一种水质在线分析仪中减重称量法的滴定控制方法与流程

本发明涉及水质检测，具体涉及一种水质在线分析仪中减重称量法的滴定控制方法。

背景技术：

1、在水质在线检测领域，滴定法是一种常用的定量分析手段，广泛应用于水样中cod、氨氮、总磷等目标参数的检测，其检测精度直接决定水质监测数据的可靠性，进而影响环境治理决策的科学性。目前，水质在线分析仪的滴定控制多采用注射泵开环控制模式，该模式通过预设注射泵的运行时长和转速来控制试剂滴加量，实现水样中目标参数的测算。

2、然而，现有一些注射泵的滴加精度易受管路阻力、试剂粘度变化、泵体磨损等因素影响，导致实际滴加量与预设值存在偏差，进而造成检测结果误差较大，无法满足低浓度水样的精准检测要求，其次，现有滴定系统未设置有效的管路状态监测机制，当管路出现泄露、堵塞等故障时，无法及时发现，不仅会导致试剂浪费，还会造成检测数据失真，影响监测工作的连续性；再者，试剂余量的判断多依赖人工观察，无法实现自动化预判，常常出现试剂不足导致滴定中断的情况，降低了水质在线分析仪的部署效率和运行稳定性。

技术实现思路

1、本发明通过减重称量法实现滴定过程的闭环控制，通过皮重校准、管路初始化、实时重量采集、闭环转速校正等步骤，解决传统注射泵开环控制存在的测量误差大、易受管路泄露影响、试剂余量无法预判问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提供了水质在线分析仪中减重称量法的滴定控制方法，包括以下步骤：

4、包括以下步骤：

5、s1、前期准备：将氧化试剂瓶放置在称重盘组件上，录入氧化试剂瓶及配套连接管路的皮重并进行校准，确定皮重基准后，通过称重盘组件测算出氧化试剂瓶内氧化试剂的净重；

6、s2、管路初始化：在启动滴定流程前，控制蠕动泵运行，将氧化试剂预先填满蠕动泵的整个管路，并清洗消解比色单元，清除溢出的试剂，确保滴定过程中称量值与实际参与反应的试剂量一致；

7、s3、滴定初始记录：仪表进入滴加流程，系统记录称重盘组件当前的重量作为滴定初始重量，随后启动蠕动泵，通过控制蠕动泵的步进电机调节转速，进而调节蠕动泵从氧化试剂瓶抽取试剂的速度；

8、s4、实时称重采集：滴定过程中，称重盘组件以预设采集频率实时检测氧化试剂瓶的实际重量，同步将重量数据传输至水质分析仪的控制系统；

9、s5、间断滴定与反应检测：控制系统控制蠕动泵间断工作，每滴加指定量的试剂后，停止滴加并等待3~5秒，使试剂在消解比色单元中充分反应，随后通过比色传感器检测试剂性状是否发生突变，若未突变则继续滴加，若发生突变则立即停止滴加；

10、s6、数据核算与流程结束：停止滴加后，系统记录当前称重盘组件的重量作为滴定终止重量，通过滴定初始重量与滴定终止重量的差值，测算出本次滴加所用试剂的实际重量，将该实际重量代入预设计算模型，推算出本次水样参数的测量值，完成滴定控制流程。

11、进一步地，在步骤s1中，所述称重盘组件包括称重盘、称重传感器和mcu控制器，所述氧化试剂瓶与蠕动泵的取样管通过软管连接，且该软管连接部分的干扰因素纳入皮重记录；

12、所述称重盘采用304不锈钢材质，用于固定氧化试剂瓶并使试剂瓶重心与称重传感器的测力中心对齐，且根据不同规格的试剂瓶配置对应尺寸的称重盘；

13、所述称重传感器为高精度悬臂梁电阻应变式传感器，量程为1kg，具有200%的过载能力，重复性为0.05%，可实现0.05克的精确测量。

14、进一步地，在步骤s2中，所述管路初始化中蠕动泵的运行时长根据管路容积预先设定，确保氧化试剂完全填满蠕动泵的进液管、泵体及出液管，清洗消解比色单元时采用氧化试剂循环冲洗2~3次，每次冲洗时长为10~15秒，彻底清除消解比色单元内的残留杂质及水分，避免残留物质与滴定试剂发生副反应，进一步保障滴定精度。

