饮用水水质在线仪表检测误差形成因素的分析

摘 要：随着人们生活水平的提升，人们对生活饮用水的质量要求也逐渐提高。为保证人们能够饮用安全健康的水源，有关单位做好水质监测工作，为人们的生命安全和身体健康提供保障。目前，我国在生活饮用水质量检测方面存在很多问题，尤其是在水质检验中会存在数据误差。本研究详细阐述了数据误差形成的原因及对应的处理方法，为进一步提升水质检验质量提供助力。

关键词：饮用水;水质在线仪表;检测;误差

Analysis of Factors Causing Errors in On-Line Instrument Detection of Drinking Water Quality

LI Linna

（Qiqihar Water Resources Center， Qiqihar 161005， China）

Abstract： With the improvement of people's living standards， people's requirements for the quality of drinking water are also gradually improved. In order to ensure that people can drink safe and healthy water sources， relevant units do a good job in water quality monitoring to provide guarantee for people's life safety and health. At present， there are many problems in the quality inspection of drinking water in China， especially the data error in the water quality inspection. This paper expounds the causes of water quality error and the corresponding treatment methods， and provides a detailed explanation for the improvement of water quality.

Keywords： drinking water; water quality online instrument; testing; error

当前，我国存在水资源严重污染的问题，水资源直接影响人们的日常生活和切身利益。因此，水质检验具有十分重要的意义。在水质检验过程中，应确保数据准确，进而为防治水资源污染、保障水资源卫生质量奠定基础。然而在实际开展生活饮用水水利建设时，存在数据误差，影响水资源管理。因此，应保障水资源管理准确度，控制数据误差。在采用仪器仪表进行测量和勘探时，受设备、测量人员和周边环境因素影响，所测数据与实际值之间存在偏差或误差。其中，在仪表测量中的误差无法完全避免，但需要高度重视，在监测过程中，尽可能避免误差的产生，通过分析仪器仪表测量找出误差的形成原因，进一步探讨降低误差的有效方法，为仪器测量提供重要参考[1]。

1 水质检验数据误差类型

1.1 可测误差

在生活饮用水水质检验过程中，可测误差较为稳定，而产生误差的因素通常也是固定的，因此可测量误差即系统误差。在误差校正的基础上反复测量，这种情况下会导致误差不断重复，这种误差为固定误差。由于某种原因也会导致不固定误差产生，如在浓度测量时溶液溶质和溶剂挥发使水质测量实际浓度以及取样浓度不同，这种测量误差可通过标准计算降低。

1.2 偶然误差

相比可测误差而言，偶然误差并不是由于固定因素产生的[2]。例如，在生活饮用水水质检测时，操作人员没有按照规范操作，或受环境因素影响，可能导致所测数据缺乏客观性和准确性，虽然可通过环境控制方法降低误差产生的可能性，但操作人员会存在主观因素影响导致的误差，并且正負误差不统一，这种类型的误差即偶然误差。

1.3 过失误差

在水质检验时，过失误差发生的概率也较高，过失误差可以通过采取措施避免。因此，产生过失误差时应由相应的检测人员负责。

2 水质在线检测仪表误差形成原因分析

2.1 仪表自身误差

一些在线检测仪器仪表本身存在一定的测量误差，通常是以精确度表示误差范围及量值，生产厂家提供的仪器说明书中会有对应介绍。如1720E浊度仪以及DKK pH仪器，对这两种仪器进行仪表测量误差分析。其中，1720E浊度仪采用福尔马肼散射法进行水质检测，该浊度仪的测量量程为0～100 NTU，可采用单点校准法进行仪器校准，在处于0～40 NTU时，具有良好的内线性范围，可用于低量程水质测量，可分段控制精确度。针对0～10 NTU量程为±2%读数值，或0.015 NTU，针对10～40 NTU量程为±5%读数值，对于40～100 NTU量程为±10%读数值。对于DKK pH仪器，采用玻璃电极法进行pH值测量，该仪器的量程为0～14，采用两点校准法进行仪器校准，精确度可达到0.01。对于Cl17型余氯设备，采用DPD比色法，该设备的测量量程为0～5 mg/L，可用于自由氯以及余氯检测，采用单点标准法，准确度达5%，或0.003 5 mg/L[4]。

