I.功能和性能

 1. 基本概念描述
      余氯分析儀210系列采用一個負(fù)極和一個正極構(gòu)成的自發(fā)測量室，其間充滿取樣水。這種測量方法稱為電解法。此方法已經(jīng)使用了50多年了。
如以下描述，此測量室能用來測量自由氯、總氯、二氧化氯以及其他氧化劑的濃度。某種化學(xué)物質(zhì)在測量室中產(chǎn)生一種與其樣水濃度成比例的電流。這種電流由210系列監(jiān)測器的電路板讀取并操作。取樣水以控制了的速率不斷地流經(jīng)測量室。溫度傳感器用來補(bǔ)償溫度變化造成的信號波動。取樣水的pH值通過手動輸入軟件，進(jìn)行pH補(bǔ)償；或者通過一個pH緩沖劑投加系統(tǒng)來控制取樣水中的pH值。
此分析儀也配備一個PID控制程序，可根據(jù)需要選擇使用。此程序可接收4-20 mA比例模擬信號，并使用分析儀產(chǎn)生的余氯信號。這個控制程序可作為比例(流量)、設(shè)定點(余氯)或PID(復(fù)合環(huán))控制。
 

2．自發(fā)電極理論

       純凈水具有比較低的傳導(dǎo)性。然而，離子化物質(zhì)的存在卻增加了傳導(dǎo)性。如果兩個電極浸入到一種獲得電子就可還原的化學(xué)物質(zhì)（離子）溶液中，這種物質(zhì)就能移向能從負(fù)極接受電子的負(fù)極。為了平衡這種電子流（電流），在正極表面必須同時發(fā)生氧化反應(yīng)（一種可氧化的物質(zhì)以同樣的比率失去電子）。

       隨著這種反應(yīng)在每個電極表面發(fā)生，可還原/可氧化物質(zhì)的局部濃度下降，從而引起局部濃度傾斜。這種濃度傾斜的結(jié)果，是使多余的這些物質(zhì)向電極擴(kuò)散。這種這些物質(zhì)向電極擴(kuò)散的速度稱為到達(dá)比率。測量室中產(chǎn)生的電子流與電極處可還原/可氧化物質(zhì)的到達(dá)比率是成比例的。隨著這些物質(zhì)濃度的增加，到達(dá)比率也增加。同樣，隨著溫度上升，一定濃度下的到達(dá)比率也上升。給予一些溫度補(bǔ)償后，所以電流就是物質(zhì)濃度的一種指示。電流通過電連接正負(fù)極來讀取。

3.  氯化學(xué)
當(dāng)氯氣溶解中水中的時候，它通過以下反應(yīng)來形成次氯酸:
氯氣:  Cl2
    
 Cl2 + H2O        HOCl + HCl
 
次氯酸鈉:  NaOCl
NaOCl + H2O       HOCl + Na⁺ + OH^－
 
  次氯酸鈣：Ca(OCl)2
Ca(OCl)2 + 2H2O       2HOCl + Ca⁺ + 2OH^－
 
次氯酸是一種弱酸。它部分分解為氫離子和次氯酸離子，如下：
HOCl       H⁺ + OCl^－
 
分解的程度依賴于PH值和溫度。不考慮溫度，PH值小于5時，次氯酸實際不分解，為零；PH值大于10時，次氯酸實際上100%分解了。圖1顯示了在幾種溫度下的分解曲線。次氯酸和次氯酸離子總稱為游離有效氯。
當(dāng)氨氮存在于水中，根據(jù)以下反應(yīng)式，一些或所有的游離有效氯會轉(zhuǎn)變成氯胺化合物：
NH3 + HOCl      H2O + NH2Cl(一氯化胺)
NH3 + 2HOCl     2H2O + NHCl2（二氯化胺）
NH3 + 2HOCl     3H2O + NCl3(三氯化氮)

所有的氯胺化合物稱為“結(jié)合性有效氯”。同樣，所有的游離有效氯和結(jié)合性有效氯稱為“總有效氯”。

 

 4．測量化學(xué)
游離（自由）氯測量：如上所述，自由氯是次氯酸和次氯酸離子的總和。在余氯分析儀210系列中，次氯酸是一種可還原的物質(zhì)。所以，測量極能用來測量次氯酸的濃度。
這個測量，通過兩種方法中的一種就能測定出游離氯的濃度。
在這兩種方法的討論中，要參照圖1。
第一，注入一種酸性緩沖溶液到樣水流中，以降低PH值到5以下，從而使所有的游離氯都處于次氯酸的形式。
第二，通過軟件，PH值和溫度測量來持續(xù)測定次氯酸分解的程度。然后，分解

值瞬時程度與次氯酸濃度測量相連接，以測定游離氯的濃度。這種方法被稱為是“PH補(bǔ)償”。

 

這種方法在負(fù)極表面的反應(yīng)式如下：

HOCl + 2e^－         Cl^－ + OH^－

總氯測量：如上所述，總氯被定義為游離有效氯和結(jié)合性有效氯的總和。結(jié)合性有效氯物質(zhì)在210系列的測量室中是不可還原的。所以，必須采用以下的技術(shù)來測量。

總氯測量：如上所述，總氯被定義為游離有效氯和結(jié)合性有效氯的總和。結(jié)合性有效氯物質(zhì)在210系列的測量室中是不可還原的。所以，必須采用以下的技術(shù)來測量。

