机器投入生产之中，因而水汽质量的测量显得更为重要，传统的人工取样测量远不能满足其测量要求。原因有以下几点。

（1）人工取样测量的方法无法测量全部水质。由于人工取样过程中使水质受到污染的因素众多，比如取样过程中器皿的污染、空气悬浮颗粒等，水质不洁会影响水汽的pH值、钠离子含量、电导率、溶解度等。

（2）人工取样的人为性会导致测量结果不准。

（3）人工取样测量结果导致数据滞后性。这是由于人工取样需要花费一段时间才能够进行测量，不能及时地关注水质变化。

（4）人工取样测量具有局限性，不能连续动态监测水质变化。这种情况会导致间歇性污染、微量离子超标等情况无法察觉。

综上所述，水汽质量的监测必须依赖动态连续的监测才能保证火电机组的安全运行。完成技术诊断和化学监督最主要的工具就是在线化学检测仪表，因此，在线化学检测仪表必须准确可靠，才会对电厂的安全起到保障作用。

2 在线化学监测仪表的结构组成

所谓在线化学监测仪表，是指在火力发电厂生产过程中监督各项指标所采用的专业在线流程式分析仪器。在电力生产行业中，为了与热工仪表和电测仪表相区别而成为化学监测仪表，一般称为在线化学监测仪表。

（1）高温高压取样架：这是一种冷却传送设备，将所取水汽样品一次冷却并送入取样装置进行分析。

（2）手工取样盘：这是一种用于把样品对比分析的仪器，用于保证在线化学检测仪表的准确性。

（3）仪表盘：主要用于分析数据检测和分析。

（4）样品压力和温度的控制保护系统：用于二次冷却并稳定样品水的流量、温度等，充分保证仪表的监测运转。

3 在线化学仪表管理工作中存在的主要问题

据调查分析，目前国内火力发电厂在线化学仪表的配备率和投运率已经与国际领先水平相差不多，但是测量结果准确率却远低于国际水平。按照《火力发电厂在线工业化学仪表检验规程》中的规定来衡量，只有很少一部分电厂的在线化学仪表合格。究其原因，主要是因为在线化学仪表的管理工作中存在以下几个问题。

3.1 在线化学仪表检测系统的安装或执行过程不规范

（1）市场上流通的化学仪表检测设备多种多样，不同性能、不同参数的产品虽然其运行原理相同，但是其通信接口设计、回路设计、电极配套方式等却不尽相同，这种情况也导致类似设备没有统一的测量标准，因此在测量水质的时候，由于流量、流速等条件不同，有些参数甚至不能达到测量要求，这些都会导致测量结果存在误差。尤其是在线化学仪表检测系统，对被测介质的流量、流速和温度等条件要求更为细致，这样一来，不规范的设计必然会导致测量结果的不准确性。

（2）在取样安装系统方面，也没有统一的标准和规定。过滤器、流量统计设备、监测水质开关等系统元件在安装时应有统一的安装规范。如果电厂不按照规范流程安装元件，会发生系统元件受损、无法正常运行等情况。如过滤器和流量计颠倒位置的话，会导致流量计严重污染，影响流量操控；如果流量器或过滤器没有记录流量的阀门，会导致无法正确有效提取样本流量。

（3）仪表质量监督管理工作不到位。大部分电厂在对新购置的化学检测仪表的质量监督方面没有明确的规范与标准，这种情况会导致无法对新购置的设备质量进行仔细检查，不到位的检查工作会导致测量结果不准确、达不到设计所需的测量仪表投入使用，这就直接导致了监测数据的可靠度降低。另外，有些厂家设计的监测仪表所配备的说明书过于简单，设备一旦出现问题，在说明书上找不到解决办法。还有一些国外进口的设备所采用的全英文说明书使得检修人员无法参考，也会导致仪表质量管理工作不到位。

3.2 在线化学监测仪表维护工作部门分工不明确

在线化学监测仪表的维护和运行需要众多部门的密切配合，其工作归属问题在各个电厂也不完全一样，会出现归属的部门不同、分工不尽明确、管理松散、专业化程度不高、维护人员不足等问题。其中最主要的问题是专业程度不高，比如许多维护人员没有受过专门的培训，一旦常规的仪器工作出现异常情况，不能马上做出反应和采取措施。也会发生设备出现故障，工作人员不能马上发现，因而继续使用隐患设备，造成监测结果不准确的情况。

