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摘要：本文介紹了一種二氧化硅濃度自動分析儀的設計方法，該自動分析系統以80C196KC單片機為核心，能對使用水自動采樣、自動分析，并能顯示、打印分析結果，同時兼具樣水溫度、化學試劑量、光源電池電壓和二氧化硅濃度超限報警功能。

關鍵詞：二氧化硅濃度分析

0引言

在石油、化工、電力等工業生產中，有時需要對使用水的二氧化硅含量進行控制，使其濃度不超過控制指標，于是就需要對二氧化硅的濃度進行測量分析。本文介紹了一種二氧化硅濃度自動分析儀的設計方法，該自動分析系統以單片機80C196KC為核心，能對使用水自動采樣、自動分析、自動清洗，并能顯示、打印分析結果，同時兼具樣水溫度、化學試劑量、光源電池電壓和濃度超限報警功能。系統采用吸收測量的方法，這種分析方法是間接的。首先使待分析的樣水與一系列化學試劑反應，生成穩定的藍色溶液，藍色溶液的深淺與二氧化硅的濃度相關；然后將單色光穿過溶液，二氧化硅的濃度不同，藍色溶液的深淺則不同，對單色光的吸收能力不同，于是透射光的光強是不同的；最后用光電池測量透射光的光強。由于透射光的光強與二氧化硅的濃度相關，進而間接反映出二氧化硅的濃度。

1分析原理

將樣水與成色液、掩色液和還原劑進行一系列化學反應，最后生成的是穩定的藍色溶液——異聚鉬藍復酸鹽。成色液(試劑A)為鉬酸氨——硫酸溶液，與水中的二氧化硅反應，生成硅鉬酸。掩色液(試劑B)為酒石酸，防止樣水中的磷酸根離子參與反應。還原劑(試劑C)為1氨基——2苯酚——4磺酸亞硫酸氫鈉溶液，與硅鉬酸反應生成藍色的異聚鉬藍復酸鹽。

將單色紅光穿過反應后的藍色溶液，投射到光電池上，光電池輸出一個相應的電流信號，它與入射光的光強成正比，即由輸出電流可以計算出入射光強，進而確定二氧化硅的濃度。計算方法如下：

C=Alog(B)

其中：C為測得的濃度，單位為ppb；A為吸收系數，由已知濃度的標準藍色玻璃的透射光強計算出；B為未知濃度的藍色溶液的透射光強。

2分析系統硬件組成

自動分析系統以80C196KC單片機為核心，配以運算放大器、溫度傳感器、錫光電池、液位傳感器、驅動電路等組成。系統有兩種輸入信號：一種是模擬信號，有兩路，它們是光電池輸出的電流信號和溫度傳感器輸出的電阻信號，經過放大和轉換電路變成直流電壓信號分別送入單片機進行A/D變換；另一種是開關信號，有溢流槽樣水液位，試劑A、B、C的液位。系統輸出有：顯示、打印樣水二氧化硅的濃度；進水閥和排水閥、加熱器和電磁過濾器、試劑泵、攪拌馬達、分析光源、標定用藍色標準濃度玻璃的開關控制；還有電池電壓、溢流槽液位、試劑液位、樣水溫度和二氧化硅濃度超限報警信號。

分析系統從自動采樣、分析到清洗完畢，一個循環需要15分鐘，共分為30步運行，即15分鐘分析一個樣。

為了保證分析精度，系統采取了一系列措施：①分析池照射光源采用電池供電，保證光強的穩定性。②保證最佳的反應溫度，用加熱器控制樣水的水溫在40~44范圍內。③取光電池的電流輸出信號，光電池的負載用50Ω的標準電阻，保證入射光強與輸出電流的線性關系，且當入射光強在0～1000Lx時輸出電流為0～1600μA。④分析每個樣水前，需要測量暗電流、0ppb時、及500ppb標準藍色玻璃時的電流、采用自校正的方法[1]，修正測量曲線。⑤為保證加入的化學試劑量準確，采用三個容積式隔膜泵進行加藥。3結束語

使用二氧化硅濃度自動分析儀，在0～50℃的環境溫度下，對含有不同濃度二氧化硅的樣水進行測量分析。分析結果表明：在0～50℃的環境溫度下，在0~500ppb濃度范圍內，系統測量的相對誤差小于1.5%。

參考文獻：

[1]張健.用自校正的方法提高SiO2的測量精度.遼寧工學院學報.2000.6.

[2]陳小華.現代敏感元件實用技術手冊.人民郵電出版社.1998.

[3]陳守仁.自動檢測技術及儀表.機械工業出版社.1989.

[4]何熙文.高檔單片機原理及實用設計.大連理工大學出版社.1995.

[5]孫涵芳.Inter16位單片機.北京航空航天大學出版社.1996.