新型柱积分在线智能浊度仪的研究与性能测试

　　1　引　　言

　　浊度是试样中存在的微粒物质对光的散射作用而导致的试样透明度的降低程度。浊度测定方法有透射光浊度法、散射光浊度法和积分球法,其中散射光浊度法以灵　敏度高、检测下限低的优点,愈来愈引起人们的关注[122]。

　　本文介绍一种自行研制的激光散射测浊仪,仪器采用优良的He2Ne激光管为光源。单色性好、波长适中(623.5nm),可减少水中有机物对浊度测量结果的干扰。独特的流路设计可避免水中气泡对测定的影响;采用超声波清洗技术使测量池始终处于洁净状态[326]。在线浊度仪采用8081单片机构成光、机、电一体化的智能化仪表,处于国内外领先水平。

　　2　测量原理

　　一束光照射到某种分散物质(水样)时,一部分光被散射,一部分光被反射和折射,一部分光被吸收,其余的则透过水样。当分散物中粒子的直径远小于入射光的波长(约小于20倍)时,由瑞利公式可知粒子对光的作用主要是散射,故当强度为I0的光束通过厚度为L的水样,且不考虑试样对光的吸收时,根据散射光浊度与光程度和入射光光径成正比的关系得:

　　计而成的。为使仪器所测浊度能够反映微粒集合散射光的综合效果,提高测量灵敏度,本文采用柱积方式对散射光进行光电转换(即将3个光电池在比浊管周围按120°方向均布),以接收360°范围的全部散射光,也称柱积分测浊法,如图1所示。

　　式中:K为水样浊度值。式(2)表明:散射光与水样浊度有近似线性关系;当浊度较高时,采用非线性补偿对测量结果进行修正。

　　3　主要性能指标

　　量程:低浊度:0~10NTU,0~20NTU;中浊度:0~50NTU, 0 ~ 100NTU;高浊度: 0 ~ 200NTU, 0 ~500NTU,0~1000NTU。

　　基本误差:≤5%(0~4NTU≤2%)

　　工作方式:在线连续测量。

　　工作温度:0~50℃。

　　输出信号:0~10mV,0~5V; 0~10mA,4~20mA;

　　数据存贮:大容量存贮器,保证存贮几个月以上的检测数据,便于现场事故或故障分析。

　　显示方式:彩色大屏幕液晶显示。

　　4　仪器结构设计

　　浊度检测流程如图2所示。

　　水样从进水口1流经多功能电磁阀2到减压扩容气泡分离装置3,水样中溶解的气体在气泡分离装置中排空。开启多功能电磁阀2,让水样从浊度检测器6中的比浊管流过,超声波自动清洗,并由溢流口7溢出。从光源发出的光束经光窗垂直投射到检测器的比浊管中,由水中混浊微粒物质产生的散射光被置于比浊管周围与入射光成90°的光电池接收,转换成电信号送到I/V转换电路进行放大并转换成数字信号[9210]。仪器通电后即进入检测状态,由信号调整电路将微小的光电动势放大后形成标准模拟信号,经A/D转换送入CPU,CPU对所测数据进行非线性修正后,送显示器并经485接口或经D/A转换为4~20mA电流信号输出[11212]。