3.3 设备、配件超过使用寿命得不到及时更新

在线化学监测仪表的运作原理是把复杂的化学参数经过一系列的转化变为简易的物理参数，这一过程非常复杂，影响因素众多。由于监测仪表需要不停的运行和测量，工作量巨大且得不到休息，再加上电子元件本身寿命就较短，老化很快，因此需要按时定时及时的更新。但是大部分电厂做不到这一点，因为许多电厂由于管理的缺陷、资金运转不灵或维护人员专业程度不足的原因，往往使配件得不到及时更新，这会导致测量结果不准确的后果。

除此之外，某些在线化学监测仪表需要特殊化学试剂的辅助才能得出准确的测量结果，而试剂的纯度、等级又会影响测量准确度。因此，化学试剂的及时配备和更新也显得尤为重要。大部分电厂由于化学实验室管理不到位、配置人员专业素养不高、污染意识不强等原因，无法保证化学试剂的纯度、配置和有效更新，这会直接影响仪表的反应灵敏性和测量结果准确性。这样一来，水质变化得不到确切的观察测量，容易导致安全隐患。

3.4 对在线化学检测仪表管理工作不重视

许多火力发电厂的领导班子并不是本专业出身，对化学检测仪表运转过程往往不是很了解，尤其是这种监测过程本身就很抽象，所以导致领导班子对在线化学检测仪表管理工作的重视程度不足。很多电厂对其重要性缺乏客观的认识，认为火电厂的安全经济与在线化学仪表并无直接联系。在这种观念的主导下，导致火电厂管理层对在线化学检测仪表管理工作的不够重视，也会带来管理上的混乱。

4 在线化学仪表管理工作的改进建议

4.1 建立健全数据溯源体系，对在线化学仪表监测工作给予重视

由于在线化学监测仪表结构复杂，比较抽象，即使是专业人员也很难对其安全性能、运转程序作出正确判断。日常生产中，只是对检测到的水质数据进行采用，但对其准确性无法进行判定，因此，建立健全测量数据溯源系统十分必要。关于这一点，可以采取的改进措施有：建立专业的监测实验室、针对此项目配备专业的监测人员、更新专业检测设备等，这些措施是保证在线化学监测设备正常安全运转的必要保证。

4.2 规范新进装置和仪表的质量监督管理工作

在线化学监测仪表的工作运转流程中的监督管理不到位，是导致测量结果不准确的主要人为原因。因此，建立对新进装置和新进仪表的监督管理规范标准可以在很大程度上减少测量误差。可以采取成立专业实验室、定期对设备进行功能检测、抽查流程项目等措施。

4.3 定期维护在线化学检测仪表

大部分电厂没有专业的维护检修团队，这就造成在线化学检测仪表无人维护管理的局面。因此，成立专业的维护团队定期进行设备的维护和检修，必将成为在线化学检测仪表管理工作未来的发展方向。

4.4 根据技术发展情况及时更新仪表工作标准

对生产安装仪表的厂家、机构、部门等进行及时的沟通和联系，及时更新仪表工作标准，制定出对此项目的统一规范，并保证其原本的、改进的标准规程有效贯彻落实。

4.5 重视化学仪表所采用的试剂、标准对比物的检验工作

电厂中在线化学检测仪表使用到的标准物质、化学试剂非常之多，因此加强多次的管理，可以有效保证测量数据结果的准确性。

5 结语

建立健全数据溯源体系、使管理工作更加规范标准、使设计安装检修一体化、明确分工各部门职能等手段的采用，是电厂在线化学检测仪表的发展方向，也必将使仪表的测量结果更加准确，为电厂的经济安全运行提供有效的保障。

参考文献

[1] 孙岐.在线化学仪表在火力发电厂中的应用探讨[J].陕西电力，2013（11）：94-97.

[2] 赵小平，蒙宏利.在线化学仪表的运行维护与管理[J].科学之友，2012（2）：6-7.

[3] 林义.关于电厂在线化学仪表检修维护工作的探讨[J].科学之友，2011（23）：56-57.

[4] 车小云.安徽省在线化学仪表运行状况调查与研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2012（4）：70-80.

