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摘要：本文介紹了一種二氧化硅濃度自動(dòng)分析儀的設(shè)計(jì)方法，該自動(dòng)分析系統(tǒng)以80C196KC單片機(jī)為核心，能對(duì)使用水自動(dòng)采樣、自動(dòng)分析，并能顯示、打印分析結(jié)果，同時(shí)兼具樣水溫度、化學(xué)試劑量、光源電池電壓和二氧化硅濃度超限報(bào)警功能。

關(guān)鍵詞：二氧化硅濃度分析

0引言

在石油、化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)需要對(duì)使用水的二氧化硅含量進(jìn)行控制，使其濃度不超過控制指標(biāo)，于是就需要對(duì)二氧化硅的濃度進(jìn)行測(cè)量分析。本文介紹了一種二氧化硅濃度自動(dòng)分析儀的設(shè)計(jì)方法，該自動(dòng)分析系統(tǒng)以單片機(jī)80C196KC為核心，能對(duì)使用水自動(dòng)采樣、自動(dòng)分析、自動(dòng)清洗，并能顯示、打印分析結(jié)果，同時(shí)兼具樣水溫度、化學(xué)試劑量、光源電池電壓和濃度超限報(bào)警功能。系統(tǒng)采用吸收測(cè)量的方法，這種分析方法是間接的。首先使待分析的樣水與一系列化學(xué)試劑反應(yīng)，生成穩(wěn)定的藍(lán)色溶液，藍(lán)色溶液的深淺與二氧化硅的濃度相關(guān)；然后將單色光穿過溶液，二氧化硅的濃度不同，藍(lán)色溶液的深淺則不同，對(duì)單色光的吸收能力不同，于是透射光的光強(qiáng)是不同的；最后用光電池測(cè)量透射光的光強(qiáng)。由于透射光的光強(qiáng)與二氧化硅的濃度相關(guān)，進(jìn)而間接反映出二氧化硅的濃度。

1分析原理

將樣水與成色液、掩色液和還原劑進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)，最后生成的是穩(wěn)定的藍(lán)色溶液——異聚鉬藍(lán)復(fù)酸鹽。成色液(試劑A)為鉬酸氨——硫酸溶液，與水中的二氧化硅反應(yīng)，生成硅鉬酸。掩色液(試劑B)為酒石酸，防止樣水中的磷酸根離子參與反應(yīng)。還原劑(試劑C)為1氨基——2苯酚——4磺酸亞硫酸氫鈉溶液，與硅鉬酸反應(yīng)生成藍(lán)色的異聚鉬藍(lán)復(fù)酸鹽。

將單色紅光穿過反應(yīng)后的藍(lán)色溶液，投射到光電池上，光電池輸出一個(gè)相應(yīng)的電流信號(hào)，它與入射光的光強(qiáng)成正比，即由輸出電流可以計(jì)算出入射光強(qiáng)，進(jìn)而確定二氧化硅的濃度。計(jì)算方法如下：

C=Alog(B)

其中：C為測(cè)得的濃度，單位為ppb；A為吸收系數(shù)，由已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色玻璃的透射光強(qiáng)計(jì)算出；B為未知濃度的藍(lán)色溶液的透射光強(qiáng)。

2分析系統(tǒng)硬件組成

自動(dòng)分析系統(tǒng)以80C196KC單片機(jī)為核心，配以運(yùn)算放大器、溫度傳感器、錫光電池、液位傳感器、驅(qū)動(dòng)電路等組成。系統(tǒng)有兩種輸入信號(hào)：一種是模擬信號(hào)，有兩路，它們是光電池輸出的電流信號(hào)和溫度傳感器輸出的電阻信號(hào)，經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換電路變成直流電壓信號(hào)分別送入單片機(jī)進(jìn)行A/D變換；另一種是開關(guān)信號(hào)，有溢流槽樣水液位，試劑A、B、C的液位。系統(tǒng)輸出有：顯示、打印樣水二氧化硅的濃度；進(jìn)水閥和排水閥、加熱器和電磁過濾器、試劑泵、攪拌馬達(dá)、分析光源、標(biāo)定用藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)濃度玻璃的開關(guān)控制；還有電池電壓、溢流槽液位、試劑液位、樣水溫度和二氧化硅濃度超限報(bào)警信號(hào)。

分析系統(tǒng)從自動(dòng)采樣、分析到清洗完畢，一個(gè)循環(huán)需要15分鐘，共分為30步運(yùn)行，即15分鐘分析一個(gè)樣。

為了保證分析精度，系統(tǒng)采取了一系列措施：①分析池照射光源采用電池供電，保證光強(qiáng)的穩(wěn)定性。②保證最佳的反應(yīng)溫度，用加熱器控制樣水的水溫在40~44范圍內(nèi)。③取光電池的電流輸出信號(hào)，光電池的負(fù)載用50Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻，保證入射光強(qiáng)與輸出電流的線性關(guān)系，且當(dāng)入射光強(qiáng)在0～1000Lx時(shí)輸出電流為0～1600μA。④分析每個(gè)樣水前，需要測(cè)量暗電流、0ppb時(shí)、及500ppb標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色玻璃時(shí)的電流、采用自校正的方法[1]，修正測(cè)量曲線。⑤為保證加入的化學(xué)試劑量準(zhǔn)確，采用三個(gè)容積式隔膜泵進(jìn)行加藥。3結(jié)束語

使用二氧化硅濃度自動(dòng)分析儀，在0～50℃的環(huán)境溫度下，對(duì)含有不同濃度二氧化硅的樣水進(jìn)行測(cè)量分析。分析結(jié)果表明：在0～50℃的環(huán)境溫度下，在0~500ppb濃度范圍內(nèi)，系統(tǒng)測(cè)量的相對(duì)誤差小于1.5%。

參考文獻(xiàn)：

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[5]孫涵芳.Inter16位單片機(jī).北京航空航天大學(xué)出版社.1996.