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在線監測儀范文第1篇

【關鍵詞】COD;在線監測;應用及發展

1.引言

污水COD在線監測的分類及工作原理污水COD的在線監測方法按采用氧化劑的不同可分為：重鉻酸鉀法（COD）、高錳酸鉀指數法、臭氧法、羥基自由基法等。根據工作原理的不同，可分為化學法、電化學法、光譜法和生物法四類。化學法基于外加氧化劑K2Cr2O7、KMnO4或O3與水中有機物發生化學反應;電化學法是利用電解產生Fe2+與剩余Cr6+反應（庫侖滴定）或電生羥基自由基直接氧化水中有機物。總體上講，COD在線自動監測儀的設計思路大體有兩種，一種是模擬傳統濕化學法的原理，將分析過程在線化，樣品必須先消解后測定，多數COD在線監測儀設計遵循這一思路;另一種則徹底摒棄樣品消解，采用全新的原理進行測定，例如利用電解產物直接與有機物反應、利用生物快速降解有機物或直接測定有機物的紫外吸收光譜等。后一思路是對傳統COD測定方法的突破。目前我國廣泛使用的污水COD的在線監測方法主要是分光光度法和電位滴定法兩種。綜合運用了流動注射技術、電化學技術、現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術、現代光機電技術，儀器一般包括進樣系統、反應系統、檢測系統、控制系統四部分。光度分析法污水COD在線監測儀的工作原理：載流液（含重鉻酸鉀的稀硫酸）由恒流泵輸送至反應管道中，基本裝置流動注射分析是基于把一定體積的液體樣本通過閥切入到一個運動著的由適當液體組成的連續載流中，當注入閥將水樣切入反應管道中后，試樣帶被載流液推進并在推進過程中漸漸擴散，樣品和試劑混合。在強酸溶液中，以銀鹽作催化劑，定量的重鉻酸鉀氧化水樣中的還原性物質，在一定的消解溫度下，加熱消解一定時間，六價鉻被水中還原性物質定量還原為三價鉻，在一定波長下，用分光光度計測定三價鉻的吸光度，通過吸光度與水樣COD的線性關系進行定量分析測定。進樣系統由輸液泵、定量館、電磁閥、管路、接口等組成，完成對水樣的采集、輸送、試劑混合、廢液排除及反應室清洗等功能;反應系統主要有加熱單元和反應室，完成水樣的消解和反應;監測系統包括單片機（或工控機）、時序控制和數據處理軟件、鍵盤和顯示屏等，完成對在線分析全過程的控制、數據采集與處理、現實、儲存及打印輸出。污水COD在線監測儀電位滴定法的工作原理是在強酸溶液中，以銀鹽作催化劑，鉬氨酸、硫酸鋁鉀作助催化劑，經恒溫密閉消解一定時間后，用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀，由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質量濃度。就其反應過程來看，氧化劑濃度、反應液的酸度、消解時間、消解溫度對測定結果影響較大。而消解時間、消解溫度、曲線的有效取值區間要視不同水質、消解反應難易程度及污染物濃度正常變化范圍而具體確定，測試方法較光度分析法復雜，需要消耗較多的化學試劑。

2.污水COD在線監測

作為連續在線運行的儀器，COD在線監測儀一般具有以下特點和功能：（1）具有不同采樣方式（等比例采樣、整點采樣、任意間隔時間采樣）或采樣接口;（2）具有時間設置功能，可按實際需要設定檢測頻次。（3）采用強氧化劑和高溫進行消解，可根據水質實際情況調節反應時間保證高效氧化;（4）分析周期短，實現真正意義上的實時在線監測，一般分析周期為15min-2h，短的僅2min～6min;（5）測定范圍廣，一般測試范圍為10-2000mg/L，最大可達100000mg/L;（6）自動化程度高，自動采樣、自動稀釋、自動測量、自動量程轉換、自動校標、自動清洗、溫飄時飄自動補償;（7）數據輸入，圖表打印，標準信號輸出接口，具有計算機監控功能，可以進行遠程通信;（8）狀態自檢和報警功能;（9）具有斷電保護，來電自動恢復，自動校準等功能;（10）試劑可反復使用，有的不需要化學試劑，無二次污染;（11）運行和維護費用低。