在线监测仪篇7

关键词：氨氮；在线监测；含量；电极法；分光光度法

中图分类号：TL271文献标识码： A

氨氮(NH3-N)以游离氨（NH3）或（NH4+）形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH值和水温[1]。随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，已成为环境的主要污染源，并引起各界的关注。水体中氮的来源分为天然来源和人为来源。天然来源主要是各种形式的氮经由大气降尘、降水而进入地面水体。其中，大气中的氮也可以通过蓝绿藻等植物和某些细菌的生物固氮作用进入水体。水体中含氮量过高时，就会导致水体的富营养化。氨氮是水体中的营养素, 可导致水富营养化现象产生, 是水体中的主要耗氧污染物, 对鱼类及某些水生生物有毒害[2]。

氨氮的测定方法,，通常有纳氏试剂分光光度法、水性杨酸分光光度法和电极法等[3]。针对氨氮的自动检测近年来也有了很大发展，技术日趋完善，设备种类繁多。目前国内使用的氨氮在线自动监测仪既有国际知名品牌, 也有国内知名企业产品。同时，相关研究人员还在不断更新技术以解决原有监测技术上的部分缺陷，更好地实现氨氮在线监测的连续性、准确性和稳定性。

一、水质氨氮监测技术现状

近年来，我国有针对性了很多探索性的工作，并从国外的研究已受到启发，开始发展中国的国情，容易成熟的技术快速检测管在快速和容易掌握和控制作为一种新型的水质检测，快速检测方法和方法的动态水质环境监测和应急现场分析成为趋势。

随着国家对环境预警监测能力建设投入的加大，地表水水质自动监测技术的日趋成熟，水质自动预警监测系统已在全国得到了广泛应用。目前我国部级水质自动站已有100 个建成并投入运行，并于2009 年7 月1 日起在国家环境保护部网站上公开实时数据，形成了基本覆盖全国重要流域的地表水自动监测网络。同时，各地环保部门也根据具体情况建立了自动预警监测系统，广泛用于各省、市交界断面、饮用水源地、重点湖区、水质监控预警等[4]。

2011年，国家“十二五发展规划”中将氨氮增加为“十二五”减排约束性指标之一，要求在“十二五”期间内，总量比2010年排放量削减10 。目前，在线监测系统开始应用于各重点污染源企业监测，氨氮成为在线监测系统的重要监测指标。重点污染源企业安装氨氮水质自动在线监测仪在环境监测中发挥着重要作用，可以连续、及时、准确地对废水水质及其变化状况进行监测和远程监控，具有水质异常变化预警和监测项目超标及时报警功能，为环保部门的管理提供依据[5]。

根据国家《环境监测技术路线》的要求，各地水质自动站主要配置了水质参数为：氨氮、高锰酸盐指数、总有机碳及地方特征因子( 如总磷、总氮、叶绿素a、蓝绿藻等) 。通过近几年的发展，氨氨在线自动监测仪在性能指标、规范管理等各方面日趋成熟与完善，但同时还存在诸多问题需要解决[4]。

二、常见氨氮在线监测仪的种类及应用特点[6,7]

目前国内使用的氨氮在线自动监测仪既有国际知名品牌, 也有国内知名企业产品。据不完全统计目前，中国市场上共有30 余种水质氨氮在线监测仪，按原理主要分为电极法和光度法（分光光度法）两类。光度法又分为纳氏试剂分光光度法和水杨酸盐分光光度法。另外还有电导法仪器、滴定法仪器等。

1.氨气敏电极法仪器

离子选择电极法是检测水中氨氮的常用方法，其原理是调节水样pH 值在11 ～ 12 的强碱性范围内，曝气使水样中的铵离子(NH4＋)转化为氨(NH3)、以氨气的形式逐出，氨气透过氨气敏电极的疏水膜引起内充液pH 变化，通过电极电位的变化测定氨。仪表根据pH的变化计算出样品中氨氮的浓度。

