用于氨氮检测的反应釜自动控制系统的设计

　第３４卷　第５期

２０１６年５月ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＶｏｌ．３４Ｎｏ．５Ｍａｙ２０１６收稿日期：２０１６０３２４

基金名称：陕西省科学技术研究发展计划项目（２０１４Ｋ０５

０６）；陕西省科技厅工业攻关项目（２０１４Ｋ０５４４）作者简介：秦　刚　（１９６８－），男，陕西西安人，教授，研究方向为电子工程、电子仪器与检测；程　耀　（１９８９－）

，男，河南南阳人，硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程。用于氨氮检测的反应釜自动控制系统的设计

秦　刚１，程　耀１，冯　利１，白文艳２

（１．西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安７１００２１；２．

陕西科技大学理学院，陕西西安７１００２１）摘　要：针对日趋严重的水环境氨氮污染问题，设计一款基于电化学测量的氨气敏电极在线实时自动检测装置。由常规实验方法测量得知，电化学反应条件的自动控制精度对氨氮含量检测结果是至关重要的。反应条件的微小改变会使得检测结果出现很大的误差，偏离真实值。通过最优时间控制算法、模块化

的软硬件设计、

以及常规磁搅拌器的改进，使得改进的反应釜的可靠性和工作效率都优于一般控制系统，缩短自动检测周期，提高测量精度。

关键词：氨氮检测；反应釜；恒温恒压；自动搅拌

中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１２２５７（２０１６）０５００４１０５

Desi g n of Automatic Control S y stem of Chemical Reactor for Measurement of

Ammonia Nitro g en

ＱＩＮＧａｎｇ１，ＣＨＥＮＧＹａｏ１，ＦＥＮＧＬｉ１，ＢＡＩＷｅｎｙａｎ２

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ；

２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）

Abstract ：Ｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｓｅｒｉｏｕｓａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎ-

ｍｅｎｔ，ｗｅｄｅｓｉｇｎａｎｏｎｌｉｎｅｒｅａｌｔｉｍｅａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎａｍｍｏｎｉｕｍｇａｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｅｌｅｃ

-ｔｒｏｄｅｓ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉ-ｔｉｏｎｓｗｉｌｌｍａｋｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｄｅｖｉａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｔｒｕｅｖａｌｕｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏ-ｒｉｔｈｍ，ｍｏｄｕｌａｒｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔｉｓｍａｇｉｔａｔｏｒａｌｌｏｗｆｏｒｈｉｇｈｅｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｏｒｓｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈａｔｏｆａｎｙｏｔｈｅｒｃｏｍｍｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ，ｓｈｏｒｔｅｎｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｙｃｌｅ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．

Ke y words ：ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎ；ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｏｒ；ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｏｎｓｔａｎｔ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ；

ａｕｔｏｍａｔｉｃｍｉｘｉｎｇｓｕｂｓｙｓｔｅｍ０　引言水是人类赖以生存的重要物质，随着经济的快速发展，大量工业废水和生活污水未经处理就被排入河流、湖泊和海洋，水体污染现象不断扩大和加剧，

造成水体的富营养化，富营养化带来水华、赤潮等严重后果。水质氨氮是测定水体环境质量的一

项重要的指标，氨氮浓度过高会引起环境生态失

衡、环境危机。

本课题整体系统是基于氨气敏电极测量的自

动化水质氨氮检测仪，而反应釜作为氨氮反应的容

器，在整个系统处于核心地位，它的好与坏直接关·１４·