一種高濃度離子自動在線檢測系統及方法
2023-10-05 03:30:14 2
一種高濃度離子自動在線檢測系統及方法
【專利摘要】本發明提供了一種高濃度離子的自動在線檢測系統及方法。所述系統包括定容單元、稀釋單元、稀釋水供給單元、排液單元、離子在線分析儀和測控單元。所述方法可包括：取樣並用定容單元對待測溶液進行定容；打開第一閥門將定容單元中定容後的待測溶液排入稀釋單元；通過稀釋水供給單元向定容單元中提供水以衝洗定容單元，衝洗得到的衝洗液進入稀釋單元；待稀釋容器內的液面平靜後，通過液位傳感器測得液位；將稀釋容器內的稀釋溶液放至貯液容器；通過離子在線分析儀測量稀釋溶液中待測離子的濃度；通過測控單元得出待測溶液中的待測離子的濃度。本發明具有測量準確性好、測量濃度範圍廣，而且能夠適應高溫、高腐蝕性、易結晶等工況條件的溶液。
【專利說明】一種高濃度離子自動在線檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及液體在線分析【技術領域】，具體來講，涉及一種高濃度離子(例如，高濃度鈉離子)自動在線檢測系統以及一種自動在線檢測溶液中高濃度離子的方法。
【背景技術】
[0002]在工業生產中，由於工藝控制的需要，經常需要知道液體中離子(例如，鈉離子)的實時濃度，尤其是液體中高濃度離子的濃度，例如，高溫下液體中的離子濃度。
[0003]例如，以鈉離子為例，通常用於液體中微量或痕量鈉離子的分析儀器較多，但對於高濃度鈉離子的測量，是一大難題。現有的鈉離子濃度在線分析儀，最大量程能測10g/l，對於更高濃度的鈉離子溶液則不能測量。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於解決現有技術存在的諸如上述不足中的至少一項。
[0005]例如，本發明的目的之一在於提供離子濃度自動在線檢測系統及其檢測方法，尤其是一種高濃度離子(例如，金屬離子)自動在線檢測系統及其檢測方法。
[0006]本發明的一方面提供了一種高濃度離子自動在線檢測系統。所述高濃度離子自動在線檢測系統包括定容單元、稀釋單元、稀釋水供給單元、排液單元、離子在線分析儀和測控單元，其中，定容單元包括定容容器和設置在定容容器的出口端的第一閥門，定容容器能夠得出進入其中的待測溶液的體積；稀釋單元包括稀釋容器、設置在稀釋容器中的液位傳感器和設置在稀釋容器的出口端的第二閥門，稀釋容器與定容容器的出口端連通；稀釋水供給單元包括進水管和設置在進水管上第三閥門，進水管的出水端與定容容器的進水口連通或者分別與定容容器的進水口和稀釋單元連通；排液單元包括貯液容器，貯液容器用於儲存從第二閥門排出的稀釋溶液；離子在線分析儀用於分析測量貯液容器中混勻後的稀釋溶液，並給出稀釋溶液中待測離子的濃度；測控單元包括控制組件、數據採集組件和數據處理組件，控制組件用於控制第一閥門、第二閥門和第三閥門的打開或關閉，數據採集組件用於採集定容容器所得出的待測溶液體積、液位傳感器的液位數據和離子在線分析儀所給出的稀釋溶液中待測離子濃度，數據處理組件根據數據採集組件所採集的數據計算得出待測溶液中高濃度離子的濃度。
[0007]本發明的另一方面提供了一種高濃度離子自動在線檢測方法。所述方法可通過如上所述的高濃度離子自動在線檢測系統來實現。所述自動在線檢測方法可包括依次進行的以下步驟:取樣並用定容單元對待測溶液進行定容；打開第一閥門將定容單元中定容後的待測溶液排入稀釋單元；通過稀釋水供給單元向定容單元中提供水以衝洗定容單元，衝洗得到的衝洗液進入稀釋單元；待稀釋容器內的液面平靜後，通過液位傳感器測得液位；將稀釋容器內的稀釋溶液放至貯液容器；通過離子在線分析儀測量稀釋溶液中待測離子的濃度；通過測控單元得出待測溶液中的待測離子的濃度。