电极法主要仪器有: 法国SERES2000 型、德国WTW TresCon型、德国科泽K101 型、美国哈希Amtax- sc型、北京捷安捷JAWA- 1005 型、国电南自HNS2003- N 型等[4]。氨气敏电极法仪器的优点一是不受水体色度和浊度的影响，无需对水样进行预处理； 二是测量范围宽，适于高浓度水样的测定。但电极的寿命和再现性是目前该类型仪器的主要问题。另外，对于含氯水样，pH值增大到11并不能使铵离子(NH4＋)完全转化为氨(NH3)，而是和氯生成无法被电极检测的一氯胺，所以离子选择电极法不能应用在饮用水消毒过程中氨氮的检测。而且，大多数离子选择性电极在0.5-10000mg/L以及超过100000mg/L的氨离子浓度下反应迅速且读数线性。而在低于0.5mg/L的氨存在时，响应慢而且在量程范围内不成线性。氯胺法消毒的饮用水氨氮浓度通常控制在0.2至0.5之间，不在电极法的最佳检测范围内，所以，离子选择电极法不适合饮用水氨氮浓度的检测。

2.纳氏试剂分光光度法仪器

常见纳氏试剂分光光度法仪器有湖南力合LFNH- DW2001型、广州怡文EST- 2004 型等[4]。该仪器的设计原理基于GB/T 5750.5-2006生活饮用水标准检验方法中的纳氏试剂分光光度法。碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反映生成淡红棕色胶态化合物，其色度与氨氮含量成正比，通常可在波长410~425nm范围内测其吸光度，根据朗伯比尔定律可定量水样中的氨。基于纳氏试剂法的水质氨氮在线监测仪，具有较高的环境适用性，可以应用在地表水、地下水和污染源的在线监测中，但由于比色容易受到水样色度和浊度的影响，在高色度、高浊度的应用环境中，则对仪器的预处理模块提出较高要求。同时，由于仪器所用试剂含有剧毒物质碘化汞，对操作者易造成伤害，同时易造成环境的二次污染，因此目前较多的仪器开始转为水杨酸法。

3.水杨酸分光光度法仪器

该类型仪器的设计原理是基于GB/T 5750.5-2006生活饮用水标准检验方法中的水杨酸盐分光光度法。在该方法中，水样中的氨氮以铵( NH4+ ) 的形式参与反应，即在亚硝基铁氰化钾的存在性，铵与水杨酸和次氯酸离子反应生成蓝色化合物靛酚蓝，在697 nm 处产生强烈吸收，根据朗伯比尔定律可定量水样中的氨氮的含量。水杨酸分光光度法的检出限比纳氏试剂法低，可以达到0.01 mg /L，因此该方法的氨氮在线监测仪更适合应用于饮用水、地表水等低浓度水体的监测。但由于测试所需的次氯酸盐溶液保存时间短，因此在在线应用中应重点注意试剂的有效保存问题。常见仪器品牌有：法国SERES1000型、德国科泽K301 型、美国哈希Amtax- inter2型、德国BRAN- LUEBBE- M020、德国E+ H Stamolys CA71AM型。[4]

三、水质氨氮在线监测应用存在的问题[5-9]

1.各检测方法均有其局限性

氨气敏电极法不需要对水样进行过滤，运行费用低，维护简单，但电极的寿命和再现性是目前该类型仪器的主要问题，而且不宜适用于对于含氯水样。

纳氏试剂分光光度法仪表稳定性好、重现性好，试剂储存时间长。相对于气敏电极法仪器而言，试剂用量较大，维护较多。在线水杨酸法氨氮分析仪具有灵敏、稳定等优点，但通常量程较窄，消耗试剂量较大，试剂保存时间较短。干扰情况和消除方法与纳氏试剂比色法相同。使用方便，需定期维护更换试剂，泵管弹性变差时需更换泵管。同钠氏试剂法相同的是需要与过滤装置联合使用，过滤装置需视水质情况定期清洗，更换滤膜。钠氏试剂分光光度法和水杨酸盐分光光度法在其检出限、测量范围、试剂保存有效期以及有毒废液排放处理等方面也有各自的弊端。

2．直接采样尚未避免干扰物质的影响

目前，在实际应用中的氨氮监测技术均为24h在线连续监测，采用直接进样法进样，对于水样的预处理，如离子干扰、浊度影响等问题不予考虑，通常由使用者自行解决，仪器内也无任何对干扰进行排除的相关部件预留。这样就造成了仪器对干扰进行排除, 通常由使用者或集成商在前端另行设计加入，但其排除效果很难保证。这也是为什么该仪器做标准值测试达标, 但做样品比对时总是有较大误差的主要原因之一。