3.COD在線監測方法的應用方向

隨著我國工業化進程的推進，節約化大生產必然形成，污水的集中處理也必將是大勢所趨，對于市場化的城市污水處理廠，進行及時、準確的水質、水量監測是非常必要的。目前我國廣泛使用的分光光度法和電位滴定法在線監測儀，測試過程中要消耗大量的化學試劑，如濃硫酸、硫酸銀、重鉻酸鉀、硫酸汞、硫酸亞鐵銨、硫酸鋁鉀、鉬酸銨等，這些化學試劑的使用，一方面造成嚴重的二次污染;另一方面，由于濃硫酸、重鉻酸鉀溶液等強氧化劑容易使系統管道破損、儀器失靈，維護工作量大且復雜，運行與維護成本較高。臭氧氧化法和高溫催化法由于不產生二次污染，方法較為簡單，不消耗化學試劑，因而測試成本低廉，儀器維護簡單，是值得推薦的清潔測試方法，在國外使用較多，但由于該法不是國際標準方法，且進口儀器價格昂貴，因此推廣起來有一定困難。我們可以通過國產化，降低儀器的價格來實現臭氧氧化法和高溫催化法的廣泛應用。TOC反映水體中全部有機物的含量，于COD相比更能直接表示水體中有機污染物的總量，而且TOC的測定不消耗化學藥品，不產生二次污染，屬清潔監測技術，是未來實現污水中有機污染物含量在線監測的發展方向。但目前我國對廢水的考核指標是COD，對于固定種類的污水，TOC與COD的相關性問題需要解決，我們可以需要測定其與標準方法相關性，來解決非標準方法與現行管理制度不適應的問題。另外，COD在線監測系統可廣泛應用于采礦排污監控點、污水監測站、污水處理廠、自來水廠、地區水界點、水質分析室等。政府監測機構利益遠程監測中心數據庫管理系統與在線監測系統相連接，接收子站傳輸的信息和其他監測點源的監測信息，能夠有效監控和監督污染源排放點，減少乃至杜絕偷排現象，對推動我國水體污染物總量控制事業的發展將會有重要的意義。

4.結語

污水在線監測系統是集環境保護科學、在線監測、現代語音和數據通信、現代網絡和信息系統為一體的新技術在我國部分城市污水處理領域已有應用，到目前為止，國家已建立了長江、淮河等七大流域監測網絡，其中部分監測站實現了在線實時監視。根據國家計劃，我國還將在十大流域建立多個水質在線監測站。因此，污水COD在線監測系統將有很大的發展空間和前景。由于污水COD連續在線監測系統數據量大、測試頻率高，要求儀器實時、快速地提供準確的、大量的數據，這對測試方法提出了快速、簡單、無化學藥品消耗、等要求。目前廣泛使用的分光光度法和電位滴定法在線監測儀，由于存在嚴重的二次污染問題，應該逐漸被對環境友好的清潔監測儀器，如TOC在線監測儀、臭氧氧化法和高溫催化法COD在線監測儀所代替。同時，從工業現場連續在線監測來講，為確保穩定、可靠的運行，有兩點特別要注意：（1）解決好采樣的代表性、水樣預處理、反應器和檢測池的清潔問題;（2）堅持例行的日維護、周維護、月維護和年維護至關重要。COD在線監測儀運行中還應充分考慮排放口的水質、水量等情況，在現階段，以流量計和污水比例采樣器組成的COD在線監測子系統是一般排污口實行總量控制的優選方案。

參考文獻

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在線監測儀范文第2篇

【關鍵詞】在線監測 維護 質量控制 準確性

一、概述

隨著國家環保政策日益嚴格和監察、監管力度的大力提上，要求所有國控、省控等企業必須按照要求使用水質在線監測儀器，此外在線監測儀器在很多生產過程中都得到大量使用。如何保證水質在線監測儀器實現長周期運行，保證數據的有效性，越來越成為環境監測行業比較關注的問題。水質在線監測儀器的維護與質量控制工作是決定監測數據準確性、精密性、代表性、完整性和可比性的關鍵所在。影響在線監測數據的因素是多方面的，實際工作中有針對性地展開細致工作，強化在線監測儀器的維護與管理、室內外質量控制及校正等方面措施非常必要。

二、加強在線監測儀器的維護

（一）在線儀器需要定期校驗

做好在線監測儀器的定期校驗，根據儀器的校準周期，以及被檢測水體的水質狀況來確定。如果水質情況復雜、在線儀器工作環境嚴苛，則儀器的校準周期就應該相應縮短。在線監測儀器每月校準一次基本能夠滿足要求，一般不能超過儀器說明書規定的期限。儀器如果長時間停機后重新啟動、更換電極、泵管等或更換不同批號的試劑等情況，則必須進行儀器的校準實驗。

