水质数据（共7篇）
水质数据 篇1
摘要：水质分析实验室的质量控制是水环境监测工作中的重要环节, 其目的是为了确保监测数据具有代表性、准确性、精密性、可比性、和完整性。本监测站从多年的水质分析实验室质量控制工作的经验出发, 对质量控制体系形成了一套较完整的质控办法, 以便于及时发现分析存在的异常情况, 随时采取相应的有效措施, 从而达到水质分析质量, 以保证质量体系的有效运行。
关键词：水质分析,质量控制,数据评价
引言
检测过程是实验室质量体系运行的主要过程, 影响检测过程的因素很多, 包括人员、设备、环境、检测方法等。检测结果的正确与否, 是质量体系运行中各因素控制好坏的综合反映, 为确保检测结果的有效性, 实验室应制定应有的质量控制程序和质量控制计划, 并按计划组织实施。为了整合资源、节资耗材实验室可以将仪器期间核查、标准物质验证、质量控制结合在一起进行质控, 这样可以达到事半功倍的效果, 现就实验室内、外部质量控制及水质分析数据正确性进行探讨。
1 质量控制的方法
检测结果质量是实验室始终关注的重点, 检测过程是检测机构的质量体系运行的主要过程。为确保检测结果的准确有效, 实验室应有质量控制程序和质量控制计划, 以监控检测工作的全过程。因此, 实验室应经常利用内部手段, 如平行样的测定、空白样品的测定、密码样检测、人员比对、方法比对、仪器比对等验证检测工作的可靠性, 并借助外部力量验证检测能力。在检测过程中, 不是不允许出现问题, 需要发现问题并控制它, 找出原因, 针对原因采取改进措施, 从而提高实验室检测数据的可靠性、稳定性和准确性。
2 常规的质控
常规的质控程序的主要目的是控制测试数据的准确度和精密度。在实验室常用的程序有以下几种。
2.1 平行样品的测定。
平行样又称平行双样, 是指在环境监测和样品分析中, 只包括两个相同子样的样品。采集和测定平行样是实施质量控制的一项有效措施。平行样的测定结果在一定程度上反映了测试的精密度水平。在环境监测中, 采集和测定平行样的百分比应根据样品的批量、测定的难易程度、有无质量控制等进行确定, 测定过程无法避免随机误差, 要减少测定中的随机误差, 增加同一样品的测定次数是非常有效的措施。一般分析通常要求对样品进行平行双样测定。每批水样抽取样品数的10%-20%, 其结果应符合要求。
2.2 空白样品的测定。
空白样品的测定是很重要的, 它可以估计纯水、试剂及每个分析步骤可能带来的问题等。空白为溶剂空白、试剂空白和样品空白。试剂空白是指用纯水代替样品外, 其所加试剂和操作步骤与样品测定的操作步骤完全相同。但试剂空白不能消除样品中可能存在干扰物质的干扰, 所以有时还要制备样品的空白。针对于微生物检测过程中应进行培养基的空白实验
2.3 回收率试验。
加标回收率主要表示分析的准确度。在进行加标回收测定时首先要注意的是加标物质的形态应与待测物质的形态相同。加标样品和样品中待测物浓度应控制在精密度相等的范围内。加标量一般为样品含量的二倍, 如果样品含量已超过校准曲线的中间浓度, 则加标量为样品含量的一半, 加标后总浓度应小于方法测定上线的0.9倍。半微量和微量元素回收率分别应控制在90%~110%和80%~120%之间。
2.4 密码样分析。
密码平行样的密码加标样分析, 在所需分析的样品中, 随机抽取10%~20%的样品, 编为密码平行样或加标样, 这些样品对分析者本人均是未知样品。
2.5 人员比对试验。
用同一方法对同一试样在相同条件下 (包括相同操作、相同仪器、同一实验室和相近时间进行分析) 相继测定结果相互接近的程度。而再现性的定义是同一方法对同一试样在不同条件下 (操作者不同、另一台仪器、不同的实验室和相隔较长时间分析结果) 测定单个结果之间相互接近的程度, 使用再现性进行判断。
2.6 方法比对试验。
除了上述几种校对和检查方法外, 还有方法比较分析;室内互检、外检;质量控制图的绘制等等。
2.7 仪器比对试验。
仪器比对试验效果是一个实验室技术管理水准和操作水平能力的综合体现。可采用标准物质验证、标准曲线的制作、回收率的测量等方法, 针对于两台或两台以上的仪器进行比对。
3 水质分析数据正确性分析
水中各种离子处于相互联系、相互制约的平衡状态中, 利用化学平衡理论如电荷平衡、沉淀平衡等, 对实验结果的有效性分析, 采用此方法进行质控简便快捷、能够及时发现分析中存在的误差和失误。
3.1 溶解总固体和电导率的关系
电导是水溶液电阻的倒数, 水样中可溶性离子越多, 电阻就越小, 电导就越大, 因此水样的电导率和总溶解固体存在一定的相关关系。
