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广普便携式化学色阶识别仪的研制及应用
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1 广普便携式化学色阶识别仪的研制及应用 国网天津市电力公司电力科学研究院,李兴、卢立秋 摘 要:文章分析了多种行业液体色阶分析检测技术存在问题,利用数字化技术研制了广普便携式化学色阶识别仪, 进行了具体的应用测试及计量检定,适用于电力系统中正在使用的近 20 项标准规程中的标准色阶的替代试验方法,推动 了液体比色分析检测技术的发展。 关键词:液体色阶;分析检测;仪器;环境保护 在电力工业、石油化工、食品加工、自来水处理、城市中水处理、环境监测等多种行业中,为了保证产 品质量和过程控制,化验分析项目繁杂数量多,其中大部分分析检验试验项目采用液体色阶试验测试法。以 火力发电厂的电力生产为例,有关标准色阶方法的配制使用测试工作比较多,在电力用油、水质分析与化学 材料验收方面应用广泛。涉及液体色阶检验的项目种类为:运行中变压器油、汽轮机油水溶性酸测定法(比色 法)、石油产品颜色测定法;火力发电厂水汽分析方法之残余氯的测定(比色法)、氧的测定(靛蓝二磺酸钠葡 萄糖比色法); 锅炉用水和冷却水分析方法之硅的测定钼蓝比色法、 铵的测定纳氏试剂比色法, 磷酸根的测试、 水质氟化物的测定茜素磺酸锆目视比色法,铜的测定(新铜试剂比色法)、 水质色度的测定等;液态不饱和聚 酯树脂颜色试验方法、环氧树脂颜色测定方法 加德纳色度法、增塑剂外观色度的测定等 [1]。在这些试验检验 工作中,需要定期配制标准色阶,液体标准色阶有效期比较短,色阶的有效期长的一般为 6 个月,短的为 7 天,色阶反复配制需要消耗和排放大量的有毒有害化学物质,存在液体色阶的反复配制使用,浪费了药品, 导致了化学废液的产生和排放,其结果是不利于环境保护工作;增加化验人员的工作量,严重影响了工作效 率。由于采用人为目视比色,影响检验结果的准确性。虽然也有水质硅、磷等测试用的在线仪表和实验室分 析仪器,但不通用测试较多的项目,需要开发一种广普便携式化学色阶识别仪,该仪器直接将各种标准色阶 溶液转化为固定的数字信号储存起来,利用被测试样品得到的测试数字信号与标准信号做比较,从而得到被 测试品的结果。 1 原理 1.1 理论分析 光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。日光、白炽灯具有连续光谱,连续光谱的光源均有较好 的显色性。理想的自然白光在理论上由红、绿、蓝三种色光构成,三种色光的比例为 1:1:1,光源的红、 绿、蓝三刺激值分别用 X、Y、Z 来表示。某一种颜色的三刺激值可以用颜色识别传感器测量得到。 1.2 颜色识别传感器 自然界有各种各样的颜色,在所有颜色中,除鸟类羽毛由于干涉而产生颜色外,物体对光的选择吸收是 产生颜色的主要原因。在色料(包括颜料、染料、油漆等)制造业中,都是制造具有选择吸收性能的色素,色 料本身不是光源,他们只能将入射光选择地吸收或选择地反射,使透射光或反射光带色彩。根据这一原理, 人们在单晶硅或非晶硅材料上制造两个、 三个甚至四个 PN 结,利用不同结深的 PN 结对不同颜色光吸收系数的 差异进行颜色识别。其中,具有三个以上 PN 结的元件可以同时测得三刺激值,原则上可以得到所有待测色, 这种传感器具有板上信号处理和颜色滤镜功能。 所有三个传感器均建立在带沉积滤色镜的光-电压转换器平台 上,每个传感器设计用于检测三基色中的一种,即红色(R)、绿色(G)和蓝色(B),在颜色测量应用中,可以把

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