一種水中溶解氧在線測量方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種水中溶解氧在線測量方法，步驟為：1）從管道中采集水樣至電導(dǎo)率測量池；2）用導(dǎo)電的金屬鉈與水中溶解氧反應(yīng)生成能導(dǎo)電的鉈離子；3）控制測量池中的水體與金屬鉈是否發(fā)生反應(yīng)獲得兩次電導(dǎo)率測量值，用兩次電導(dǎo)率差值除以0.035S/cm，獲得水中溶解氧含量；水中溶解氧在線測量裝置，包括有廢液收集池，廢液收集池與電導(dǎo)檢測池相連通；電導(dǎo)檢測池通過進(jìn)液管與油田注水管道相連通；電導(dǎo)檢測池內(nèi)設(shè)有電導(dǎo)率電極；電導(dǎo)率電極與溶解氧測量主控電路相連；準(zhǔn)確、靈敏的在線檢測水中溶解氧含量，測量過程不污染水體。
【專利說明】
一種水中溶解氧在線測量方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)測量、計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水中溶解氧在線測量方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 溶解在水中的分子態(tài)氧稱為溶解氧。目前一般認(rèn)為，高含氧環(huán)境導(dǎo)致腐蝕穿孔頻 率數(shù)倍增長。以塔河油田為例，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中注水水質(zhì)溶解氧含量要求小于〇.05 mg/L，但塔 河油田部分拉水站點(diǎn)水質(zhì)含氧量達(dá)0.2~0.3mg/L，經(jīng)罐車?yán)\(yùn)至井口含氧量高達(dá)0.40~ 0.65 mg/L。目前，水中溶解氧測量有碘量法、熒光猝滅法、薄膜氧電極法（電流法）、電導(dǎo)測 定法等。碘量法為國標(biāo)方法，準(zhǔn)確度較高，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、消耗試劑多，無法滿足現(xiàn)場連續(xù)測 量的要求。熒光猝滅法準(zhǔn)確度高，測量結(jié)果穩(wěn)定，但一次性投入成本高，探頭及熒光組件每 年需更換，費(fèi)用較大。薄膜氧電極法測量準(zhǔn)確度高，但測量消耗氧，受擴(kuò)散因素限制，操作、 維護(hù)麻煩，并且探頭、電解液等耗材成本高。電導(dǎo)測定法靈敏度高，受溫度影響不大，電極成 本低，維護(hù)簡單，但污染水體。目前，缺少一種測量準(zhǔn)確、成本低、操作維護(hù)簡單的水中溶解 氧含量在線測量方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確、靈敏的水中溶解 氧含量在線檢測方法及裝置，測量過程不污染水體。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種水中溶解氧在線測量方法及 裝置，包括以下步驟： 1) 用栗或電磁閥從管道中采集水樣至電導(dǎo)率測量池； 2) 用導(dǎo)電的金屬鉈與水中溶解氧反應(yīng)生成能導(dǎo)電的鉈或氫氧根離子，其反應(yīng)方程式 為：
3) 控制測量池中的水體與金屬鉈是否發(fā)生反應(yīng)獲得兩次電導(dǎo)率測量值，用兩次電導(dǎo)率 差值除以〇. 〇35S/cm，即可獲得水中溶解氧含量，單位:mg/L。
[0005] -種水中溶解氧在線測量裝置，包括有廢液收集池，廢液收集池與電導(dǎo)檢測池相 連通;電導(dǎo)檢測池通過進(jìn)液管與油田注水管道相連通；電導(dǎo)檢測池內(nèi)設(shè)有電導(dǎo)率電極;電導(dǎo) 率電極與溶解氧測量主控電路相連。
[0006] 所述的溶解氧測量主控電路5包括有單片機(jī)，單片機(jī)的A/D端與電導(dǎo)率電極的輸出 信號(hào)相連;單片機(jī)的顯示端與液晶顯示器相連;單片機(jī)分別控制進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥； 電源給上述部件供電。
[0007] 所述的廢液收集池與電導(dǎo)檢測池之間設(shè)有連接栗一。
[0008] 所述的進(jìn)液管上設(shè)有連接栗二。
[0009] 所述的連接栗一也可采用電磁閥代替。
