多參數(shù)水質(zhì)分析儀

        20世紀60年代以來，人類就開始認識到水資源短缺、水體污染以及由此帶來的一系列問題，水處理工業(yè)也作為一個新興的行業(yè)得到了長足的發(fā)展。本論文從分析儀器智能化設計的全新理念出發(fā)，以嵌入式微控制器為核心，結(jié)合水質(zhì)分析傳感器技術(shù)，研制開發(fā)了智能化的多參數(shù)水質(zhì)在線分析系統(tǒng)，為水工業(yè)的節(jié)能降耗、保證水質(zhì)達標提供了一種合理有效的解決方案。系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為下位機和上位機兩個部分。下位機為獨立的自動測試系統(tǒng)；上位機為運行于WINDOWS平臺的數(shù)據(jù)采集和處理程序，能對下位機上發(fā)的各個參數(shù)數(shù)據(jù)進行進一步的分析轉(zhuǎn)換、圖線顯示、數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移和打印等。
系統(tǒng)電路設計基于高性價比的新型混合信號微控制器C8051F021,利用集成的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)進行溫度、毫伏、pH值和電導率四個通道的分時獨立數(shù)據(jù)采集，利用控制器內(nèi)部的帶隙基準源提供測量電路所需的參考電壓；信號放大電路中廣泛采用集成差分運算放大器AD620，簡化了硬件電路結(jié)構(gòu)，獲得了較高的共模抑制比，有效提高了測量精度；系統(tǒng)的人機接口電路由分辨率為128×64的液晶顯示器和六向獨立按鍵構(gòu)成，人機界面友好；下位機系統(tǒng)與上位機的通信通過USB方式進行，實現(xiàn)了即插即用；上位機程序設計采用Delphi7.0為開發(fā)環(huán)境，采用微軟公司的Access2000構(gòu)建了后臺數(shù)據(jù)庫；下位機程序設計采用模塊化方式，包括：功能模塊的驅(qū)動程序設計、各水質(zhì)參數(shù)的測量程序設計以及下位機人機界面的設計；數(shù)據(jù)算法中通過冒泡法和萊特準則進行數(shù)字濾波，建立了不同測量參數(shù)的數(shù)學模型。
    相比于以往的水質(zhì)分析儀器，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
1.  多參數(shù)測量分析。實現(xiàn)了水樣的溫度、pH值、氧化還原電位、電導率、溶解性總固體（TDS）和鹽度的在線測量分析。
2. 穩(wěn)定的測量電路?；旌闲盘栁⒖刂破鰿8051F021的選用使得由于漂移、增益變化和干擾等因素所引起的誤差可以通過程序軟件消除，而大量高集成度集成電路的使用進一步簡化了硬件電路。
3. 功能完善的上位機數(shù)據(jù)處理程序。
4. 實現(xiàn)了水質(zhì)的在線分析，可與工業(yè)用水的過程控制設備連接。
5. USB通信方式，即插即用。
6.有較高的測量精度、相對低廉的成本。從試驗結(jié)果來看：溫度參數(shù)的測量范圍為0℃--100 ℃，相對偏差4.26%，單一量多次測量時相對平均偏差不大于1.90%；氧化還原電位的測量范圍為-850 mv -- +850mv，測量誤差的值的zui大值為2.00mv，單一量多次測量時平均偏差不大于0.8 mv；pH值測量的范圍為0-14，誤差的值的zui大值為0.06，單一量多次測量時相對平均偏差在0.44%以內(nèi)；電導率測量的范圍為1 —20000，測量誤差的值的zui大值為346.28，單一量多次測量時相對平均偏差在2.4%以內(nèi)；溶解性總固體（TDS）的測量范圍為0ppm—20000ppm，測量誤差滿足<3% FS；鹽度的測量為現(xiàn)對鹽度值，范圍為0.01-42.00，測量誤差滿足<3% FS。
    本論文中關(guān)于多參數(shù)水質(zhì)在線分析系統(tǒng)的理論設計和實驗驗證，為電化學類智能分析儀器的開發(fā)提供了參考。設計的水質(zhì)分析系統(tǒng)可以就水質(zhì)一般的物理、化學指標進行在線的測量分析，能夠在一定程度上滿足人們對水質(zhì)參數(shù)測量評估的要求，為生產(chǎn)和生活用水的水質(zhì)評估提供了一種有效和便利的解決方案，具有一定的現(xiàn)實意義。