[0008]與現有技術相比，本發明的有益效果包括:具有良好的測量準確性；能夠測量高濃度離子溶液中的離子濃度，即，測量濃度範圍廣；能夠對具有高溫、高腐蝕性、易結晶等性質的溶液進行測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]通過下面結合附圖進行的描述，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中:
[0010]圖1示出了本發明的高濃度離子自動在線檢測系統的一個示例性實施例的結構示意圖；
[0011]圖2示出了圖1中的定容容器的結構示意圖；
[0012]圖3示出了本發明的高濃度離子自動在線檢測方法的一個示例性實施例的檢測流程示意圖。
[0013]主要附圖標記說明如下:
[0014]1-球閥、2-1&水容器、3_第一電磁閥、4-定容容器、5-保溫裝置、6_夾管閥、7_液位傳感器、8-稀釋容器、9-第二電磁閥、10-鈉離子在線分析儀取樣管、11-貯液容器、12-第三電磁閥、13-廢液回收管、14-貯液容器溢流管、15-稀釋容器溢流管、16-微型氣泵、16'-氣管、17-定容容器溢流管、18-取樣管、19-蠕動泵、20-貯水容器溢流管、21-定容容器進水口、22-定容容器進樣口、23-定容容器溢流口、以及24-定容容器出液口。
【具體實施方式】
[0015]在下文中，將結合示例性實施例來詳細說明本發明的高濃度離子自動在線檢測系統及方法。
[0016]在本發明的一個示例性實施例中，高濃度離子自動在線檢測系統可包括定容單元、稀釋單元、稀釋水供給單元、排液單元、離子在線分析儀和測控單元。
[0017]其中，定容單元包括定容容器和設置在定容容器的出口端的第一閥門，定容容器能夠對通過取樣進入其內的待測溶液的體積進行準確定容，即，可得出進入其內的待測溶液的體積。
[0018]稀釋單元包括稀釋容器、設置在稀釋容器中的液位傳感器和設置在稀釋容器的出口端的第二閥門，稀釋容器與定容容器的出口端連通，從而能夠從接納定容後的待測溶液。
[0019]稀釋水供給單元包括進水管和設置在進水管上第三閥門，進水管的出水端與定容容器的進水口連通，進水管中的水(例如，去離子水或蒸餾水等)可衝洗定容後的定容容器，衝洗形成的衝洗液通過第二閥門進入稀釋容器；或者進水管的出水端也可分別與定容容器的進水口和稀釋單元連通，這樣進水管中的水不僅可衝洗定容後的定容容器並隨後進入稀釋容器，而且也可直接進入稀釋容器。
[0020]排液單元包括貯液容器和混勻裝置，貯液容器用於儲存從第二閥門排出的稀釋溶液，混勻裝置用於對貯液容器中的稀釋溶液進行混勻，從而能夠有效確保測量的準確性。
[0021]離子在線分析儀用於分析測量貯液容器中混勻後的稀釋溶液，並給出稀釋溶液中待測尚子的濃度。
[0022]測控單元包括控制組件、數據採集組件和數據處理組件，控制組件用於控制第一閥門、第二閥門和第三閥門的打開或關閉，控制組件還可控制混勻裝置的啟動和停止，數據採集組件用於採集定容容器所得出的待測溶液體積、液位傳感器的液位數據和離子在線分析儀所給出的稀釋溶液中待測離子濃度，數據處理組件根據數據採集組件所採集的數據計算得出待測溶液中高濃度離子的濃度。
[0023]在本發明的另一個示例性實施例中，高濃度離子自動在線檢測系統在上述基礎之上還可包括待測溶液供給單元。待測溶液供給單元包括取樣管和設置在取樣管上且可沿正方向和反方向轉動的蠕動泵，取樣管與定容容器的進樣口連通。測控單元的控制組件能夠控制蠕動泵沿正方向(例如，順時針方向)轉動或停止以實現取樣。同時，測控單元的控制組件也能夠控制蠕動泵沿反方向(例如，逆時針方向)轉動，這樣能夠將取樣管中殘留的液體從取樣管的進液端排出。