3. 与实验室比对误差较大

通过各水质自动站的验收报告看出，各仪器在用标准溶液做性能指标验证时均能符合要求，但在与实验室比对实验时，相对误差高值高达20%-30% 。究其原因，有离子的干扰问题、性能飘移问题、泵管老化问题、试剂保存期问题、仪器响应滞后问题等等。因此生产厂商应严格按照氨氮水质自动分析仪技术要求和水质自动在线监测仪器质控及比对验收技术规，保证比对实验的成功。

四、水质氨氮在线监测仪器的应用建议

随着氨氮在线自动监测仪的广泛应用, 其各项性能指标、操作使用越来越规范, 但在应用与发展方面仍有许多问题需要进一步认识与改进，以更好地满足我国水质在线自动分析仪的要求针对不同的水质情况，在水质氨氮在线监测仪的选型上应考虑方法原理的适用性。不同的测量原理，其适应水质情况不同，只要选择得当，扬长避短，即可得到理想的效果，与实验室取得较好的一致性。对于色度浊度较高的水体，应优先选择氨气敏电极的仪器设备，以减少色度浊度的影响；对于较为清澈、氨氮含量较低的水体，可选择水杨酸法的仪器设备，具有更高的灵敏性。为了获得更准确地监测数据，水质氨氮在线监测仪的定期校准和维护是非常必要的。除定期应用标样进行校准以外，最好采用安装点的实际水样，与实验室同时进行测定，并用实验室的测量值对仪器测量值进行修订。

【参考文献】

[1] 国家环保局、水和废水监测分析方法编委会．水和废水监测分析方法[M]．北京：中国环境科学出版社，2002：276-285

[2] 卡林，黄庆施．地表水中氨氮的在线自动监测[J]．仪器仪表与分析监测，2010，,3：38-41

[3] GB/T5750．5-2006，生活饮用水标准检验方法无机非金属指标：氨氮[S]

在线监测仪篇8

【关键词】 再生纸 废水 COD 在线监测

我国近几年废纸浆的使用量在逐年上升，废纸浆占总纸浆消耗量的比例也逐年上升，到2010年已达到62.7%，已接近发达国家水平（如图1）。这说明我国在利用废纸浆再生造纸上已取得了长足的发展，对再生纸行业所产生的废水进行有效的监控是十分必要的。

1 再生纸造纸废水的水质特征

根据废纸来源和生产工艺的差别，废水的特性有所不同，其污染物含量大致为：CODCr 600～2400mg/L，BOD5 125～850mg/L，SS 650～2400mg/L，外观呈黑灰色。废水量为80～200t/t纸，废水中的SS、COD浓度较高，其中COD由可溶性的浆料、化学添加剂及不溶的纤维有机物等两部分组成，通常不溶的COD随SS被去除时，大部分不溶COD同时被去除。在可溶的COD中，成分基本上是由分子量低于1000的低分子量组分（如废纸浆料中的可溶物）和分子量高达10万以上的高分子量组分（如化学药品、树脂等）构成，在除SS过程中可溶的COD去除效果不明显。

综上所述，再生纸造纸废水是SS、COD浓度含量高、色度大、 COD成分复杂的一类有机废水。

2 再生纸造纸废水在线COD分析仪器的选型及安装

（1）COD在线分析仪器一般都由试样采集系统、反应检测系统、计算分析系统和数据传输系统四部分组成。其中反应检测系统又由计量单元、试剂储存单元、反应单元、检测单元、控制单元组成。其各系统之间的关系如图3所示。

为了有效提高环境监测数据的准确度和可靠性，确保环境管理工作科学公正，COD在线分析仪器均须符合环境保护产品技术要求（HJT377-2007），经检测合格、通过认定并列入合格产品准入名录后，方可使用。目前列入《COD在线自动监测仪认证检测合格产品名录》的仪器有国产的、也有进口的，各仪器在测试原理及方法上存在明显差别，有重铬酸钾法、燃烧氧化法、光谱分析法、电化学法等等。在线监测仪器在测试方法上的不同，导致在适用领域、测量范围等方面也存在较大差别，表1列出了一些不同方法的测试原理及仪器性能对照，供选型时参考。