2.2 在线仪表信号传输误差

对于水质在线检测仪表而言，一般采用两种方法进行数据采集：现场总线制输出;通过输出信号提供模拟信号方式。其中采用总线制仪表进行信号传输时，其产生误差一般可以忽略，而对于4～20 mA

模拟信号传输，在数据传输时，由于受多种因素干扰，会形成各种误差。结合对仪表输入端干扰作用，可将其分为共模和串模干扰，其中串模干扰是叠加与被测信号中的干扰，共模干扰是加在仪表任意输入端和地的干扰。

3 水质检验数据处理分析

为保证在生活饮用水水质检验中所测数据与真实数据接近，要求在水质检验时，需要准确计算各项数据并记录数据结果，保证所记录结果具有真实性和准确性。例如滴管液体数值读数过程中，分别记录4.56 mL、4.58 mL、4.55 mL和4.59 mL这4个数据，前3个数据可通过测量获得真实数据，最后一个数据是估计出来的。因此，最后数字为无效数据，仅前3个数据为实际数据。数据分析时需进行有效数字取舍，取舍结果将影响数据分析准确性。对于有效数字如果数据中含有分数或倍数关系，这种情况下可以选取多个有效个数;如果数据第1个数字大于7，那么仅能选择一个有效数字。需要注意的是，为减小误差产生，一般可通过保留有效数字的方式降低误差[5]。

3.1 仪器仪表自身误差控制

3.1.1 选择合适的仪表

在水质监测过程中没有合理选择仪表，将会导致所测数据不稳定，甚至还会出现长期漂移问题。因此，需合理选择仪表进行水质监测，这对于检测数据稳定性和准确性十分重要。例如，对于pH仪，在水厂建设时采用P53/PC1R1A型，在设备运行前期所检测数据具有较大偏移，经过问题分析，发现原水电导率较低，导致原水电导率为40～60 μs/cm，电导率对于pH仪选型具有较大影响。对于低电导率的水，应采取纯水电极，因此可使用SC200/Dkk仪表，在后期使用时，pH仪表测量数据稳定可靠。以上泰公司生产的PC3110型pH仪为例进行分析，该仪表配套纯水电极，可用于低电导率水质检测，并可实现连续性使用，具有良好的稳定性，能同时采用一到三点较准法[3]。

3.1.2 仪器鉴定期间核查及仪器比对融合

在线仪器仪表的实际管理中，为检测仪表准确性，通常需要对仪器仪表所测数据与其他化学实验室测量数据进行比较，实验室检测仪器应通过具备一定资质的法定机构的检测，并定期由管理人员进行提前核查，有效控制计量管理风险，保证数据具有法定效力。通过核查可保证仪表在使用期间检测数据的安全性、可靠性，通过比较实验室的数据与在线仪表数据，能够提高在线数据测量准确性，确保数据溯源有效。当前部分水厂配备的在线水质仪表仅具备法定机构强检资质，但没有强化过程管理，无法实现对仪表准确度的有效控制。

3.2 信号传输误差控制

3.2.1 减少串模干扰

生产过程仪表执行机构以及控制系统间信号传输，会导致仪表与设备传输受干扰，一旦形成这种干扰，无法有效消除，在布线时，需充分考虑串模干扰问题。在设计时，可采用屏蔽电缆，严格做好强弱电分离，有效抑制传输干扰的产生。针对后期使用中存在较大干扰的信号，应增加信号隔离器，抑制干扰信号传递，尽可能减少信号传输误差产生。

3.2.2 减少共模干扰

不同水质在线检测仪器均含有接地点，并且大地在不同点间存在电位差，将其与PLC进行连接后，可通过系统形成到地泄漏电流，通过电阻耦合，能够作用于在线仪表，使其形成共模干扰。经过滤后的水在测量其浊度和余氯时数据存在较大波动，分析结果发现，在机柜测接地点与自控系统接地点电位差达到10 V以上。因此，针对两个系统采取同一点接地进行改进后，能够恢复数据稳定。针对信号电缆屏蔽层接地，要求采取单点接地法。目前控制系统设计中，通常在控制系统侧进行接地。如果屏蔽层在仪表侧和信号输入端接地，地电位差可通过屏蔽层形成回路，相比屏蔽层来说地电阻较小，因此在屏蔽层会形成一定的电位梯度，可通过屏蔽层与信号导线分布电容器耦合到回路中，但要求屏蔽层单点接地。