（二）確保在線儀器多點線性檢驗

在工作期間，針對在線儀器的多點線性檢驗非常必要。在儀器線性范圍內均勻選擇4-6個濃度的標準溶液進行測試，如果發現標準曲線的斜率和相關系數發生顯著的變化，在確保非人為因素的前提下，應對監測儀器的性能進行檢查。對在線監測儀器多點線性檢驗一般每半年進行一次即可，以保證儀器運行狀態良好。

（三）注重在線儀器的定期清洗

定期清洗維護可減少偏差，使誤差有效地控制在范圍之內。一般來說，在線監測儀器本身具備自清洗功能，如果實際水質較差，含有較多的懸浮物質，時間長了，各管路、反應池、傳感器、電極和蠕動泵管等處會出現沉積物，會導致靈敏性變差，或影響樣品、試液注入到反應池中的體積，使檢測分析儀器測定的結果產生偏差。對管路以及傳感器、蠕動泵管等進行清洗或更換，保證監測數據的可靠性，延長儀器的使用壽命。

三、嚴抓室內、外質量控制管理

（一）試液

在線監測儀器所需的試液需要定期檢查、更換，試液的質量受多種因素的影響，比如試液的濃度、穩定性、儲存期、容器的密閉性、環境狀況等，如發現有沉淀、變色等現象，應及時更換重配。在環境溫度較高的季節，試劑的分解速度會加快，就應相應地縮短試液的更換周期。對于穩定性較差或濃度較低的試液應分次少量配制，特殊的試液還應采取特殊的儲存方法，如氧化或還原性試液可采用棕色瓶儲存以避免陽光直射。

（二）標液或質控樣

在線監測儀器一般每周應進行一次質控樣檢查。標液或質控樣在水環境監測中主要用于精密度的管理，可選擇儀器線性范圍內上、下限濃度的10%積90%以及中間附近濃度值的質控樣來進行檢查。在線監測儀器基線發生漂移，則必須對儀器重新進行校準。

（三）比較實驗

在線監測儀器必須定期進行比較實驗，比較實驗應采用國家規定的標準監測分析方法進行實驗室分析，并與在線監測儀器的測定結果比對。原則上，對比試驗應與在線儀器采用相同的實驗條件。

（四）空白實驗檢驗

對空白實驗值既要控制其大小，也要控制其分散程度。通過對空白實驗值的控制，可以相對消除純溶劑中雜質、試劑中的雜質、分析過程中環境帶來的沾污等。通常一批試劑進行一次空白實驗即可。

四、進行綜合分析與控制管理

（一）數據的審核判定

在線監測數據的審核是最有效的質量控制手段，也是整個質量保證體系中最后一關。應按照實驗室常規數據處理的要求進行檢驗和處理。如出現異常數據，應從人為因素、試劑、整個儀器各個單元狀況等環節逐個進行檢查，找到問題的癥結，加以分析解決。

（二）監測數據可比性分析

通過與歷史數據的比對，也可以發現數據的異常與否。一般水質狀況相對穩定，監測參數測定值的波動范圍不大，通過與歷史同期監測數據或最近一段時期監測數據的對比，如果監測數據變化比較明顯，就應對其進行論證，必要時進行人工采樣比對，判斷數據的真偽，決定是否加以剔除。如果數據的變化是由污染事故所致，應及時上報并增加監測頻次。

（三）監測參數間的關系分析

環境參數的監測數據往往存在某種關系，為審核單個已實行質量控制措施的監測數據正確與否提供了依據。如當溶解氧降低時，電導率、化學需氧量和高錳酸鹽指數會隨之升高；化學需氧量的監測結果應大于高錳酸鹽指數的監測值；一般溶解氧高的水體硝酸鹽氮濃度高于氨氮濃度，反之氨氮濃度高于硝酸鹽氮濃度等。

在線監測儀范文第3篇

關鍵詞：COD監測儀器；存在的問題；處理

Treatment of common problems of on-line monitoring instrument of chemical oxygen demand in water quantity and quality

LiXuqiang, WangHuihui, LiuRongxi, ZhengMingjin, Huang Jia Ju, Wu Sujun, Zhang HongJun

