二氧化硅自动分析仪的设计

摘要：本文介绍了一种二氧化硅浓度自动分析仪的设计方法，该自动分析系统以80C196KC单片机为核心，能对使用水自动采样、自动分析，并能显示、打印分析结果，同时兼具样水温度、化学试剂量、光源电池电压和二氧化硅浓度超限报警功能。
关键词：二氧化硅 浓度 分析
        0 引言
        在石油、化工、电力等工业生产中，有时需要对使用水的二氧化硅含量进行控制，使其浓度不超过控制指标，于是就需要对二氧化硅的浓度进行测量分析。本文介绍了一种二氧化硅浓度自动分析仪的设计方法，该自动分析系统以单片机80C196KC为核心，能对使用水自动采样、自动分析、自动清洗，并能显示、打印分析结果，同时兼具样水温度、化学试剂量、光源电池电压和浓度超限报警功能。系统采用吸收测量的方法，这种分析方法是间接的。首先使待分析的样水与一系列化学试剂反应，生成稳定的蓝色溶液，蓝色溶液的深浅与二氧化硅的浓度相关；然后将单色光穿过溶液，二氧化硅的浓度不同，蓝色溶液的深浅则不同，对单色光的吸收能力不同，于是透射光的光强是不同的；最后用光电池测量透射光的光强。由于透射光的光强与二氧化硅的浓度相关，进而间接反映出二氧化硅的浓度。
        1 分析原理
        将样水与成色液、掩色液和还原剂进行一系列化学反应，最后生成的是稳定的蓝色溶液——异聚钼蓝复酸盐。成色液(试剂A)为钼酸氨——硫酸溶液，与水中的二氧化硅反应，生成硅钼酸。掩色液(试剂B)为酒石酸，防止样水中的磷酸根离子参与反应。还原剂(试剂C)为1氨基——2苯酚——4磺酸亚硫酸氢钠溶液，与硅钼酸反应生成蓝色的异聚钼蓝复酸盐。
        将单色红光穿过反应后的蓝色溶液，投射到光电池上，光电池输出一个相应的电流信号，它与入射光的光强成正比，即由输出电流可以计算出入射光强，进而确定二氧化硅的浓度。计算方法如下：
        C=A log( B )
        其中：C为测得的浓度，单位为ppb；A为吸收系数，由已知浓度的标准蓝色玻璃的透射光强计算出；B为未知浓度的蓝色溶液的透射光强。
        2 分析系统硬件组成
        自动分析系统以80C196KC单片机为核心，配以运算放大器、温度传感器、锡光电池、液位传感器、驱动电路等组成。系统有两种输入信号：一种是模拟信号，有两路，它们是光电池输出的电流信号和温度传感器输出的电阻信号，经过放大和转换电路变成直流电压信号分别送入单片机进行A/D变换；另一种是开关信号，有溢流槽样水液位，试剂A、B、C的液位。系统输出有：显示、打印样水二氧化硅的浓度；进水阀和排水阀、加热器和电磁过滤器、试剂泵、搅拌马达、分析光源、标定用蓝色标准浓度玻璃的开关控制；还有电池电压、溢流槽液位、试剂液位、样水温度和二氧化硅浓度超限报警信号。
        分析系统从自动采样、分析到清洗完毕，一个循环需要15分钟，共分为30步运行，即15分钟分析一个样。
        为了保证分析精度，系统采取了一系列措施：①分析池照射光源采用电池供电，保证光强的稳定性。②保证最佳的反应温度，用加热器控制样水的水温在40~44范围内。③取光电池的电流输出信号，光电池的负载用50Ω的标准电阻，保证入射光强与输出电流的线性关系，且当入射光强在0～1000Lx时输出电流为0～1600μA。④分析每个样水前，需要测量暗电流、0ppb时、及500ppb标准蓝色玻璃时的电流、采用自校正的方法[1]，修正测量曲线。⑤为保证加入的化学试剂量准确，采用三个容积式隔膜泵进行加药。

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