[0024]在本發明的另一個示例性實施例中，高濃度離子自動在線檢測系統在上述基礎之上還可包加熱保溫單元。加熱保溫單元設置在定容容器外側以對定容容器進行加熱和保溫，從而能夠防止易結晶溶液在低溫下結晶堵塞管路。
[0025]下面以對高濃度鈉離子溶液的檢測為例來說明本發明的自動在線檢測系統的一個示例性實施例。
[0026]如圖1和圖2所示，在本發明的一個示例性實施例中，高濃度鈉離子自動在線檢測系統包括稀釋水供給單元、待測溶液供給單元、定容單元、稀釋單元、排液單元、鈉離子在線分析儀及測控單元。
[0027]其中，稀釋水供給單元包括球閥1、貯水容器2、供水管和設置在該供水管上的第一電磁閥3，第一電磁閥3進口端接貯水容器2下端，出口端通過軟管置於定容容器進水口21(如圖2所示)內，用於向稀釋單元供入稀釋水及對定容單元進行衝洗。貯水容器2可設置有貯水容器溢流管20。
[0028]待測溶液供給單元包括取樣管18和設置在該取樣管18上的蠕動泵19，該取樣管18的一端與待測溶液連通，其另一端與定容單元連通，從而通過蠕動泵19以預定方向的轉動將待測溶液供入定容單元中，並且蠕動泵19在向預定方向的反方向轉動時，即可將取樣管18中殘留的液體從其一端排出。
[0029]定容單元由定容容器4 (例如，定容瓶)及設置在其下的夾管閥6構成。在本示例性實施例中，定容容器4結構示意圖如圖2所示，其上設有定容容器進水口 21、進樣口 22、溢流口 23及出液口 24，形狀均為管狀。溢流口 23位於進樣口 22下端，取樣時多餘液體順序從溢流口 23和定容容器溢流管17中流出，從而保證了取樣的準確性。
[0030]稀釋單元由稀釋容器8 (例如，稀釋瓶)、液位傳感器7及設置在稀釋容器8下端的第二電磁閥9構成。稀釋容器8能夠接納從定容容器出液口 24排出的待測溶液或衝洗液。
[0031]液位傳感器7設置在稀釋容器8中，液位傳感器7能夠實時測量稀釋容器8中的液位。稀釋容器8設置有稀釋容器溢流管15。
[0032]排液單元由貯液容器11及設置在該貯液容器11下的第三電磁閥12構成，貯液容器11位於稀釋容器8下方，用於存儲稀釋後的液體並向鈉離子在線分析儀提供分析樣，剩餘液體通過第三電磁閥12排入廢液回收管13。鈉離子在線分析儀通過伸入貯液容器11內的鈉離子在線分析儀取樣管10來進行取樣。貯液容器11設置有貯液容器溢流管14。
[0033]測控單元包括電源、測控軟體、計算機、多功能數據採集卡、繼電器接口板卡、模擬信號輸出模塊(未示出)等。計算機通過多功能數據採集卡及繼電器接口板卡與稀釋水供給單元、待測溶液供給單元、定容單元、稀釋單元、排液單元及鈉離子在線分析儀連接，實施測量及控制。具體來講，測控單元根據液位傳感器7測得的液位數據計算出稀釋後溶液的體積，再根據定容容器4得到的待測溶液的體積(例如，事先用水測出定容容器的定容體積)，從而計算出稀釋比；隨後結合鈉離子在線分析儀測得的稀釋溶液中鈉離子的濃度，通過計算，得出待測溶液樣品中的鈉離子濃度，從而實現了對高濃度鈉離子溶液中鈉離子濃度的在線自動檢測。
[0034]在本示例性實施例中，混勻裝置包括微型氣泵16和氣管W，其中，氣管W將貯液容器11與微型氣泵16連通。
[0035]在本示例性實施例中，保溫裝置5包括設置在定容容器外側的石棉、加熱帶和保護套。保溫裝置能夠對定容容器4進行加熱和保溫，從而能夠防止因易結晶溶液結晶而堵
塞管路。
[0036]例如，第一電磁閥3採用24V直通式水閥，第二電磁閥9及第三電磁閥12採用24V聚四氟乙烯電磁閥，蠕動泵19型號為BT100-2J，泵頭YZ1515X，帶接口控制，混勻裝置採用24V微型氣泵16，定容容器4結構示意圖如圖2所示，帶保溫裝置5，定容體積約80ml，稀釋容器8直徑為100mm，高300mm，材質為玻璃，液位傳感器7為高精度磁致伸縮液位傳感器。鈉離子在線分析儀為瑞士萬通ZBADI20031。
