散射式浊度测量仪

　　一、引言

　　浊度是水中不同大小、比重、形状的悬状物、胶体物质和微生物等杂质对光所产生效应的反映。浊度不仅是表达水质最重要的物理外观指标,也是考核水处理设备净化效率和评价出厂水水质的重要指标之一。由于供水水质对人民健康生活水平和工业生产质量关系密切,国家建设部在《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中,对水质浊度测量提出了更高的目标要求,尤其要求推广使用测量精度较高的散射式浊度测量方法[1]。

　　近年来,国内制造厂家开发了几种散射式浊度仪,但是由于测量精度低以及不稳定等诸多因素的影响,因此一些经济条件较好的自来水公司都引进了国外浊度仪,以满足测定精度的要求。目前美国HACH公司所生产的RATIO/XR型和2100型浊度测量仪在质量、性能和自动化程度等各项指标上都代表着国际先进水平。为了赶超国际先进水平,我们所研制的散射式浊度测量仪各项技术指标都接近或超过了HACH公司的同类产品。

　　二、仪器原理

　　散射式浊度测量仪的工作原理如图1所示,光源发出的光线经聚光镜1使光源成象于光栏1上,再经聚光镜组2使光线照明水样管。在聚光镜组2和水样管之间放置了一块半透半反镜,以得到一束参考光线,在光轴的垂直位置安放了参考光光电池和散射光光电池。当一束光照射到被测水样时,在90°方向所接受到的散射光强度可用下式来表示[2]:　

　　式中,I0为入射光强度;V为微粒体积;λ为入射光波长;N为单位容积微粒数;K为系数。在满足一定的条件下,可假设λ和V为常数,则IR和I0之比与单位容积微粒的总数成正比,即与浊度成正比:

　　式中,T为水的浊度,K′为另一系数。为此在入射光光强I0不变的情况下,散射光的强度IR与浊度T成正比,这样就可以通过测量散射光的强度IR来求得浊度的大小。

　　三、仪器的设计

　　散射式浊度测量仪是集发光元件、光学系统、光电转换和电子线路为一体的仪器,其中任一部分的不稳定性都将影响到整个仪器的测量精度。

　　1.发光元件、光学系统的设计

　　(1)采用参考光束来消除入射光光强变化对测量精度的影响

　　照明光源光强变化会直接影响入射光的强度,从而使散射光的强度发生变化。仪器所使用的卤素灯,其发光强度除了与电压有关外(可使用稳压电源来解决),还与灯泡的老化、积尘、供电回路的电阻等有关,环境温度也有微弱的影响,这些因素是很难控制的。同时,灯泡、透镜、光栏等的安装位置也会影响入射光强度变化。为了消除这些因素的影响,除了采用稳压电源外,还采用了将入射光分出一路作为参考光束,进行实时补偿。如图1所示,在水样管前放置一块半透半反镜,产生一束与入射光光强成正比的参考光。在信号处理时,用接受到的散射光强度与参考光强度之比作为散射信息,这样就与入射光强度没有直接关系,而只与水的浊度有关。