3.2.3 合理使用总线制仪表

在水厂进行水质在线仪器仪表使用时，颗粒计数器应采用总线传输方法进行数据传输，其不会形成传输误差。在传输过程中，总线制仪表是通过数字信号的方式进行数据传输，能够防止传输误差产生，但该仪表成本较高，且要求设定合理传输量程。在采用在线仪表进行信号传输时，应选择合适量程，放大测量信号，以减少干扰信号的占比，降低误差产生。结合实际需求，水厂需要将安装于不同位置的浊度仪，设置最大传输量程，通常需要设置为日常均值5～10倍，不会影响水质浊度测量，同时可显著降低误差产生[6]。

3.3 安装及维护误差控制

3.3.1 安装取样管路

为保证管路中还有持续流动的水样，在安装过程中，需针对取样泵增加稳压阀或缓冲池，以控制流量。例如对pH仪取样管路，要求做成U型，保证停水时电极能完全浸没在水中。pH电极放置在三通管路中，以保证管路电压与大气压一致，通过溢流软管排出水，可对进水流量进行控制，在安装余氯仪时，应按照相关说明进行操作，以保证进入仪表压力可满足测量需求。

3.3.2 对设备做好日常维护

不同水厂的水质不同，要结合实际情况，制定符合水厂实际生产需求和仪表规范的规程。水厂相关负责人员应对在线仪器仪表的维护周期作出详细规定。在校验频率上，pH仪、浊度仪应每月进行1次校准;在清洗要求上，浊度仪需每周1次清洗，每半月1次验证;pH仪每月两次清洗，颗粒计数仪每周1次清洗，溶氧仪每月两次清洗。在仪表监督过程中，要求班组成员应每天针对水质在线仪器仪表进行巡检，以观察仪表数据和进出水管路是否正常。同时，相应的管理人员还需要每周对仪器仪表所检测数据与实验室数据进行比对;比对中控室上位机数据与仪表现场测量数据，保证在线仪表运行规范及其数据可靠。在日常仪表维护过程中，均应保持输出方式，防止由于清洗校准造成数据不准确。采用4 000 NTU标准物质量体，配置为20 NTU标准液进行仪器校准，利用湿态验证，结合仪表检测不同时段水质配置相应的标准溶液，如由于数据变化范围较大，原水浊度仪可配置20 NTU进行标准液验证。沉淀池水质浊度仪，可配置1 NTU标准液进行验证。

4 結语

水质检验误差存在可测、偶然和过失3种不同类型的误差。进行水质检验时误差无法避免，需采取有效方法合理控制误差。尤其对于水质在线检测仪表来说，需通过误差原因分析，进行控制方法探讨。在具体使用时，需结合工艺，选择不同的仪表类型，在仪表日常管理时，分析误差形成原因并做好仪器控制，在水厂日常比对校准时，结合仪表特点，仪表精度，按照绝对值误差，合理控制测量精确度。

参考文献

[1]张遥奇，任昀，李娅，等.一种纯水机内置在线监测仪表的现场校准方法[J].计量学报，2020，41（1）：115-120.

[2]何苗，朱礼鑫.饮用水水质在线仪表检测误差形成因素的分析[J].写真地理，2020（18）：252.

[3]张瑞，陈涛.一种多仪表集成式水质在线检测系统：201822243701.4[P].2019-08-30.

[4]刘中保.自动化在线检测仪表在废水处理中的应用[J].节能，2019，38（4）：93-94.

[5]陈军，张俊萍，王振兴，等.地表水环境质量可视化系统的研究与应用[J].科技与创新，2019（13）：157-159.

[6]雪连.基于遥感监测的水质污染监测可视化系统研究[J].智库时代，2018（47）：173.

作者简介：李林娜（1970—），女，湖南邵阳人，本科，副高级工程师。研究方向：水资源保护、水质监测。