15、进一步地，在步骤s3中，所述预设的蠕动泵抽取速度可根据水样中目标检测参数的预估含量进行调节，目标检测参数预估含量较高时，调节步进电机转速使蠕动泵以高速档抽取试剂，目标检测参数预估含量较低时，调节步进电机转速使蠕动泵以低速档抽取试剂，所述高速档转速为10~15ml/min，低速档转速为2~5ml/min，实现滴定效率与滴定精度的平衡，同时，系统记录滴定初始重量后，延迟1~2秒再启动蠕动泵，避免称重盘组件因启动震动产生重量测量误差。

16、进一步地，在步骤s4中，所述mcu控制器内置24位高精度ad芯片，采集速率为40hz，可实现0.01克的高分辨率重量检测，所述mcu控制器内置rs485接口，通过modbus rtu从站协议将实时重量数据传送给水质分析仪的控制系统，控制系统对接收到的重量数据进行滤波处理，剔除异常波动数据，确保重量检测的稳定性，滤波处理采用滑动平均滤波算法，滤波窗口设置为5~8个采集点。

17、进一步地，在步骤s5中，所述蠕动泵的进液口伸入氧化试剂瓶液面以下且接近瓶底，距离瓶底5~8mm，确保能充分抽取试剂瓶内的氧化试剂，减少试剂残留，蠕动泵的出口接入消解比色单元，且出口远离消解比色单元内反应液的最高液面1~2cm，出口端部设置倾斜角度为30~45°的导流口，确保出口滴出的液体全部进入消解比色单元，避免液体飞溅造成的试剂损耗及测量误差。

18、进一步地，在步骤s5中，所述预设采集频率为每秒10次，水质分析仪的控制系统通过该频率实时采集称重盘组件的测量数据，实时监测试剂瓶重量变化，同时，控制系统根据实时重量变化计算试剂消耗速率，与蠕动泵预设抽取速度对应的理论消耗速率进行对比，实时校正蠕动泵的运行转速，确保实际试剂消耗速率与预设速率的偏差不超过±5%。

19、进一步地，在步骤s5中，包括以下分步骤：

20、s51、蠕动泵启动，按预设速度抽取氧化试剂并滴加至消解比色单元；

21、s52、当滴加量达到指定量时，蠕动泵停止工作，所述指定量根据氧化试剂浓度及水样体积预先设定，范围为0.1~0.5ml；

22、s53、静置3~5秒，使试剂在消解比色单元内充分反应，静置过程中控制消解比色单元进行低速搅拌，搅拌转速为50~80r/min，确保试剂与水样均匀混合，避免局部反应不充分导致的终点误判；

23、s54、比色传感器检测反应液性状，所述性状突变具体为反应液的颜色发生明显变化，比色传感器通过检测反应液的吸光度变化判断性状是否突变，当吸光度变化量超过预设吸光度阈值时，判定为性状突变；

24、s55、若未发生突变，返回步骤s51继续滴加，若发生突变，执行步骤s6。

25、进一步地，在步骤s6中，所述滴定初始重量与滴定终止重量的差值为本次滴加所用试剂的实际重量，通过该实际重量结合氧化试剂的浓度参数，推算出本次水样中目标检测参数的含量；

26、所述预设计算模型为：，

27、其中为水样中目标检测参数的浓度，为试剂实际消耗质量，为氧化试剂的浓度，为水样体积，为化学计量比系数。

28、进一步地，在步骤s6中，滴定流程结束后，可通过称重盘组件检测的试剂瓶剩余重量，预判氧化试剂余量是否满足下次滴定需求，同时通过对比滴定过程中试剂瓶重量的实时变化速率与蠕动泵的运行状态，所述重量变化速率的预设阈值根据蠕动泵预设流速、试剂密度预先设定，若蠕动泵处于运行状态但重量变化速率低于该预设阈值，则预判管路存在泄露故障。

29、有益效果

30、采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

31、本发明通过减重称量法实现滴定过程的闭环控制，通过皮重校准、管路初始化、实时重量采集、闭环转速校正等步骤，有效解决了传统注射泵开环控制存在的测量误差大、易受管路泄露影响、试剂余量无法预判问题。