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水体氨氮原位快速检测智能传感器的研制
作者：丁启胜台海江王晓燕来源：《物联网技术》2013年第03期
摘要：介绍了氨氮传感器的检测原理，给出了智能氨氮传感器的结构设计和电路设计方法，重点讲述了氨气敏和铵离子传感器的标定算法以及多传感器数据融合算法，并对其性能进行了测试和分析。该智能氨氮传感器是集成了氨气敏、铵离子和pH温度探头的复合传感器，可以用于实现水体氨氮含量的原位快速检测。关键词：氨氮；智能传感器；快速检测；数据融合中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：20951302（2013）030035050引言水体的氨氮含量是指以游离态氨NH3和铵离子NH4形式存在的化合态氮的总量，是反映水体污染的一个重要指标。含有大量氨氮的废水排入江河湖泊，不仅造成自然水体的富营养化，使水体缺氧，滋生有害水生物，导致鱼类死亡，而且给生活和工业用水的处理带来较大困难。特别是游离态的氨氮到一定浓度时对水生生物有明显的毒害作用，例如大多数鱼类在游离态的氨氮在002mgL时即会中毒。氨在水中的溶解度在不同温度和pH值下是不同的，当pH值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则铵离子的比例较高。一定条件下，水中的氨和铵离子有下列平衡方程式表示：测定水体中氨氮含量有很多种方法，现有的测定氨氮的方法主要有蒸馏分离后的滴定法、纳氏试剂分光光度法、苯酚次氯酸盐（或水杨酸次氯酸盐）分光光度法、电极法、光纤荧光法及光谱分析法等。上述方法均存在一些缺陷，比如，滴定法的灵敏度不够高，分光光度法化学试剂用量大、步骤繁杂，铵离子电极法易受其他一价阳离子干扰，氨气敏电极测试水样pH值必须调整到大于11，光纤荧光法技术还不成熟，光谱分析法仪器成本昂贵等，均难以满足现场原位高频检测的需要。近年来，随着传感技术、计算机技术和通信技术的发展，原本功能比较单一的传感器变送器逐渐过渡到具备一定的数据处理能力，能够自识别、自校正和自补偿，且具备一定的网络功能智能传感器。本文所述智能氨氮传感器采用氨气敏、铵离子、pH和温度四电极复合结构，不需要化学试剂，适用于水体氨氮含量的原位快速检测，并且通过数据融合处理提高了其测量精度。1水体氨氮的原位快速检测原理水体中的氨气和铵离子的浓度与水的离子积常数Kw和NH3碱离解度常数Kb有关，而不同温度下水的离子积常数Kw和NH3碱离解度常数Kb是变化的。通过查表1可以得到0～
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