基于在线水质监测仪电导率校准装置研制探讨＊

2020-11-28郭知明孙银合常子栋王志鹏李红亮

科技与创新 2020年1期

郭知明，孙银合，常子栋，王志鹏，李红亮

郭知明，孙银合，常子栋，王志鹏，李红亮

（天津市计量监督检测科学研究院，天津 300192）

在线水质监测仪是一种能对纯水和一般水溶液的电导率值进行长时间连续监测的仪器，其设计形式和工作方式与实验室用的电导率测量仪存在较大差异，现有的水质监测仪电导率校准装置无法实现对在线电导率监测仪、水质分析仪（电导测量部分）、在线电阻率仪的有效溯源工作。从在线水质监测仪电导率仪工作原理、其校准装置的研制目的意义、国内外研究状况、在研究过程中解决的自动温度补偿的问题、关键技术问题的解决和创新点等进行分析探讨，着重解决企业客户校准溯源的迫切需求，实现该类型仪器的有效溯源。

在线水质监测仪电导率校准装置；自动温度补偿；电导率；创新点

1 校准装置的研制目的和意义

在线水质监测仪是指能对纯水和一般水溶液的电导率值进行长时间连续监测的仪器，与实验室用的电导率仪的设计差别较大，目前现有的实验室电导率仪校准装置无法对在线水质监测电导率仪、水质分析仪、在线电阻率仪等进行有效溯源，需要研制开发相应的新型校准装置。

目前，涉及水处理及水检测领域的企事业单位，如制药企业、医院、环境保护检测站、污水处理厂、发电厂、水利环境检测部门、海洋环境检测部门，均有大量在线水质监测仪、在线电导/电阻率仪、水质分析仪（电导测量部分）。在制药领域，原水经过水处理系统后，成为制药用水。在生产工艺流程中，电导率是一项极其重要的理化指标，由在线电导率仪进行实时动态检测。电导率符合要求的水，即电导率低于某一个值时，被注入一级中间水箱，其余的被排放掉，如电导率值测量出现偏差，将会造成水源的浪费。

2 国内外的研究概况

近年来，因理化在线分析仪器具有的实时监测、远程读取、远程控制等诸多优势，该类仪器得到了迅速发展，尤其是水质在线分析仪，在环保领域发挥了很大作用。但是因在线仪器与实验室仪器的显著差异，在线仪器的溯源问题一直存在滞后问题。

2012年山东省计量院受国家局委托，研制了在线pH计的校准装置，获得了一系列的科技奖项，发表论文专利数篇，并且开展了在线pH的校准工作。在线电导/电阻率仪应用同样广泛，预计会有更好的前景，如前文分析，社会效益和经济效益将会十分可观。

JJG 376—2007《电导率仪检定规程》阐述的检定方法适用一般实验室用的电导率仪，而无法完全适用于在线电导率仪的检定要求，对在线电阻率仪更不适合。目前还没有完整的针对在线水质监测仪的校准装置，本文在实验室电导率检定装置的基础上，研制组装适合在线水质监测仪的校准装置，以满足该领域的计量溯源需求。

据不完全统计，在线水质监测仪种类繁多，上海诚磁仪表厂生产的CM-230型在线电导率仪、河北科瑞达仪器科技股份有限公司的CT系列、大连华城电子有限公司生产的DDG-9580B 型电导率仪、贝尔分析仪器（大连）有限公司生产的BEC-200在线电导率仪、HACH公司的水质综合分析仪、其他厂家的在线电导/电阻率仪，这些仪器有许多共同之处，又各有不同。

3 解决自动温度补偿的问题

在线水质监测仪设计上与实验室用电导率仪的最大区别是增加了自动温度补偿功能。作为补偿元件的标准电阻的阻值是校准在线电导率仪的关键。由于不同类型的在线电导率仪不同厂家的设计理念不尽相同，因此为选择补偿元件的标准电阻值带来一定的难度。一般这个电阻值可以阅读仪器的用户使用手册或仪器线路板上的标注，如CM系列、DGZ系列的在线电导率仪的补偿元件的阻值都为10 kΩ。但是，有些仪器查找不到该补偿元件的电阻值，此时，可以通过断开电极与在线电导率仪的连接，将电极感应头插入精密恒温水浴箱中，将水温控制在25 ℃。同时，把两条温度补偿端即NET（G）与T（R）接置于电阻测量方式的万用表，万用表测量出的阻值便是校准在线电导率仪时所要接入的模拟25 ℃的基准条件的补偿元件电阻值。

电解液与其他导体一样，它的导电能力随着温度的变化而改变。在溶液浓度不变的前提下，其电阻随温度的升高而减小，因此，它的电导率随温度的升高而增加。温度每增加1 ℃时，其电导率的相对增量称为温度系数。不同的溶液或者不同浓度的同一种溶液，其温度系数是不相同的。习惯上为了便于比较，人们常常用温度补偿的方法，将电解液的电导率值转换成25 ℃时的电导率值，这样，就能更客观地评价溶液的电导率指标。换句话说，就是将在一定温度范围内变化的溶液的电导率值，统一在25 ℃的基准条件下进行显示和比较，以便对溶液的电导率值进行监控。

4 装置研制创新点

在线水质监测仪电导率校准装置研制的创新点可归纳为以下几点。

4.1 创新点一

一种低量程纯水电导率仪的校准装置，其特征在于：包括1个用于容置校验液的容置盒，所述容置盒内部中空；1个与外部环境隔离的密封腔，该密封腔的两侧分别有进液口和出液口；所述容置盒的顶部安装有1个电导率测量探头，该电导率测量探头伸入密封腔内；位于电导率探头旁侧的容置盒顶部安装有1个温度传感器，该温度传感器的检测端位于密封腔内用于检测校验液的温度；所述电导率测量探头和温度传感器均与1个标准电导率测量装置相连接，该标准电导率测量装置可对电导率测量探头和温度传感器输出的信号进行处理。

4.2 创新点二

根据4.1所述的一种低量程纯水电导率仪的校准装置，其特征在于：所述标准电导率测量装置包括电导率测量模块、温度校正模块、中央处理模块和数据传输模块，所述电导率测量模块与电导率测量探头相连接，所述温度校正模块与温度传感器相连接，该电导率测量模块和温度校正模块的信号输出端与中央处理模块相连接，该中央处理模块的信号输出端与数据传输模块相连接，所述数据传输模块用于与外部控制储存装置进行数据传输。