氧化电位测试仪的设计

　　我国沿海一带卤水资源十分丰富,近年来卤水化工产业得到迅速发展,山东海洋化工集团溴素厂利用卤水、氯气、硫酸、纯碱等原料,采用空气吹出法生产溴素。由于溴素生产环境恶劣以及技术条件差等各方面原因,目前国内的溴素生产过程仍由人工监控,技术人员在实验室中定时化验生产过程的有关参数(如氧化液的配氯率、酸碱度及卤水的含溴率等),然后根据化验结果,由操作工人凭经验在现场对原料的加入等生产过程进行调整。调整效果如何,要等到下次取样化验时才能得到结论,明显存在调节滞后、原料浪费、产出率不高等问题。为了解决上述问题,我们研制了溴素生产物料调控系统,其中氧化电位测试仪是一个关键的数据采集与监控设备。

　　1　氧化电位测试仪的硬件设计

　　溴素生产包括酸化、氧化、吸收、蒸馏、冷凝等工艺过程,最重要的调节对象为硫酸和氯气加入量,即调节卤水中酸的加入量,控制酸化过程的pH值在3.2~3.8之间;调节氯气的加入量,以控制氧化过程的氧化电位稳定在一定范围内,加入量过大或过小,均会影响溴素的产量。由于生产过程中氧化液的成分复杂,且具有强烈的腐蚀性,在大量实验的基础上,我们选用甘汞电极和铂金电极组成电极对来测量其氧化电位,提高了传感器的使用寿命和测量稳定性。测试仪硬件组成结构如图1所示,主要有氧化电位测量传感器、高阻抗仪用放大器、A/D转换器ICL7135、87C51单片机、LED驱动器ICM7212、LED数码显示电路、与主机的RS-232C接口及与微型打印机接口等组成。

　　1.1　A/D转换电路

　　溴素生产自动控制过程中,对氧化电位的分辨率要求较高,而对采样速度要求较低。ICL7135是高精度41/2位CMOS双积分型A/D转换器,适合系统要求。它抗干扰能力强,提供±20 000相当于14位的计数分辨率,具有双极性高阻抗差动输入、自动调零、自动极性和超量程判别等功能,其输出是动态分时的BCD码。需要外接参考电源和时钟,对外接阻容元件的性能要求较高,外围电路的连接如图1所示。

　　被测氧化电位的正常幅度在900~1 050mV之间,ICL7135采用双极性接法,需双电源供电,V+端接+5V,V-端接-5 V,ANALOG COMMON端接地,被测氧化电位信号经高阻抗、高共模抑制比仪用放大器LM363隔离,从IN LO、IN HI端接入。

　　外接时钟频率选择为125 kHz,此时ICL7135转换速度为3次/s。MAX6120提供+1.2 V的参考电压,调整电位器使参考电压Vref端电压为1.000V,则ICL7135内部计数器计数值=10000×Vin/Vref。

　　RUN/HOLD= 1时,启动A/D开始转换,RUN/HOLD=0,将保持上次转换结果;BUSY是A/D转换的状态输出信号,在A/D转换期间变成高电平,转换结束后变成低电平;当输入电压为正(INHI端电压高于INLO)时,POL端输出高电平,超量程时OVERRANGE端输出高电平;D1~D5是输出“位标志”,B1,B2,B4,B8为输出的四位BCD码值。