( Shougang steel environmental protection department of Guizhou Liupanshui 553028 )

Abstract: This article embarks from the reality, briefly introduces the chemical oxygen demand ( COD ) existing in the use of water quality on-line monitoring instrument and brief treatment

Keywords: COD monitoring instrument; existing problems; treatment

中圖分類號： E933 文獻標識碼： A 文章編號：

前言

環境水質在線監測儀器主要安裝于污染源企業排污口或河流斷面、湖泊、水源地等監測點，通過儀器自動采水取樣、監測儀器自動實時在線分析監測因子（如COD、氨氮等），將監測數據上傳至相關環保部門進行數據的分析比對，實現對污染源或河流斷面、湖泊、水源地的實時監控。污染源在線監測主要應用于城鎮污水處理、化工、造紙、鋼鐵、制藥、醫療、釀造等行業。為了確保國家規劃中減排任務的完成，國家和地方相關部門頒布了多項有關在線監測設備的政策、法律、法規，進一步明確了在線監測設備在環保領域的作用和重要性，肯定了在線監測系統在節能環保中的地位。

一、化學需氧量（COD）概念：

在一定條件下，經重鉻酸鉀（強氧化劑）氧化處理時，水樣中的溶解性物質和懸浮物所消耗的重鉻酸鹽（強氧化劑）相對應的氧的質量濃度，以氧的mg/L表示。化學需氧量反映水中受還原性物質污染的程度。水中還原性物質包括有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。水被有機物污染是很普遍的，因此化學需氧量也是有機物相對含量的重要指標之一。

根據氧化劑的不同，又可分為CODcr和CODMn（高錳酸鹽指數），后者主要用于地表水、地下水以及飲用水的監測。

二、CODcr在線監測儀器的工作原理和方法

根據國家標準GB 11914-89和國際標準ISO6060規定，COD定義是指水樣用重鉻酸鉀作氧化劑進行化學氧化后，用滴定法測定消耗的氧化劑量，相對應氧的質量濃度，簡稱CODCr。如以高錳酸鉀作氧化劑，則測定結果稱為高錳酸鹽指數CODMn。因氧化條件如氧化劑種類、反應溫度、反應時間、催化劑等因素影響，測定值會有很大變化。

水鋼總排口目前使用的COD在線監測儀器使用的是CODCr法 （COD在線監測儀），CODCr法指使用重鉻酸鉀做氧化劑，在一定條件下氧化水樣中的有機物，通過電極測算出消耗氧化劑的量，進一步換算出COD值。

三、COD在線監測儀器常見問題分析及處理方法

1、泵管：儀器長期使用泵管會老化，需每隔兩至四年更換一次泵管。

2、計量杯：計量重鉻酸鉀和水樣的量具，計量杯容積為2.5 ml。長時間工作，可能會造成計量杯傳感線接觸腐蝕，造成短路，需更換計量杯。若水樣抽不上來，先檢查蠕動管蠕動泵內或蠕動管是否損壞；進入測試程序，看外接系統是否抽上水樣，若抽上水樣，就要檢查取樣管路及取樣口是否堵塞，取樣管是否破裂。

3、加熱杯：加熱消解水樣的容器。長時間工作，可能會造成管壁破裂，含酸氣體跑出，腐蝕該設備周邊部分零件，縮短壽命，需巡檢注意，并及時更換該備件。其中，若U型燈不加熱，需及時更換。

4、冷卻風扇：滴定池冷卻風扇和加熱杯冷卻風扇。加熱杯冷卻風扇，長時間工作，易損壞，可能造成加熱溫度過高，水樣進入滴定池，影響測定值，需要及時更換。

5、冷卻水潛水泵（WP2）：加熱回流冷卻水潛水泵。長時間工作，易損壞，可能造成含酸氣體跑出，腐蝕整個設備周邊部分零件，縮短壽命，需及時更換。

6、亞鐵銨滴定池：硫酸亞鐵銨滴定反應的容器。長時間工作，可能造成鉑電極結垢，影響測量值，需要及時更換鉑電極。

7、排泄泵（電磁閥）：排泄分析后的廢液。長時間工作，造成泵燒壞或堵住，需要定時清洗，必要時更換該排泄泵。

在線監測儀范文第4篇

Described the use of potassium dichromate digestion-photometry to experiment. By electric heating thermostat-digestion, concentration using Spectrophotometric method for the colorimetric determination of chromium ion, to calculate COD value

關鍵詞：在線監測重鉻酸鉀法COD 在線監測儀

Abstract: This paper introduced the use of potassium dichromate digestion photometric method. Through the electric heating thermostat digestion with spectrophotometry, colorimetric determination of chromium ion concentration, and thus calculate the COD value.