     第一，將碘化鉀（KI）注入到取樣水中，使所有包含總氯的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成氯化鉀（KCl）。然后，測量極以測量次氯酸濃度相同的方式測量氯化鉀濃度。因為氯化鉀濃度與總氯濃度是成比例的，測量氯化鉀濃度也就是測量總氯濃度。相關(guān)反應(yīng)如下：

 

剩余游離氯：

2H + 2HOCl + 2KI        I₂ + 2KCl + 2H₂O

 

剩余結(jié)合性氯：

3H₂O + 2NH₂Cl + 2KI      2KCl + I₂ + 2NH₄OH + ¹/₂O₂

2H₂O + NH₂Cl + 2KI       2KCl + I₂ + NH₄OH + ¹/₂O₂

5H₂O + 2NCl₃ + 6KI       6KCl + 3I₂ + 2NH₄OH + 1.5O₂

 

     第二，為了防止次氯酸或氯化鉀的任何分解，PH值必須降低到4.0到4.5之間。

 

5.  基本規(guī)格
溫度范圍：0-50℃（32-120 F）
樣水流量：500毫升/分 /  13 加侖/分（GPM） /  8 加侖/小時（GPH）
樣水水壓：5磅/平方英寸（0.3 bar）進(jìn)水口最大值
樣水供給：持續(xù)供給。電極必須在清水中保持濕潤。
反應(yīng)速度：從樣水進(jìn)入到余氯值顯示只需4秒。滿量程余氯值變化為90-120秒。
取樣水：  金屬離子或某些阻蝕劑可能影響分析儀的操作。
范圍：    0-0.1 到 0-20 毫克/升微（PPM）。 范圍可調(diào)節(jié)。
電源消耗：最大10W
電源要求：120 VAC，50/60Hz 或240 VAC，50/60Hz 取單一狀態(tài)
精確度：  0.003毫克/升 或 范圍的+/-1%，取較大值
靈敏度：  0.001 毫克/升(1 ppb)
 
輸出信號：4-20mA模擬量（余氯、pH、溫度或控制）
數(shù)字輸出通道：  RS-232
PH傳感器輸入： 包括在內(nèi)。
溫度傳感器輸入：包括在內(nèi)。

繼電器接觸： 10Amps @ 120 VAC 或　240 VDC 抗負(fù)荷，5Amps @ 240 VAC, 抗負(fù)荷。

 

試劑要求：
自由氯（有PH補(bǔ)償）：無
自由氯（無PH補(bǔ)償）：PH緩沖劑或CO2氣體
總氯：    PH緩沖劑或CO2氣體和碘化鉀
二氧化氯：PH緩沖劑和氨基乙酸（糖膠）
氯化溴：  PH緩沖劑或CO2氣體和碘化鉀

碘：      PH緩沖劑或CO2氣體

 

II．系統(tǒng)部件描述

    這部分參照圖2。

 

  1．測量室：

            測量電極由一個金負(fù)極和一個銅正極組成，并裝配在一個PVC板上。電極形如同軸圓筒。負(fù)極是里面較小的圓筒，正極是外面較大的圓筒。取樣水注滿了電極間的空隙并持續(xù)向上流動。具體電化過程的描述可見以上部分I。余氯分析儀210系列也采用一種持續(xù)電極清洗方法。目的是為了測量讀數(shù)一致，保持電極表面清潔。電化過程也會導(dǎo)致正極表面的化學(xué)沉積。這種持續(xù)清洗方法也能清除這些沉積。清洗由充斥兩極之間的200個直徑為3/16英寸的PTFE清潔球來完成，清潔球由一個旋轉(zhuǎn)馬達(dá)來驅(qū)動他們在環(huán)形空間中進(jìn)行持續(xù)運(yùn)動。這些清潔球和電極需要進(jìn)行周期維護(hù)和更換，如以下部分6所述。

 

   2．溫度探針
            溫度調(diào)節(jié)器用來持續(xù)測量取樣水的溫度。余氯分析儀210系列能顯示溫度，并進(jìn)行數(shù)字傳輸。軟件中也用它來進(jìn)行信號操作，其原因如下二點：
            因熱擴(kuò)散作用進(jìn)行溫度補(bǔ)償：如以上部分I所述，電極表面的到達(dá)比率依賴于取樣水的溫度。如果正在使用設(shè)備的當(dāng)?shù)厮疁厥浅掷m(xù)不變的，那這個補(bǔ)償是沒有必要的。然而，如果樣水溫度經(jīng)歷了重大波動，原信號就會受影響，為確保讀數(shù)精確，通過軟件進(jìn)行溫度補(bǔ)償，則是有必要的。

為在PH補(bǔ)償中使用：如部分I所述，如果不用PH緩沖劑來維持測量極的PH值低于5.0，那為了測量精確，PH補(bǔ)償是有必要的。

 

   3．可選的化學(xué)試劑投加系統(tǒng)
余氯分析儀210系列能安裝一個機(jī)械驅(qū)動的試劑投加系統(tǒng)?；瘜W(xué)試劑溶液通過機(jī)械系統(tǒng)以一控制比率注入，這個系統(tǒng)由驅(qū)動測量室中清潔球的馬達(dá)來驅(qū)動。部分I.5中略述了各種不同的試劑溶液，它要根據(jù)不同的目標(biāo)測量物質(zhì)和測量方法來定。如果適當(dāng)操作，試劑投加系統(tǒng)應(yīng)該以24小時3/4英寸到11/8英寸（20到30MM）水平變化的比率來投加溶液。