在线间歇式浊度仪的研究

水中的浑浊粒子受到光照射时，如其粒度远小于入射光波长(约为入射光波长的1/10～1/20以下)，粒子对光的作用主要是散射。与透射式不同，散射式浊度仪的检测元件与入射光成90°，如图1所示。

式中k为散射系数，h为样品的吸收系数。对式(1)，Ix从I0到IT，x从0到L积分得透射光强IT，公式为
　　

散射光强公式为
　　

从公式(4)可知，散射光与浊度并非严格的线性关系；要使仪器满足2％的精度，需对仪器进行标定。首先以零浊水调整仪器零点，再以100、400、1000NTU的标准水样作三点标定，求出三段的斜率，存入微机。测量时以所测值乘以相应的斜率得出浊度值。

2.1发光光源的选择

光源的稳定性关系到仪器测量的准确性和重现性，直接决定了仪器的整机性能。

选用波长为800nm的红外发光二极管作为光源，并以恒流源稳定光源，以峰值波长为820nm的硅光电池作为光电检测元件，电路如图2。红外LED寿命长、发射光强度稳定，波峰值＞800nm，即使样品浓度很低仍能保证有足够的散射光强度，并且减少色度的干扰，可以测量各种颜色的样品的浓度。

根据测量原理设计了测量电路如图3所示。仪器放大电路选用了美信公司的MAX412芯片构成精密的匹配电路。由于两个硅光电池特性相同，电路相匹配，使得测量光电池和参比光电池的漏电流在电路中相互抵消，电路中的共模信号也得到了抑制，具有较高的共模抑制比。

中央处理器采用了C8051F020。测量信号经放大后由C8051F020片内的交叉开关选通，调节增益后送ADC0进行A/D转换并存储。UART0工作在方式3，UART0 TX和RX分别接C8051F020的P0.0、P0.1，测量的浊度和温度值以UART0串行方式送液晶显示器显示。

在工业现场的浊度测量中，不可避免的有气泡存在，当气泡通过测量光路时散射光强发生波动，造成虚假的高浊度读数，影响了测量的准确性。为了消除气泡的影响，本仪器采用间歇式静态测量法设计了分析流程，如图4所示。电磁阀开通注入待测水样，启动延时程序。延时结束关闭电磁阀，静置水样使气泡逸出，测量水样的浊度。测量结束重新开通电磁阀，排出已测水样并注入新水样。C8051F020单片机的指令执行速度是8051单片机的10倍，因此测量时间非常短，可以满足在线实时测量的要求。浊度检测器底部设有机械搅拌式清洗器，用于光窗的定期自动清洗。

在线间歇式浊度仪的软件系统包括测量子程序、按键处理子程序、串行通信子程序、量程校正子程序、主菜单处理子程序。主程序流程如图5所示。在没有按键按下的情况下，进样阀开注入水样，经延时后，判断定时器T2是否溢出。T2溢出，经过一定时间，对检测器光窗进行自动清洗；反之，程序进入测量子程序。仪器设有主菜单、增加、减少、确定、取消、复位共六个面板控制键。当有键按下时程序进入按键处理子程序，对键值进行判断处理。主菜单键按下时显示主菜单界面，包括测量、历史曲线查询、暗电流校正和量程校正选择。量程校正选择分为0～100NTU、100～400NTU、400～1000NTU三段，以100NTU、400NTU、1000NTU标准水样标定出三段的斜率。