Key words : on-line monitoring of potassium dichromate method COD on-line monitoring instrument

中圖分類號： X859 文獻標識碼：A文章編號：

1 方法原理

利用COD在線監測儀, 采用國標重鉻酸鉀法,通過恒溫器消解進行快速催化氧化―還原反應。使水體中的氧化物被氧化,氯離子用硫酸汞掩蔽，六價鉻離子被還原成為三價鉻離子。自動監測系統通過分光比色來測定鉻離子的濃度, 計算出化學需氧量COD值。

2 主要儀器與試劑

2. 1儀器

LFCOD-2002 型COD 在線監測儀(力合科技（湖南）股份有限公司);COD 在線監測儀系統由采樣系統、加液計量系統、控制系統、測試系統、數據存儲和顯示系統等部分組成。

2. 2 試劑

優級純試劑和GB8682-86規定的二級以上純水；硫酸銀（Ag2SO4），分析純；硫酸汞(HgSO4)，分析純；硫酸亞鐵銨（FeSO4•(NH4)2SO4•6H2O）分析純；硫酸(H2SO4)，ρ=1.84g/mL，優級純；掩蔽劑：硫酸-硫酸汞溶液 （劇毒和腐蝕性）。

2.實驗部分

高氯低COD在線分析儀采用高溫高壓密閉消解的技術，以汞鹽作為掩蔽劑與Cl-配位的方法測定現場水樣的CODcr值，對于高氯廢水，相應的需要增加混合液中HgSO4的濃度來達到掩蔽更多Cl-的效果，加入的催化劑Ag2SO4和H2SO4都是含有硫酸根，它們之間的濃度會影響硫酸汞的溶解度，即影響硫酸汞的對氯離子的掩蔽作用，因此，在進行在線監測高氯COD時，必須對加入掩蔽劑、酸度進行優化，以便達到最大程度的掩蔽氯離子，而滿足COD的準確測定。

由于HgSO4的溶解受H2SO4的影響非常大，因此，我們需要從多方面來探索并驗證適合高氯廢水的測定條件。

2.1溶解條件實驗

2.1.1 H2SO4濃度對HgSO4溶解的影響

實際應用中測定水樣的CODcr值時，混合液中硫酸的濃度必須在一定的值以上，才能保證大部分有機物的氧化效率，但硫酸濃度越大，HgSO4的溶解越難，析出的HgSO4會堵塞儀器管路，影響儀器的正常運行，故需要探索不同硫酸濃度下HgSO4的溶解情況.

2.1.2 綜合考慮 HgSO4、H2SO4、Ag+、Cl-濃度對溶解情況的影響（正交試驗）

COD在線監測時加入掩蔽劑、消解液和助溶劑，而掩蔽劑由硫酸和硫酸汞配制而成，助溶劑主要由硫酸和硫酸銀配制而成。為考察HgSO4、H2SO4、Ag+、Cl-混合后的溶解情況，及各個因素對溶解情況影響的大小，設計正交試驗。

雖然Ag2SO4只是作為催化劑，但Ag+的存在會與HgSO4掩蔽不了的Cl-發生反應生成AgCl沉淀,，試驗中將H2SO4和Ag2SO4放在一起（在500ml 98％的濃硫酸中加入5g Ag2SO4配制成1％的Ag2SO4-H2SO4溶液）作為一個影響因素考慮，HgSO4和Cl-各作為一個影響因素：HgSO4（A），Cl-（B），Ag2SO4-H2SO4（C，只考慮H2SO4的濃度對試驗的影響，Ag2SO4只是作為催化劑），選取的水平如表2（各濃度均為各因素在混合后的濃度），同時設計正交試驗表L16(43)（表3），混合后先用超聲波振蕩5min，再觀察結果，完全溶解的記作0，渾濁的記作1，微量渾濁的記作0.5（見表3）。