[0010] 所述的連接栗二也可采用電磁閥代替。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： 為了實(shí)現(xiàn)在線測量，同時(shí)保證不污染水體，用栗或電磁閥從管道中采集水樣至電導(dǎo)率 測量池進(jìn)行測量，控制測量池中的水體與金屬鉈是否發(fā)生反應(yīng)獲得兩次電導(dǎo)率測量值，然 后用兩次電導(dǎo)率差值除以〇.〇35S/cm，即可獲得水中溶解氧含量(單位:mg/L)。完成測量后 將測量池中的水排至廢液回收池中，這樣可保證不污染注水管道中的水體。通過測定水樣 中電導(dǎo)率的增量，求得溶解氧的濃度;金屬鉈與水中溶解氧發(fā)生反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)表明，每增加 0.035S/cm的電導(dǎo)率相當(dāng)于水中l(wèi)mg/L的溶解氧。
[0012] 電導(dǎo)率測量采用低成本的電導(dǎo)率探頭，探頭數(shù)據(jù)采集端采用高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 測量精度高且速度快。在電導(dǎo)率測量池中測量，可完成對管道中水體的溶解氧含量的在線 檢測，同時(shí)又不污染管道中的水體，且金屬鉈的消耗少。整個(gè)測量過程全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，無需人 工干預(yù)。測量結(jié)果用液晶顯示，簡潔大方。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明水中溶解氧在線檢測裝置原理圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的溶解氧測量主控電路與電導(dǎo)率電極的連接原理框圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明溶解氧測量主控電路圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明電源電路圖。
[0017] 圖5為本發(fā)明±4V電壓產(chǎn)生電路圖。
[0018]圖6為本發(fā)明電導(dǎo)率電極供電信號(hào)（lKHz的±4V方波)產(chǎn)生電路圖。
[0019] 圖7為本發(fā)明電導(dǎo)率電極輸出信號(hào)的帶通濾波電路圖。
[0020] 圖8為本發(fā)明電導(dǎo)率電極濾波信號(hào)的整形電路圖。
[0021] 圖9為本發(fā)明繼電器控制電路圖；其中圖9(a)為繼電器K1控制循環(huán)栗1的電路圖； 圖9(b)為繼電器K2控制取樣栗2的電路圖；圖9(c)為繼電器K3控制攪拌栗3的電路圖；圖9 (d)為繼電器K4控制清洗栗4的電路圖。
[0022]圖10為本發(fā)明溶解氧測量軟件流程簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024] 采用靈敏度最高的電導(dǎo)測定法，結(jié)合自動(dòng)連續(xù)取樣裝置，實(shí)現(xiàn)低成本的快速在線 溶解氧含量監(jiān)測。本發(fā)明的整體框圖如圖1所示，主要包括自動(dòng)連續(xù)取樣采集裝置、電導(dǎo)率 電極和溶解氧測量主控電路。圖3為本發(fā)明的溶解氧測量主控電路圖。具體實(shí)施分電路設(shè)計(jì) 和測量流程兩個(gè)層面進(jìn)行介紹。
[0025] 參見圖1，一種水中溶解氧含量的裝置，包括有廢液收集池1，廢液收集池1與電導(dǎo) 檢測池2相連通；電導(dǎo)檢測池2通過進(jìn)液管3與油田注水管道4相連通；電導(dǎo)檢測池2內(nèi)設(shè)有電 導(dǎo)率電極14;電導(dǎo)率電極14與溶解氧測量主控電路板5相連。
[0026] 參見圖2,所述的溶解氧測量主控電路5包括有單片機(jī)6,單片機(jī)的A/D端與A/D轉(zhuǎn)換 器7相連;單片機(jī)的顯示端與液晶顯示器11相連;單片機(jī)分別控制進(jìn)水電磁閥12、排水電磁 閥13;電源8給上述部件供電。
[0027]所述的廢液收集池與電導(dǎo)檢測池之間設(shè)有連接栗一 10。
[0028]所述的進(jìn)液管上設(shè)有連接栗二9。
[0029] 所述的連接栗一也可采用電磁閥代替。
[0030] 所述的連接栗二也可采用電磁閥代替。
[0031] 本發(fā)明的具體電路設(shè)計(jì)如下： 參見圖3,溶解氧測量主控電路控制測量、顯示，單片機(jī)采用STC12C5616AD，電導(dǎo)測量采 用上海雷磁DJS-10型電導(dǎo)率電極，顯示采用0LED1286431X3和C7構(gòu)成時(shí)鐘電路，晶振頻率 11.0592MHz;按鍵S2、R2和C11構(gòu)成復(fù)位電路，RST信號(hào)常態(tài)為低電平，按鍵按下時(shí)為高電平； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種模式，手動(dòng)和監(jiān)測模式;手動(dòng)模式設(shè)BACK和0K兩鍵，均為查詢方式，開機(jī)后 進(jìn)入主界面，按0K鍵進(jìn)入測量界面開始測量，測量結(jié)束后，按BACK鍵返回主界面，再按0K鍵 再次開始測量;監(jiān)測模式，按系統(tǒng)設(shè)定的間隔時(shí)間自動(dòng)重復(fù)測試。
