一种重金属原位在线监测系统装置的制作方法

本发明涉及工业技术领域，具体涉及一种重金属原位在线监测系统装置。

背景技术：

随着中国经济的迅速发展，工业废水中的重金属污染也日益严重。由于监管部门无法对工业废水重金属浓度进行实时监控，造成了一些工厂为了自身的利益私自偷排工业废水的现象。而现有的重金属检测技术很难实现重金属浓度的实时检测，并且未考虑复杂废水环境下传感器表面结垢问题，这些都增加了重金属原位检测的难度。因此，为解决以上问题，设计一套能全天候原位监测工业废水中的重金属浓度的系统具有非常重要的现实意义。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种重金属原位在线监测系统装置，实现了工业废水中的重金属离子浓度的实时监测，且能定期通过超声对自身的重金属传感器进行除垢处理。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种重金属原位在线监测系统装置，包括重金属原位在线监测箱、PC机和投入待检测工业废水中的除垢箱体，所述重金属原位在线监测箱内设有信号调理模块和数据采集模块，所述除垢箱体通过带若干进水口的PVC隔板分割为上层和下层，上层顶面中心处和四角均开设有传感器插孔，上层顶面还设有温度传感器插孔，传感器插孔内设有若干全固态重金属传感器、一支参比电极和一支pH电极，温度传感器插孔内设有一支温度传感器，全固态重金属传感器将采集到的数字信号经信号调理模块发送到数据采集模块，数据采集模块通过USB数据传输线将数据传送到PC机，所述PVC隔板底部安装有超声波发生器探头，用于为全固态重金属传感器、参比电极和pH电极超声去污垢，下层底部设有一带阀门的出液口。

优选地，所述信号调理模块包括重金属传感器信号调理电路和Pt100温度传感器调理电路。

优选地，重金属传感器信号调理电路包括无源滤波电路、电压跟随器电路、差分运算电路以及运算放大电路，Pt100温度传感器调理电路包括传感器测量电桥和放大电路，数据采集模块包括A/D转化和51单片机。

本发明具有以下有益效果：

实现了工业废水中的重金属离子浓度的实时监测，可以实时地在线显示工业废水中重金属离子浓度，督促工业中污水的处理，可以有效减少工厂偷排漏排现象的发生；通过利用超声波原理实现了对传感器的定期除垢处理，保证了监测离子浓度的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一种重金属原位在线监测系统装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一种重金属原位在线监测系统装置中监测部分的原理框图。

图3为本发明实施例一种重金属原位在线监测系统装置中除垢箱体的结构示意图。

图4为本发明实施例一种重金属原位在线监测系统装置中除垢箱体的工作状态示意图。

图中：1-重金属原位在线监测箱；2-除垢箱体；3-PC机；4-信号调理模块+数据采集模块；5-超声波换能器；6-带阀门的出液口；A-重金属传感器插孔，B-温度传感器插孔，C-进水口，D-pH电极插孔，E-参比电极插孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种重金属原位在线监测系统装置，包括重金属原位在线监测箱、PC机和投入待检测工业废水中的除垢箱体，所述重金属原位在线监测箱内设有信号调理模块和数据采集模块，所述除垢箱体通过带若干进水口的PVC隔板分割为上层和下层，上层顶面中心处和四角均开设有传感器插孔，上层顶面还设有温度传感器插孔，传感器插孔内设有若干全固态重金属传感器、一支参比电极和一支pH电极，温度传感器插孔内设有一支温度传感器，全固态重金属传感器将采集到的数字信号经信号调理模块发送到数据采集模块，数据采集模块通过USB数据传输线将数据传送到PC机，所述PVC隔板底部安装有超声波发生器探头，用于为全固态重金属传感器、参比电极和pH电极超声去污垢，下层底部设有一带阀门的出液口。

所述信号调理模块包括重金属传感器信号调理电路和Pt100温度传感器调理电路，重金属传感器信号调理电路包括无源滤波电路、电压跟随器电路、差分运算电路以及运算放大电路，Pt100温度传感器调理电路包括传感器测量电桥和放大电路，数据采集模块包括A/D转化和51单片机。

实施例

以下实施例中，重金属原位在线重金属原位在线监测箱体采用重金属制成，传感器模块用到的铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)以及参比电极(参比电极的内充液是采用是乙酸锂凝胶)和pH传感器均购于英国EAI公司的，温度传感器采用的是Pt100正温度系数热敏电阻传感器，电极封装均采用聚氯乙烯塑料封装；信号调理模块包括重金属传感器信号调理电路、Pt100温度传感器调理电路，其中重金属传感器信号调理电路中共分为四部分电路组成，分别为无源滤波电路、电压跟随器电路(采用的是美国无线电公司生产的集成块CA3140)、差分运算电路以及运算放大电路，Pt100温度传感器的信号调理电路包括传感器测量电桥(电源的输入采用的器件是美国德州仪器公司生产的三端可调分流基准源TL431)和放大电路(采用的器件是LM358型号的)两部分；数据采集模块包括A/D转化(采用的是A/D7705型号的芯片)，51单片机(采用的是STC89C52C单片机)。

首先准备试剂：Cd(NO₃)₂、Pb(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂、NaNO₃、去离子水、饱和KC1溶液、HC1、六次甲基四胺溶液和HNO₃；所用试剂均使用杂质含量很少的分析纯溶液。配置过程：分别配置0.1mol/L的Cd(NO₃)₂、Pb(NO₃)₂和Cu(NO₃)₂溶液作为母液；依次用去离子水稀释10倍，用NaNO₃溶液作为稀释溶液。其次对电极预处理：将镉离子选择电极浸入到0.009mol/L的Cd(NO₃)₂溶液中；铅离子选择电极浸入到0.005mol/L的Pb(NO₃)₂溶液中；铜离子选择电极浸入到0.016mol/L的Cu(NO₃)₂溶液中。3个离子选择电极分别浸泡至稳定的读数(约5分钟)即可使用电极进行测量。然后，对样本进行实验：取配制好的不同浓度的Cd(NO₃)₂，Pb(NO₃)₂，Cu(NO₃)₂各5ml，分别加入5ml1mol/L的KNO₃溶液，5ml的六次甲基四胺溶液，将混合溶液用稀释溶液稀释到体积为50ml。在不同浓度值得溶液中，依次插入对应的重金属离子选择传感器，待读数稳定后(约2分钟后)读取电位值E。最后，设计两种方案来对比除垢的效果，一种是不做除垢处理，另一种是设计电路定期定时对测试溶液采用超声除垢器，保证监测重金属离子浓度的精确度，然后将监测结果的数据显示在电脑屏幕上，实验结果曲线表明发现除垢后的几次监测数据几乎没有变化且效果更加精确。

本具体实施除垢箱体采用超声波除垢，工作原理为：超声换能器使超声电源发出的超声频交流电源转化为超声波，然后通过超声换能器产生的超声波使溶液中的气泡产生空化效应而进行除垢的。

本具体实施可以实时地在线显示工业废水中重金属离子浓度和定期对自身监测仪器进行除垢，督促工业中污水的处理，可以有效减少工厂偷排漏排现象的发生，为重金属离子浓度的监测提供客观、准确的一种新型的装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。