表2 三因素四水平

表3 試驗結果及直觀分析

從表3中可知，極差值R最大的是Ag2SO4-H2SO4，說明該物質加入量的不同，對測定影響最大。

雖然HgSO4濃度越低，溶解情況越好，但是HgSO4、、AgCl沉淀、Cl-這三者之間的溶解在理論上必定存在一個相對平衡的范圍。

從表3中選出結果較好的1號、2號、3號、6號、8號、11號、12號、16號試驗的HgSO4、Cl-、H2SO4的濃度再進行實驗，結果單獨列入表4中。

表4 正交試驗結果較好的試驗組

綜合表4的情況，同時為保證消解效率當我們在做高氯低CODcr儀器實驗時，一般選擇硫酸汞的量3％-5％，硫酸濃度28％-30％，在這個范圍內，增大硫酸汞的濃度，則必須相應的降低硫酸的濃度。

3儀器開發及檢測結果

3. 1 比色法電加熱在線監測儀的使用情況

綜合考慮2.1.1及2.1.2中的試驗條件，通過將實驗數據統一整理，更直觀的體現了比色法電加熱在線監測儀器和電極法在線監測儀器的優缺點。詳細的數據如表5所示。

表5 比色法和電極法測試不同高氯標樣結果

3. 結論及討論

3.1 硫酸汞的溶解與硫酸的濃度、氯離子的濃度密切相關。經過2.1.1及2.1.2中的試驗分析，達到硫酸汞能溶解、同時AgCl不形成平衡范圍為：硫酸汞濃度3%-5%，硫酸濃度為28%-30%，在此范圍內，當硫酸汞的濃度增大時，相應的應降低硫酸的濃度，可掩蔽15000mg/L的Cl-。同時，正交試驗極差分析表明：對溶解情況影響最大的是H2SO4的濃度，HgSO4及Cl-的濃度的影響次之。

3.2 開發出的比色法及電極法在線監測儀均能測定15000mg/L氯離子濃度的標樣，結果都比較好。其中比色法穩定可靠，無需經常校準，且時間較短。但對于某些色度及濁度較高，經過高溫密閉消解仍無法將色度褪去且在470nm處有明顯吸收的水樣，用電極法較比色法好。（如圖5所示）

3.3 由于預處理標準法測試高氯廢水的COD時要用到昂貴的銀鹽，測量成本高，在線監測法相對標準法及預處理法有省時、省電、省水、省試劑、二次污染小、準確度和精密度更高等優點。

3.4目前環境監測已由實驗室分析為主，向自動化、智能化、網絡化為主的監測方向發展，我們可以參考標準方法，但不能綁定標準方法。在線監測做為一種主導趨勢，必將為我國的環保事業做出更大的貢獻。

在線監測儀范文第5篇

關鍵詞：粉塵濃度；靜電感應；嵌入式；C8051F060；μC/OS-Ⅱ

1 引言

隨著現代工業的快速發展和公共環境保護意見的不斷增強，工業粉塵的排放越來越受到人們的關注。粉塵是懸浮在空氣中的同體微粒，工業粉塵主要指在工業生產中由于物料的破碎、篩分、堆放、轉運、燃燒或其他機械處理而產生的固體微粒[1]。工業粉塵對環境，對人體都有很強的危害性，主要表現在由于粉塵積累和變化，使空氣中粉塵濃度逐漸增加，導致城市上空能見度普遍下降，發生粉塵引起的爆炸事件也有著上升趨勢；另外如果人長期吸入一定量的粉塵，粉塵在肺內逐漸沉積，使肺部產生進行性、彌漫性的纖維組織增多，出現塵肺病。針對這一狀況，國家對工業粉塵排放濃度制訂了相關標準，嚴格控制粉塵濃度。因此，為了進行有效的除塵和降塵以確保人身安全和提高環境質量，如何及時準確地對工業現場粉塵濃度進行監測就成了我們必須面對的一個問題。

目前，世界各國對粉塵濃度的測量技術都做了大量研究，研制了一系列粉塵監測儀器，如粉塵采樣器、直讀式測塵儀、粉塵濃度傳感器等。本文介紹一種基于靜電感應和嵌入式技術的在線粉塵監測系統，該系統在靈敏性，可靠性以及可維護性均具有一定的優勢，在傳統的布袋除塵系統中完全可以替代人工檢漏，并能實時顯示當前粉塵濃度，具有很大的推廣性。