分析上表，可以看出再生纸造纸废水COD在线监测，应避免选择以光谱分析法为原理的测试仪，以排除SS和色度对测试结果的影响。对于使用氯漂染的再生纸造纸厂及沿海地区利用地下水作为生产用水的再生纸造纸厂应注意氯离子能被重铬酸钾盐氧化，并能与硫酸银作用产生沉淀，影响测定结果，测量氯离子含量高的废水时，会产生较大偏差，一般浓度值超过1000mg/L就不宜采用。现在多数重铬酸钾消解法的COD在线监测仪器通过增加硫酸汞的用量，优化反应条件，大大提高了对氯离子的耐受性，但随着氯离子浓度的增高偏差会增大，且硫酸汞如处理不当会带来较为严重的二次污染。电化学法和燃烧氧化法的仪器较为适用，但需根据不同的水质类型及变化情况设定正确的转换系数，并通过实验室方法验证结果吻合程度。

此外，选型时还应特别注意数据传输联网问题。目前，各省市不同程度都建有自己的污染源在线监控网络，有的以无线传输为主，有的以有线传输为主。用户在选型时既要优先考虑国家认定的产品，又要充分考虑本地监控网络对入网仪器的技术标准，必要时可向所在地省市环境保护行政主管部门进行咨询，了解掌握政策要求和技术标准，以保证所安装的在线监测仪器能顺利接入在线监控网络。

（2）为保证污染源COD自动在线监测仪正常运转，首先要在安装在离取水点较近处建设专用的监测机房，面积大于6M2，并配备照明、交流净化稳压电源等，电源要求有可靠的接地和防雷措施。取水口应放置在规定点位，并得到环保部门认可，使其能真实反映排污单位的排污状况。采水装置由连续提水泵、循环管路和水样贮存装置、水样测定取水口构成。采水口安装在废水水面下0.3米处，并符合等比例采样或等时采样要求；采水管路、泵配备有活动接头，便于清堵和维修，采水管路应配备有防护措施。由于COD自动在线监测仪属精密分析仪器，对安装使用环境有一定的要求，需要防雨、防晒并保持一定温度、湿度，因此要配有良好的通风、调温设备。需要根据不同类型的COD自动在线监测仪配备相应的安装条件。

3 再生纸造纸废水的COD在线监测系统的管理和维护

环保部门按照国家有关技术规定对COD在线监测系统进行考核验收之后，交由企业进行日常运行管理。企业应参照环境保护部2008年3月18日颁布的《污染源自动监控设施运行管理办法》，按照国家或地方相关法律法规和标准要求，建立健全COD在线监控系统日常管理制度。主要包括：人员培训、操作规程、岗位责任、定期比对监测、定期校准维护记录、运行信息公开、设施故障预防和应急措施等制度。常年备有日常运行、维护所需的各种耗材、备用整机或关键部件。

从事污染源自动监控设施管理维护专员，应经过培训能正确、熟练地掌握有关仪器设施的原理、操作、使用、调试、维修和更换等技能。日常定期巡检和维护内容包括：每日保持站房清洁，保证监测用房内的温度、湿度满足仪器正常运行的需求，辅助设备工作正常，巡检仪器运行状态、数据传输系统，如发现异常情况和异常数据须及时处理，并按要求填写相关记录。每周至少检查各台自动分析仪及辅助设备的运行状态和主要技术参数一次，判断运行是否正常；检查泵取水样情况及内部管路一次，判断水路是否通畅，必要时进行清洗；检查站房内电路系统、通讯系统是否正常；检查各仪器标准溶液和试剂是否在有效使用期内，存量是否充足，按相关要求定期更换标准溶液和分析试剂。每月对废水在线监测仪器进行保养，对水泵和取水管路、配水和进水系统、仪器分析系统进行维护。对数据存储，控制系统工作状态进行检查，对自动分析仪进行日常校验。每月还应对实际水样进行实验室标准方法比对实验，以保证在线监测样品的代表性、完整性，监测数据的正确性、精密性、可比性。

参考文献

[1]国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法（第四版增补版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[2]环境保护部科技标准司.水污染连续自动监测系统运行管理[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]国家环境保护总局.HBC622001 《环境保护产品认定技术要求化学需氧量（ CODCr） 水质在线监测仪》 [S].北京：国家环境保护总局，2001.

[4]李亚秋.污水 COD 测定及新技术的研究进展[J].化工职业技术教育，2008，（3）：33-35.

[5]吴同华，钟文意.污水处理COD在线监测系统运行质量控制.新疆环境保护，2009，（31）：17-19.

[6]陈建江.对我国环境自动监测发展的思考[J].环境监测管理与技术，2007，19（1）：1-3.