氨氮智能变送系统及氨氮原位高频检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氨氮智能变送系统及氨氮原位高频检测方法。该氨氮智能变送系统包括：氨气敏探头，铵离子敏探头，ｐＨ温度探头，信号调理模块，存储器，微控制器，电源模块以及总线接口模块。本发明专利技术由微控制器根据ＴＥＤＳ存储器存储的ＴＥＤＳ参数以及经过多传感器数据融合，能够计算出水体的氨氮含量以及ＮＨ３－Ｎ含量、ＮＨ４＋－Ｎ含量、ｐＨ值、水温等参数，实现了对水体氨氮含量的长时间在线检测，满足了自动化监测技术的检测要求，且具有测量精度高、稳定性好以及可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水质检测领域，特别涉及一种。
技术介绍
水体的氨氮含量是指以游离态氨NH3和铵离子NH4+形式存在的化合态氮的总量，是反映水体污染的一个重要指标，游离态的氨氮到一定浓度时对水生生物有毒害作用，例如游离态的氨氮在0. 03毫克每升时即能对鱼类造成毒害作用。氨在水中的溶解度在不同温度和pH值下是不同的，当pH值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则铵离子的比例较高。一定条件下，水中的氨和铵离子有下列平衡方程式表示NH3 + H20 O NH4+ + OH- 测定水体中氨氮含量有多种方法，现有的测定氨氮的方法主要有蒸馏分离后的滴定法，纳氏试剂分光光度法、苯酚-次氯酸盐(或水杨酸-次氯酸盐)分光光度法、电极法、光纤荧光法及光谱分析法等。上述方法均存在一些缺陷，比如滴定法的灵敏度不够高，分光光度法化学试剂用量大、步骤繁杂，铵离子电极法易受其它一价阳离子干扰，气敏电极测试水样PH值必须调整到大于11，光纤荧光法技术还不成熟、光谱分析法仪器成本昂贵等，均难以满足现场原位高频检测的需要。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题 本专利技术的目的是提供一种，以解决现有测定氨氮含量的技术灵敏度不高、步骤繁杂以及成本昂贵等缺陷。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种氨氮智能变送系统，包括 氨气敏探头，用于采集水体的氨气(NH3)浓度信号； 铵离子敏探头，用于采集水体的铵离子(NH4+)浓度信号； pH温度探头，用于采集水体的pH值信号和温度信号； 信号调理模块，与所述氨气敏探头和铵离子敏探头相连接，用于将所述氨气浓度信号进行处理生成氨气浓度电压信号，将所述铵离子浓度信号进行处理生成铵离子浓度电压信号，将所述PH值信号进行处理生成pH值电压信号，以及对所述温度信号进行处理生成温度电压信号； 存储器，用于存储TEDS参数； 微控制器，与所述信号调理模块和存储器相连接，用于根据所述氨气浓度电压信号、铵离子浓度电压信号、PH值电压信号、温度电压信号以及TEDS参数计算生成水体的氨氮含量、NH3-N含量、NH4+-N含量、pH值以及水体温度并发送； 电源模块，通过电源管理模块与所述微控制器相连接，用于向所述微控制器和信号调理模块提供供电电压； 总线接口模块，与所述微控制器相连接，用于输出所述微控制器计算得到的水体的氨氮含量、NH3-N含量、NH4+-N含量、pH值以及水体温度。 其中，所述信号调理模块、存储器、电源模块和总线接口模块集成于变送器线路板上，所述变送器线路板密封于防护等级为IP68的接线盒外壳中。 所述信号调理模块包括 三路高阻抗仪表放大器，与所述氨气敏探头、铵离子敏探头和pH探头相连接，分别将所述氨气敏探头、铵离子探头和PH探头的输出信号处理生成相应电压信号； 滤波放大电路，与所述温度探头相连接，用于对所述温度信号进行处理生成温度电压信号。 所述总线接口模块采用RS485总线接口，所述总线接口模块在协议上支持IEEE1451. 2标准。 还包括 电源管理模块，与所述微控制器，信号调理模块连接，用于稳定所述电源模块提供的供电电压，并将供电电压提供给所述微控制器和信号调理模块。 为此，本专利技术还提供了一种氨氮原位高频检测方法，包括 步骤100、采集水体的NH3浓度信号、NH4+浓度信号、pH值信号和温度信号； 步骤200、处理所述NH3浓度信号和NH/浓度信号得到氨气浓度电压信号和铵离子浓度电压信号，处理所述PH值信号和温度信号得到pH值电压信号和温度电压信号； 步骤300、根据所述氨气浓度电压信号、铵离子浓度电压信号、pH值电压信号、温度电压信号以及存储的TEDS参数计算生成水体的氨氮含量、NHfN含量、MV-N含量、pH值以及水体温度。 