[0037]對於本示例性實施例而言，其待測溶液的稀釋比例範圍很寬。例如，稀釋比例範圍可為幾倍至幾十倍。
[0038]在本示例性實施例中，對待測溶液的取樣通過蠕動泵19和夾管閥6來實現，因此，待測溶液(也可稱為待稀釋液體)不與傳動部件直接接觸，極大地擴大了本本發明的檢測系統的使用範圍，例如，對於惡劣工況(例如，高溫、高腐蝕性、易結晶等)條件下的溶液均可適用。
[0039]在本發明的又一個示例性實施例中，高濃度離子自動在線檢測方法可通過以下步驟來實現:取樣並用定容單元對待測溶液進行定容；打開第一閥門將定容單元中定容後的待測溶液排入稀釋單元；通過稀釋水供給單元向定容單元中提供水以衝洗定容單元，衝洗得到的衝洗液進入稀釋單元；待稀釋容器內的液面平靜後，通過液位傳感器測得液位；將稀釋容器內的稀釋溶液放至貯液容器，並用混勻裝置使稀釋溶液混勻；通過離子在線分析儀測量稀釋溶液中待測離子的濃度；通過測控單元得出待測溶液中的待測離子的濃度。
[0040]在本發明的一個示例性實施例中，所述自動在線檢測方法在上述基礎之上還可包括:在定容步驟中，通過加熱保溫單元對定容容器中的待測溶液進行加熱和保溫。
[0041]在本發明的一個示例性實施例中，取樣步驟通過測控單元控制待測溶液供給單元的蠕動泵來實現取樣。
[0042]當然，本發明的高濃度離子自動在線檢測方法可周期性循環測量，只需在進行測量之前將貯液容器中的稀釋溶液排出，並對稀釋容器、貯液容器等進行清洗即可。也就是說，本發明的自動在線檢測系統還可包括用於對稀釋容器、貯液容器等進行清洗的清洗裝置。當然，也可通過稀釋水供給裝置實現清洗裝置的功能。
[0043]下面以對高溫高濃度鈉離子溶液(例如，溫度為85?90°C、質量濃度為20?100g/l的Na2SO4溶液)的檢測為例來說明本發明的自動在線檢測方法的一個示例性實施例。[0044]如圖3所示，在一個示例性實施例中，採用間歇取樣、循環測量的方式進行，測量周期由測控單元程序設定，本實施例測量周期可設置為10分鐘。在一個檢測周期內，其檢測步驟如下:
[0045](I)、往稀釋容器8中預先供入一定量的稀釋水，供入稀釋水的量由稀釋比例確定;
[0046](2)、取樣並定容。蠕動泵19按取樣方向轉動一定時間至定容容器4內液體從溢流口 23溢流(具體時間根據取樣管長度、大小、取樣量等設定)，再按取樣反方向轉動一定時間以便排空取樣管18內液體；
[0047](3)、將定容好的待測溶液放入稀釋容器8，打開第一電磁閥3，對定容容器4進行衝洗，衝洗液進入稀釋容器8;
[0048](4)、稀釋容器8液面平靜後，進行液位測量，計算稀釋比例；
[0049](5)、將稀釋後的液體放至貯液容器11，打開微型氣泵16使其混勻；
[0050](6)、鈉離子在線分析儀從貯液容器11取樣進行測量；
[0051](7)、鈉離子在線分析儀測量結果發送至測控單元，測控單元根據此結果及稀釋比例，計算出實際被測液體的鈉離子濃度；
[0052](8)、記錄測量結果並顯示，輸出控制信號至PLC，一個測量周期結束。
[0053]在下一個測量周期，重複上述(I)到⑶的步驟。
[0054]綜上所示，對於本發明的方法和系統而言，由於採用定容方式取樣，並用高精度液位傳感器測量稀釋液的液位，使稀釋比例具有較高精度，且使得系統測量範圍得到極大提高。此外，在取樣稀釋裝置採用蠕動泵、夾管閥等器件的情況下，本發明能夠適應於對高溫、高腐蝕性、易結晶等惡劣工況條件的溶液濃度進行測量，從而能夠極大地擴展本發明的使用範圍。
