基于ATmega128和μC／OS-II的在線鈉離子分析儀的設(shè)

摘要：闡述了一種智能在線鈉離子分析儀的軟硬件設(shè)計。采用靈敏度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的電化學(xué)傳感器。硬件應(yīng)用低功耗、高性能的微控制器及外圍器件，軟件采用μC／OS－II操作系統(tǒng)。整個系統(tǒng)具有精度高、檢測速度快、功耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)，操作界面友好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：鈉離子分析儀；ATmega128；μC／OS-II；AD7714

1 引言
水和蒸汽是熱力系統(tǒng)中的鍋爐、汽輪機(jī)、過熱器等設(shè)備的重要工作介質(zhì)。當(dāng)火力發(fā)電廠正常運(yùn)行時，熱力設(shè)備中都有水或蒸汽在流動。水、汽的品質(zhì)都有規(guī)定的指標(biāo)，一旦水、汽品質(zhì)的指標(biāo)超標(biāo)，就會加速熱力設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢和積鹽。當(dāng)水汽中攜帶一些含鈉的雜質(zhì)時，將會導(dǎo)致汽輪機(jī)金屬材料的點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞，這些腐蝕通常會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。嚴(yán)重時甚至造成重大事故。鈉離子含量是發(fā)電廠水汽品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。因此，為防止結(jié)垢、結(jié)鹽，減緩系統(tǒng)中金屬部件的腐蝕。保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對電廠水汽系統(tǒng)中鈉離子含量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測和控制。

2 測量原理
鈉離子的測量是基于電化學(xué)中的電位分析法，由測量電極和參比電極及待測溶液構(gòu)成原電池。測量電極是對鈉離子具有選擇性的玻璃電極，參比電極的電位保持恒定。當(dāng)測量電極與參比電極同時浸入溶液后，即組成測量電池對，圖1給出測量電池的示意圖。其中鈉測量電極的電位隨溶液中鈉離子的濃度符合能斯特方程式：

式中：E為鈉電極電位；E0為鈉電極的理論等電位點(diǎn)電位；R為氣體常數(shù)，R=8.317 J／(mol．K)，T為溶液的絕對溫度，T=273+t，K；F為法拉第常數(shù)，F(xiàn)=9.649×104 C/mol；C為鈉離子的濃度，ppb;f為鈉離子活度系數(shù)，對于1 000 ppb以下的稀溶液f≈1。由鈉離子選擇性電極、參比電極以及待測溶液構(gòu)成測量電池，通過一個高阻抗的毫伏計對被測溶液進(jìn)行精確的電位測量，從而可直接測定溶液中鈉離子的含量。

3 水路設(shè)計
對鈉有選擇性的玻璃電極對氫離子的響應(yīng)比對鈉離子響應(yīng)還敏感，所以氫離子是鈉測量時主要的干擾源，要用堿性試劑加以抑制。在對Na+的測量過程中需要合適的水路設(shè)計，對水樣進(jìn)行恒流，堿化。水路設(shè)計及工作過程如圖2所示。