2 靜電荷測量原理

任何粉體狀的物質在氣力的輸送過程中，都會產生碰撞和磨擦，因此粉體粒子都會失去電子而形成帶正電荷的粒子和顆粒，隨濃度的變化及粉體流速的變化，其電荷量也按一定規律變化。粉塵顆粒所帶的電荷形成靜電場。利用靜電感應原理即可測得靜電場的大小及變化，通過信號處理，即可顯示氣固兩相中粉體濃度的數量值。

3 靜電粉塵在線監測系統硬件實現

靜電粉塵在線監測系統硬件主要由信號檢測和控制器兩大單元組成。其中，信號檢測單元主要完成靜電的感應，放大以及整流等工作，以保證輸出4～20MA標準電流信號。而控制器單元主要功能是接收電流信號，完成數據的采集，顯示以及向中心傳輸數據的功能。系統硬件結構圖如圖1所示。

3.1 信號檢測單元

信號檢測單元主要實現電荷的收集和放大，最終輸出4～20mA標準電流信號。電荷放大器采用LMC6081芯片，LMC6081是一種低電壓放大器，它采用4.5V～15V直流電壓供電，最低輸入可達150uV，輸出可達20mV，是一種應用比較廣泛的低電壓放大器。在二級放大電路中，采用的是OP177。

3.2 核心處理器的選擇

控制中心模塊選用C8051F060單片機，它是美國Cygnal公司推出的完全集成混合信號片上系統型MCU。C8051F060單片機采用與8051兼容的專利內核CIP-51，速度高達25MIPS，并具有59個數字I/O引腳、5個16位通用定時器、6個帶有捕捉/比較模塊的可編程定時器/計數器陣列。同時，片內還集成了2個12位DAC、3個電壓比較器、看門狗定時器，VDD監視器和溫度傳感器。該芯片上集成有64KB的FLASH和4352B內部RAM，以及硬件實現的SPI、SMBus/I2C和2個UART串行接口，還集成了CAN總線控制器。最重要的是，C8051F060單片機還有兩個16位、1Msps的ADC，在高精度數據采集系統中使用C8051F060單片機無需外擴ADC轉換芯片，這使得采用C8051F060單片機具有開發相對簡單，費用低廉、可適用于工業現場數據采集等特點。

3.3 外部接口電路設計

外部接口電路主要包括幾部分，ADC數據輸入電路，DAC輸出電路，顯示與鍵盤接口電路以及RS232通信接口電路。ADC數據輸入電路主要功能是接受4～20mA電流信號，通過硬件濾波，輸入C8051F060單片機進行A/D轉換。DAC輸出電路的主要功能是將經過A/D轉換后的數據換算成濃度值，再將濃度值同過D/A轉換，再次還原成4～20mA電流信號，為其他一些設備或者系統提供可靠的粉塵濃度信號。RS232通信接口電路采用MAX3232電平轉換芯片，它是連接本地控制器與控制中心的設備，通過RS232總線，實現控制中心與本地控制器之間的數據交換。

4 軟件實現

根據系統需要完成的功能，將用戶程序劃分為幾個獨立的任務，任務具體劃分幾任務間關系如圖3所示。

各任務間根據實際需要通過μC/OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統的信號量、郵箱以及消息隊列的方式進行通信。其中，ADC采集任務中經過A/D轉換得到的實時數據，在DAC轉換任務中需要將其經過人工處理后再將其轉換為4～20mA模擬信號發出供其他設備或系統使用；在LCD顯示任務中需要將這些經過轉換的數據通過計算，實時的將粉塵濃度顯示在LCD屏上；而在RS232任務中，也需要將這些數據定時通過RS232總線上傳到控制中心。四個任務同時使用這一組數據，因此使用μC/OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統的信號量來實現數據共享。按鍵掃描任務在得到當前鍵盤輸入情況后，可以通過郵箱信號將最新鍵值傳送到LCD顯示任務中，LCD顯示任務通過識別鍵值來確定當前顯示內容；同樣鍵盤可以通過郵箱方式與EEPROM讀寫任務進行通信，從而完成參數配置的功能。

5 結束語

實踐證明，采用靜電粉塵在線監測系統，可是實時，準確的得到粉塵濃度信息，為有效的防塵和除塵提供了可靠的依據，對環境保護有著巨大的作用。這種在線粉塵監測系統，可以根據不同的應用領域作出不同的功能擴展，可廣泛用于冶金、電力、化工、制藥、食品加工、建材、木材加工等布袋除塵系統的檢漏。