在线钠度计的研制

　　0　引言

　　在热力发电厂和大型工业企业的动力厂中,经常需要测定水汽中钠离子的含量,以监督蒸汽品质、鉴别凝洁器的泄漏,从而保证热力设备能够稳定、长期、高效运行。虽然目前国内各大电厂都配备了在线钠度计,但大多是国外产品,如美国ORION的1811EL钠表,其价格昂贵,运行维护费很高,所以实现钠度计的国产化,有很重要的意义。

　　1　测量原理

　　钠度计的测量原理是能斯特方程[3],即:

　　由钠离子选择性电极和参比电极还有待测液构成的测量电池,通过钠度计对被测液进行简单的电位测量就可以直接测定溶液中钠离子的含量了

　　2　在线钠度计的分析流路设计

　　工作过程如图1所示:试样由入口阀进入,流经旁路过滤器进行过滤,多余试样经旁路阀后排掉,过滤后试样由减压阀调到定压,再经流量阀调到所需流量后经试剂加入系统调整PH大于11后,流到测量杯进行测量,最后排掉。测量信号经微机处理后,进行显示、报警或远传给上位机进行管理。为了保证测量的准确性,标定液面要高于测量液面。

3　仪表的硬件组成

　　如图2所示,根据在线仪表的性能及工作情况,该系统选用89c51单片机作为数据处理和控制的核心部件,辅以一些外围芯片,组成一个完成自动运行、自动报警、自动标定等功能的智能型钠表。89c51不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。

　　3·1　仪器输入电路设计

　　为了精确测定钠离子的浓度,仪表输入阻抗必须大于1013Ω,因此仪器前置运算放大电路采用的是美国模拟公司生产的AD515JL运放,其输入偏流仅为75×10-5A。在仪器的输入电路把运放接成自举反馈型式,如图3所示,这样仪器的输入电流I1主要由反馈电路的电流I来提供。图中A1是主放大器, A2是提供自举反馈的输助放大器。这不仅可以增大输入电阻,还可以使输入电流向信号源吸取的电流降至最低。

　　3·2　A/D转换电路设计

　　该仪器是在线仪表,为了避免测量信号受外部影响,仪器使用LM331作为A/D转换的芯片。V/F转换的过程是对输入信号的不断积分的过程。因而能对噪音或变化的输入信号进行平滑过滤。仪器测得的温度信号和电位信号,通过4052双四选一开关输入到A/D转换电路。LM331输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的P3·4引脚,作为T0的计数脉冲。该转换电路线　性良好,抗干扰能力强,输出频率范围在10~10 000Hz以上,其变化比达103,优于普通8位并行A/D转换器,有利于提高系统的测量范围。