在线余氯分析仪概述：
余氯是自来水厂的重要指标之一,本文介绍了一种基于电化学电流分析法的在线余氯变送器。分析了余氯仪器的测量原理,传感器电路以及信号处理方法。
余氯分析仪，由传感器和二次表两部分组成。广泛适用于自来水厂，饮用水、游泳馆，工业过程水消毒工艺中次氯酸和余氯浓度的监测，尤其适用于反渗透膜处理工艺中残余氯测定。
水氯化处理被广泛应用于供水系统的消毒,为了保证出厂水在输送过程中不被污染,要求水中保持一定浓度的余氯。我国2001年颁布的《生活饮用水水质卫生规范》规定,“在与水接触30min后,游离性余氯应不低于013mgΠL,管网末梢水不应低于0105mgΠL(适用于加氯消毒)”。
氯的杀菌原理:氯气加入水中后,在几秒钟内很快水解而产生次氯酸,其反应式为:

次氯酸在水中分解为:

-氯的杀菌作用主要依靠次氯酸HClO。根据水中次氯酸与PH值的关系,在较低PH值条件下,次氯酸所占比例较大,因而消毒效果较好。尽管次氯酸根难于直接起到消毒作用,但是由于水中存在次氯酸与次氯酸根的平衡关系,当次氯酸被消耗后,次氯酸根就会转化为次氯酸。继续进行消毒反应。在计算水中消毒剂的含量和存在形式时,次氯酸与次氯酸根都被计入。

天然水体中一般含有少量的氨氮。加氯产生的次氯酸会与氨氮反应,生成NH2CL、NHCL2和NCL3分别是一氯胺、二氯氨和三氯胺(三氯化氮),统称为氨胺。氯胺本身的氧化能力远低于次氯酸,本身的直接消毒作用很弱。但是当水中次氯酸被消耗后,氯胺可以通过逆反应,再生成次氯酸进行消毒。因此在计算水中消毒剂的含量时,氨胺被计为化合性氯。

加入水中的氯量如高于需氯量与结合氯之和时,剩余的氯在水中多以次氯酸和闪氯酸根存在,称为游离(余)氯,或自由性氮。水中余氯的总和为总氯。水中的总氯包括游离氯和氯胺。游离氨包括次氯酸,次氯酸根离子和溶解的元素氯。而氯胺包括一氯胺,二氯胺,三氯化氮和有机氮化物的所有氯化衍生物。
余氯是评价出水水质的重要参数之一。本文研究了一种采用电化学伏安法测量游离性余氯的在线连续测量仪器。
2 测量原理
传感器结构示意如图1所示,传感器采用覆膜式探头,内充满电解质溶液,用一层渗透膜将电解质溶液与被测介质隔离开来。覆膜材料为聚四氯乙烯憎水型,水无法通过覆膜渗透到电解液内,但次氯酸却可以。探头内装三电极,分别为工作电级(Au),反电极(AgΠAgCl)和参考电极,电极浸入电解质溶液内。

对工作电极和反电极施加以恒定极化电压,被
测介质内的次氯酸渗透过覆膜,在工作电极上还原后,产生扩散电信信号。其反应式如下:
阴极(工作电极WE):H++2e+OCl-→OH-+Cl
-阳极(反电极CE):2Ag-2e→2Ag+
根据Ilkovic方程:
扩散电流I=nAFDcΠ/δ

式中:
n———单位面积上交换的电子数量;A———工作电极表面积;F———法拉第常数;D———去极化剂的扩散系数;c———去极化剂的浓度;δ———工作电极和溶液间扩散层的厚度。
可见其电流强度与其浓度成正比例。通过测量此电流值,并经放大器放大后输出标准信号,即可确定被测介质中的游离余氯浓度。

3 电路结构
前置转换放大电路示意图如下图2所示:

为解决信号稳定问题,在传感器上设置一个第三电极和参考电极RE,RE电极的主要作用是控制WE电极和CE电极之间的电位,使其处于某一选定值,R2、R1、C1、IC1构成所谓恒电位仪电路,Vbias为偏置电压。工作电极WE将扩散电流引出,经过放大器IC2放大滤波,再经过CMOS模拟开关CD4053来选择器放大倍数,R3、R4之比严格满足9∶1,使其放大倍数的变化为10倍,从而可以自动切换量程。放大后的信号经AD转换送入处理芯片。

在线余氯分析仪技术参数：

机型 CH-2100

测试项目 CL/pH/TEMP

测试单位 ppm ; mg/l; pH; C

测量范围 依据传感器而定

解析度 0.01ppm/0.01pH/0.1C

精确度 满量程的±1%

再现性 满量程的±1%

数字滤波时间 0～60可选/默认为30

工作环境温度 0~50C

储存环境温度 -10~70C

显示萤幕 液晶显示，自动背光选择

电流输出 两组隔离式0/4~20mA可设定对应CL/pH /TEMP量测范围，负载500

电流输出二 有，同电流输出一 — 有，同电流输出一 —

控制接点输出 RELAY ON/OFF接点，240VAC 0.5A Max.

控制设定 两组独立可编程对应CL或pH设定之HI/LO 控制点

保护等级 IP65

电源供应 100V~240VAC±10%，50/60Hz

安装方式 壁挂式/管路式/盘面式

本机尺寸 144 mm  144 mm  115 mm (HWD)

挖孔尺寸 138 mm  138 mm (HW)

重量 0.8Kg

传感器型号 MCL-01

测量范围 0-10 ppm

工作环境温度 5～60℃

流速 40 l/h

余氯分析仪压力 0~10 bar