所述根据所述氨气浓度电压信号、铵离子浓度电压信号、pH值电压信号、温度电压信号以及存储的TEDS参数计算生成水体的氨氮含量、NH3-N含量、MV-N含量、pH值以及水体温度包括 其中，所述步骤300包括 步骤301、对所述步骤200得到的氨气浓度电压信号、铵离子浓度电压信号、pH值电压信号和温度电压信号进行模拟数字转换处理生成数字化的氨气浓度电压信号、数字化的铵离子浓度电压信号、数字化的PH值电压信号和数字化的温度电压信号； 步骤302、根据所述数字化的pH值电压信号和数字化的温度电压信号计算当前水体温度和pH值，再根据所述水体温度和pH值计算出NH3和NH4+在水体的氨氮含量中的权重比例； 步骤303、根据所述数字化的氨气浓度电压信号计算水体中的NH3含量浓度，根据所述数字化的铵离子浓度电压信号计算水体中的NH/含量浓度； 步骤304、分别根据所述NH3含量浓度，所述NH4+含量浓度，以及所述NH3含量浓度和NH4+含量浓度的加权平均值计算出水体的三个氨氮含量； 步骤305、比较所述步骤304计算出的三个氨氮含量，如果误差超过TEDS设定阈值，则转到步骤306，否则，转到步骤307 ; 步骤306、设置传感探头校准标志，提示探头需要校准； 步骤307、根据存储的TEDS参数、当前水体温度、ffl值以及传感探头工作情况，对所述数字化的氨气浓度电压信号、数字化的铵离子浓度电压信号进行数据融合处理，修正水体的氨氮含量、NH3含量和NH4+含量。(三)有益效果 上述技术方案具有如下优点通过对氨气敏电极、铵离子电极、pH电极、温度探头、信号调理模块、变送器电子表格TEDS存储器、微控制器、电源模块和总线接口模块的有效集成，由微控制器根据TEDS存储器存储的TEDS参数以及经过多传感器数据融合计算出水体的氨氮含量以及NH3-N含量、MV-N含量、pH值、水温等参数，实现了对水体氨氮含量的长时间在线检测，满足了自动化监测技术的检测要求，且具有测量精度高、稳定性好以及可靠性高等优点。附图说明 图1为本专利技术氨氮智能变送系统实施例的工作原理示意图； 图2为本专利技术氨氮智能变送系统实施例的结构示意图； 图3为本专利技术氨氮原位高频检测方法实施例流程图； 图4为本专利技术氨氮原位高频检测方法中的校正补偿方法流程图。 其中，1 :氨气敏探头；2 :铵离子探头；3 :pH探头；4 :温度探头；5 :高阻仪表放大器；6 :滤波放大电路；7 :TEDS存储器；8 :微控制器；9 :总线接口模块；10 :电源管理模块；11 :电源模块；12 :氨氮复合探头保护套；13 :保护套流通孔；14 :探头螺旋压帽；15 :接线盒底座；16 :探头密封圈；17 :变送器线路板；18 :四芯电缆；19 :接线盒外壳；20 :接线盒密封圈；21 :电缆线密封圈；22 :电缆螺旋压帽。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 图l为本专利技术氨氮智能变送系统实施例的工作原理示意图，如图l所示，本实施例的氨氮智能变送系统包括氨气敏探头1、铵离子探头2，pH探头3和温度探头4，与氨气敏探头1、铵离子探头2以及pH探头3相连接的高阻仪表放大器5，与温度探头4相连接的滤波放大器6，变送器电子表格(Transducer Electronic Data Sheets,简称TEDS)存储器7，分别与高阻仪表放大器5和TEDS存储器7连接的微控制器8，与微控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨氮智能变送系统，其特征在于，包括：氨气敏探头，用于采集水体的氨气（ＮＨ↓［３］）浓度信号；铵离子敏探头，用于采集水体的铵离子（ＮＨ↓［４］↑［＋］）浓度信号；ｐＨ温度探头，用于采集水体的ｐＨ值信号和温度信号；信号调理模块，与所述氨气敏探头和铵离子敏探头相连接，用于将所述氨气（ＮＨ↓［３］）浓度信号进行处理生成氨气浓度电压信号，将所述铵离子（ＮＨ↓［４］↑［＋］）浓度信号进行处理生成铵离子浓度电压信号，将所述ｐＨ值信号进行处理生成ｐＨ值电压信号，以及对所述温度信号进行处理生成温度电压信号；存储器，用于存储变送器电子表格（ＴＥＤＳ）参数；微控制器，与所述信号调理模块和存储器相连接，用于根据所述氨气浓度电压信号、铵离子浓度电压信号、ｐＨ值电压信号、温度电压信号以及ＴＥＤＳ参数计算生成水体的氨氮含量、ＮＨ↓［３］－Ｎ含量、ＮＨ↓［４］↑［＋］－Ｎ含量、ｐＨ值以及水体温度并发送；电源模块，通过电源管理模块与所述微控制器相连接，用于向所述微控制器和信号调理模块提供供电电压；总线接口模块，与所述微控制器相连接，用于输出所述微控制器计算得到的水体的氨氮含量、ＮＨ↓［３］－Ｎ含量、ＮＨ↓［４］↑［＋］－Ｎ含量、ｐＨ值以及水体温度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李道亮，丁启胜，马道坤，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]