[0032]圖4為系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)，電源采用開關(guān)電源，輸入為市電，輸出為±24V;然后，經(jīng)過穩(wěn) 壓器件U3和U4輸出電壓±9V;9V電壓輸入給U13,輸出5V電壓；±9V用于U5-U13等芯片供電， 5V(VCC)用于譏、1]2、1]9、1]10及4個(gè)繼電器(1(1-1(4)的供電。
[0033]圖5、圖6用于DJS-10型電導(dǎo)率電極供電，電導(dǎo)率電極供電要求頻率為lKHz的±4V 方波方式。圖5用于產(chǎn)生±4V電壓。U8為基準(zhǔn)芯片，其2腳Vout用于輸出2V基準(zhǔn)電壓。該2V電 壓經(jīng)過U6A射隨輸出，以提高其驅(qū)動(dòng)能力。2V電壓經(jīng)U5同相放大，放大倍數(shù)為
，調(diào)整R4 使U5的6腳輸出為+4V34V電壓輸入給U7，經(jīng)反相放大，放大倍數(shù)為'
，調(diào)整R6使U6的6腳 輸出為-4V?！?4V分別接至8選1芯片U9，U9的控制端由高至低分別為C、B、A。B和C接地，A接單 片機(jī)P3.5 口；通過程序設(shè)計(jì)使單片機(jī)P3.5 口輸出lKHz方波，當(dāng)P3.5 口為零電平時(shí)，U9譯碼選 通〇端信號(hào)至3腳COM端，COM端信號(hào)為+4V;當(dāng)P3.5口為高電平(VCC，+5V)電平時(shí)，COM端信號(hào) 為-4V;因此，經(jīng)過圖5、圖6中所有器件配合，U9的COM最終輸出lKHz方波，高低電平分別為土 4V〇
[0034]參見圖7,電導(dǎo)率電極輸出信號(hào)的帶通濾波電路用于電導(dǎo)率電極輸出信號(hào)濾波。 DJS-10型電導(dǎo)率電極有三根信號(hào)線，兩根用于供電，一根用于信號(hào)輸出。供電信號(hào)包括lKHz 方波和地，輸出信號(hào)為lKHz的類似方波信號(hào)。為濾除干擾信號(hào)，U10和1?16、1?19、1?21、1?22構(gòu)成 一個(gè)中心頻率1K、帶寬100Hz的帶通濾波器，電導(dǎo)率電極輸入信號(hào)sen S_〇ut經(jīng)濾波后輸出 sens_out_fi 11信號(hào)。
[0035]圖8為整形電路，對senS_〇ut_filt信號(hào)進(jìn)行整形，整形之后的輸出為直流電壓信 號(hào)AD(P1.3)，其大小反映電導(dǎo)率大小。經(jīng)標(biāo)定，信號(hào)幅值與電導(dǎo)率之間的關(guān)系為2階多項(xiàng)式 關(guān)系。AD(P1.3)信號(hào)直接送往單片機(jī)U1的P1.3 口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)換值可計(jì)算出 直流電壓信號(hào)幅值，然后將幅值代入2階多項(xiàng)式即可計(jì)算出電導(dǎo)率值。通過兩次測量的電導(dǎo) 率差值除以〇. 〇35S/cm，即可獲得水中溶解氧含量(單位:mg/L)。
[0036]圖9為繼電器控制電路，用于控制溶解氧測量過程中的進(jìn)液管和排液管的打開關(guān) 閉等。繼電器采用施耐德的SSR-40 DD，PNP三極管控制繼電器開、斷，低電平繼電器吸合，高 電平斷開。繼電器K1控制栗1，栗1又稱為循環(huán)栗，用于模擬注水管道;繼電器K2控制栗2,栗2 又稱為取樣栗，用于從注水管道中將水樣注入到電導(dǎo)率測量池;繼電器K3控制栗3,栗3又稱 為攪拌栗，用于鉈和水樣發(fā)生反應(yīng)后，對水體進(jìn)行攪拌，使得水體中導(dǎo)電離子濃度均勻;繼 電器K4控制栗4,栗4又稱為清洗栗，用于測量結(jié)束后，從管道中注水給電導(dǎo)測量池，然后再 排空，用于電導(dǎo)測量池清洗。
[0037] 圖10為溶解氧在線測量裝置的軟件流程簡圖，開機(jī)后程序循環(huán)運(yùn)行，通過兩次電 導(dǎo)率測量值計(jì)算出水中溶解氧濃度，然后送往0LED12864液晶顯示。
