基于ATmega128和μC/OS-II的在線鈉離子分析儀的設計

1 引言

水和蒸汽是熱力系統中的鍋爐、汽輪機、過熱器等設備的重要工作介質。當火力發電廠正常運行時，熱力設備中都有水或蒸汽在流動。水、汽的品質都有規定的指標，一旦水、汽品質的指標超標，就會加速熱力設備的腐蝕、結垢和積鹽。當水汽中攜帶一些含鈉的雜質時，將會導致汽輪機金屬材料的點蝕、應力腐蝕或腐蝕疲勞，這些腐蝕通常會造成重大的經濟損失。嚴重時甚至造成重大事故。鈉離子含量是發電廠水汽品質的重要指標之一。因此，為防止結垢、結鹽，減緩系統中金屬部件的腐蝕。保證系統的安全經濟運行，必須對電廠水汽系統中鈉離子含量進行嚴格監測和控制。

2 測量原理

鈉離子的測量是基于電化學中的電位分析法，由測量電極和參比電極及待測溶液構成原電池。測量電極是對鈉離子具有選擇性的玻璃電極，參比電極的電位保持恒定。當測量電極與參比電極同時浸入溶液后，即組成測量電池對，圖1給出測量電池的示意圖。其中鈉測量電極的電位隨溶液中鈉離子的濃度符合能斯特方程式：

式中：E為鈉電極電位；E0為鈉電極的理論等電位點電位；R為氣體常數，R=8.317 J／(mol．K)，T為溶液的絕對溫度，T=273+t，K；F為法拉第常數，F=9.649×104 C/mol；C為鈉離子的濃度，ppb;f為鈉離子活度系數，對于1 000 ppb以下的稀溶液f≈1。由鈉離子選擇性電極、參比電極以及待測溶液構成測量電池，通過一個高阻抗的毫伏計對被測溶液進行精確的電位測量，從而可直接測定溶液中鈉離子的含量。

3 水路設計

對鈉有選擇性的玻璃電極對氫離子的響應比對鈉離子響應還敏感，所以氫離子是鈉測量時主要的干擾源，要用堿性試劑加以抑制。在對Na+的測量過程中需要合適的水路設計，對水樣進行恒流，堿化。水路設計及工作過程如圖2所示。