基于ATmega128和μC/OS-II的在線鈉離子分析儀的設(shè)計(jì)

1 引言

水和蒸汽是熱力系統(tǒng)中的鍋爐、汽輪機(jī)、過(guò)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(shí)，熱力設(shè)備中都有水或蒸汽在流動(dòng)。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(huì)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(shí)，將會(huì)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(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。嚴(yán)重時(shí)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(duì)電廠水汽系統(tǒng)中鈉離子含量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制。

2 測(cè)量原理

鈉離子的測(cè)量是基于電化學(xué)中的電位分析法，由測(cè)量電極和參比電極及待測(cè)溶液構(gòu)成原電池。測(cè)量電極是對(duì)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(cè)量電極與參比電極同時(shí)浸入溶液后，即組成測(cè)量電池對(duì)，圖1給出測(cè)量電池的示意圖。其中鈉測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)溶液構(gòu)成測(cè)量電池，通過(guò)一個(gè)高阻抗的毫伏計(jì)對(duì)被測(cè)溶液進(jìn)行精確的電位測(cè)量，從而可直接測(cè)定溶液中鈉離子的含量。

3 水路設(shè)計(jì)

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