[0038] 在電路設(shè)計(jì)之上，溶解氧在線測量裝置的詳細(xì)測量流程如下： 第一步(反應(yīng)前測量）：關(guān)閉排液管，打開進(jìn)液管，使電導(dǎo)檢測池水位達(dá)到位置1，關(guān)閉進(jìn) 液管;測量水體電導(dǎo)率值。水位可通過進(jìn)液管流量來控制打開時(shí)間。
[0039] 第二步(反應(yīng)后測量）：打開進(jìn)液管，使電導(dǎo)檢測池水位達(dá)到位置2,使水位漫過金 屬鉈，然后關(guān)閉進(jìn)液管。測量水樣電導(dǎo)率值，獲得兩次測量的電導(dǎo)率差值，除以〇.〇35S/cm即 可獲得水中溶解氧含量(單位:mg/L)。
[0040] 第三步(排空電導(dǎo)池）：測量完成后，打開排液管。
[0041] 第四步(清洗電導(dǎo)池）：關(guān)閉排液管，打開進(jìn)液管，使電導(dǎo)檢測池水位達(dá)到位置1;關(guān) 閉進(jìn)液管，打開排液管;此過程可根據(jù)實(shí)際情況，重復(fù)1-3次，完成電導(dǎo)池的清洗工作。
[0042] -次在線測量完成后，返回第一步開始第二次在線測量。
[0043]具體測量實(shí)施例： 在以上基礎(chǔ)上，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)本發(fā)明的一個(gè)物理原型，驗(yàn)證其效果。對比儀器為 D0G6810溶解氧分析儀。
[0044] 測量例1，2016年3月1日，使用自來水做測試水樣，D0G6810溶解氧分析儀測量水中 溶解氧濃度為3.7 mg/L，本裝置的測量結(jié)果為3.5 mg/L。
[0045] 測量例2,2016年3月2日，對3月1日的水樣放置一天后，使用D0G6810溶解氧分析儀 測量水中溶解氧濃度為4.6 mg/L，本裝置的測量結(jié)果為4.5 mg/L。
[0046]測量例3,2016年3月4日，在曲江池遺址公園取水樣，使用D0G6810溶解氧分析儀測 量水中溶解氧濃度為6.8 mg/L，本裝置的測量結(jié)果為6.9 mg/L。
[0047]本發(fā)明并不局限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可據(jù)此做出多種變 化，但任何和本發(fā)明等同或者雷同的變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水中溶解氧在線測量方法及裝置，其特征在于，包括W下步驟： 1) 用累或電磁閥從管道中采集水樣至電導(dǎo)率測量池； 2) 用導(dǎo)電的金屬巧與水中溶解氧反應(yīng)生成能導(dǎo)電的巧或氨氧根離子，其反應(yīng)方程式 為：3) 控制測量池中的水體與金屬巧是否發(fā)生反應(yīng)獲得兩次電導(dǎo)率測量值，用兩次電導(dǎo)率 差值除W O. 〇35S/cm，即可獲得水中溶解氧含量。2. -種水中溶解氧在線測量裝置，其特征在于，包括有廢液收集池，廢液收集池與電導(dǎo) 檢測池相連通；電導(dǎo)檢測池通過進(jìn)液管與油田注水管道相連通；電導(dǎo)檢測池內(nèi)設(shè)有電導(dǎo)率 電極;電導(dǎo)率電極與溶解氧測量主控電路相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水中溶解氧在線測量裝置，其特征在于，所述的溶解氧測 量主控電路包括有單片機(jī)，單片機(jī)的A/D端與電導(dǎo)率電極的輸出信號(hào)相連;單片機(jī)的顯示端 與液晶顯示器相連;單片機(jī)分別控制進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥；電源給上述部件供電。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水中溶解氧在線測量裝置，其特征在于，所述的廢液收集 池與電導(dǎo)檢測池之間設(shè)有連接累一。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水中溶解氧在線測量裝置，其特征在于，所述的進(jìn)液管上 設(shè)有連接累二。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水中溶解氧在線測量裝置，其特征在于，所述的連接累一 也可采用電磁閥代替。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水中溶解氧在線測量裝置，其特征在于，所述的連接累二 也可采用電磁閥代替。
【文檔編號(hào)】G01N27/06GK105911109SQ201610224341
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】張峰, 程國建, 盧勝男, 杜航, 姚倩嵐
【申請人】西安石油大學(xué)