[0055]儘管上面已經結合附圖和示例性實施例描述了本發明，但是本領域普通技術人員應該清楚，在不脫離權利要求的精神和範圍的情況下，可以對上述實施例進行各種修改。
【權利要求】
1.一種高濃度離子自動在線檢測系統，其特徵在於，所述高濃度離子自動在線檢測系統包括定容單元、稀釋單元、稀釋水供給單元、排液單元、離子在線分析儀和測控單元，其中， 定容單元包括定容容器和設置在定容容器的出口端的第一閥門，定容容器能夠得出進入其中的待測溶液的體積； 稀釋單元包括稀釋容器、設置在稀釋容器中的液位傳感器和設置在稀釋容器的出口端的第二閥門，稀釋容器與定容容器的出口端連通； 稀釋水供給單元包括進水管和設置在進水管上第三閥門，進水管的出水端與定容容器的進水口連通或者分別與定容容器的進水口和稀釋單元連通； 排液單元包括貯液容器，貯液容器用於儲存從第二閥門排出的稀釋溶液； 離子在線分析儀用於分析測量貯液容器中混勻後的稀釋溶液，並給出稀釋溶液中待測離子的濃度； 測控單元包括控制組件、數據採集組件和數據處理組件，控制組件用於控制第一閥門、第二閥門和第三閥門的打開或關閉，數據採集組件用於採集定容容器所得出的待測溶液體積、液位傳感器的液位數據和離子在線分析儀所給出的稀釋溶液中待測離子濃度，數據處理組件根據數據採集組件所採集的數據計算得出待測溶液中高濃度離子的濃度。
2.根據權利要求 1所述的高濃度離子自動在線檢測系統，其特徵在於，所述高濃度離子自動在線檢測系統還包括待測溶液供給單元，所述待測溶液供給單元包括取樣管和設置在取樣管上且可沿正方向和反方向轉動的蠕動泵，取樣管與定容容器的進樣口連通。
3.根據權利要求1所述的高濃度離子自動在線檢測系統，其特徵在於，所述高濃度離子自動在線檢測系統還包括加熱保溫單元，所述加熱保溫單元設置在定容容器外側以對定容容器進行加熱和保溫。
4.根據權利要求1所述的高濃度離子自動在線檢測系統，其特徵在於，所述定容容器、稀釋容器和貯液容器均設置有溢流口。
5.根據權利要求1所述的高濃度離子自動在線檢測系統，其特徵在於，所述高濃度離子自動在線檢測系統還包括混勻裝置，所述混勻裝置用於對貯液容器中的稀釋溶液進行混勻。
6.一種高濃度離子自動在線檢測方法，其特徵在於，所述方法通過如權利要求1至5中任意一項所述的高濃度離子自動在線檢測系統來實現。
7.根據權利要求6所述的高濃度離子自動在線檢測方法，其特徵在於，所述自動在線檢測方法包括依次進行的以下步驟: 取樣並用定容單元對待測溶液進行定容； 打開第一閥門將定容單元中定容後的待測溶液排入稀釋單元； 通過稀釋水供給單元向定容單元中提供水以衝洗定容單元，衝洗得到的衝洗液進入稀釋單元； 待稀釋容器內的液面平靜後，通過液位傳感器測得液位； 將稀釋容器內的稀釋溶液放至貯液容器； 通過離子在線分析儀測量稀釋溶液中待測離子的濃度； 通過測控單元得出待測溶液中的待測離子的濃度。
8.根據權利要求7所述的高濃度離子自動在線檢測方法，其特徵在於，所述自動在線檢測方法還包括:在所述定容步驟，通過加熱保溫單元對定容容器中的待測溶液進行加熱和保溫。
9.根據權利要求7所述的高濃度離子自動在線檢測方法，其特徵在於，所述方法還包括測量稀釋溶液中待測離子濃度的步驟之前用混勻裝置使貯液容器中的稀釋溶液混勻。
10.根據權利要求7所述的高濃度離子自動在線檢測方法，其特徵在於，所述取樣步驟通過測控單元控制待測溶 液供給單元的蠕動泵來實現取樣。
【文檔編號】G01N33/00GK104007239SQ201410259395
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】周海, 王曉剛, 胡曉 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司