3.2 溶解总固体和总硬度的关系。
由于水中主要离子有八种, 其中就含有Ca2+和Mg2+, 因此水样的总硬度<总溶解固体。
3.3 总硬度与钙、镁总量的关系。
总硬度实为钙、镁总摩尔浓度, 但由于其它离子也与EDTA络合, 所以当其它离子浓度较大时, 测得的总硬度应大于钙、镁摩尔浓度之和, 当其它离子很少时, 测得的总硬度近似等于钙、镁摩尔浓度之和。
3.4 水中阴、阳离子摩尔浓度的关系。
由于水中阴、阳离子始终处于一种相互联系、相互制约的关系, 欲要保持水溶液中阴、阳离子电荷平衡, 那么阴、阳离子摩尔浓度总和应大致相等。
4 结论
实验室质量控制绝不仅仅是检测过程的控制, 而是贯穿实验室全部质量活动的始终, 我们在这里探讨的仅仅是针对于实验室内部质控和水质数据正确性的分析, 通过分析可以及时进行自检自查, 发现问题, 以便及时进行整改。
参考文献
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水质远程监测数据采集系统设计 篇2
1 系统设计思路
水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成。水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备, 监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通的。现场监测模块首先通过各种传感器对反映设备工作状态的数据进行采集, 并进行分析处理和判断, 然后将结果数据进行缓存, 通过与单片机相连的显示模块进行显示, 实现即时显示的功能。现场监测采集模块再通过RS485总线与RTU模块相连通讯, RTU内含有专用的GSM模块, RTU先通过RS485总线把测得的数据进行收集, 然后通过人为设定时间, 按时将收到的水质数据通过GSM模块经过GSM无线网络发送短消息给监测中心站, 实现水质远程监测无线传输。水质监测中心作用为数据监听、接收并将其与数据库进行连接, 将数据保存到数据库中, 完成了水质监测中心对水质参数的接收、保存及管理功能。设计思路框图如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 测量模块设计
系统以AT89C52作为主控单片机, 温度传感器直接与AT89C52单片机相连完成温度的测量, 而p H传感器则需要信号调理电路、抗干扰电路和A/D转换电路后能使单片机完成测量, 然后测量结果可以在液晶显示模块即时显示, 然后通过RS485总线传输出去。
2.2 单片机最小系统
系统以AT89C52最小系统为基础, AT89C52芯片为中心, 在RST端口外接一复位电路, 在XTAL1端口和XTAL2端口外接震荡电路, 然后把VCC和EA端口接VCC。这样一单片机最小系统就成功了。此时单片机就能实行基本的功能, 晶振可以为单片机提供时钟周期, 复位电路可以解决重启问题, EA解决了单片机读取内部存储的问题, 最后VCC和GND保证芯片工作。最小系统图略。
2.3 传感器
p H传感器采用复合电极, 玻璃电极作为测量电极, 甘汞电极作为参考电极, 当氢离子浓度发生变化时, 玻璃电极和甘汞电极之间的电动势也随着变化, 这就是复合电极的测定原理。以玻璃电极为指示电极, 银-氯化银电极为参比电极, 将两种电极形成的复合电极插入待测溶液中, 复合电极和待测溶液形成原电池, 复合玻璃电极的两条输出引线分别接原电池正极和负极。依据nernst方程, 原电池的输出电动势与被测溶液p H值之间满足式E=E0+KT (p Hxp H0) 。E为原电池输出电动势, E0为常数, 为与电极材料, 内参比溶液, 内参比电极以及电位有关的电位差, K为常数, 为nernst系数, T为被测溶液的绝对温度, p Hx是被测溶液的p H值, p H0为复合玻璃电极内缓冲溶液p H值。
2.5 抗干扰电路
由于信号放大电路很容易受到其他信号干扰, 主要表现为工频干扰, 对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉, 要去掉49.5~50.5 Hz的干扰就需要一个陷波器。50Hz工频信号对信号采集有很大影响, 必须除去。本设计采用双T有源滤波器来滤除50Hz的工频信号。电路的中心频率:f=1/2πRC。对于f>f0的高频信号, 两个串联的电容C阻抗很低, 信号可经过电容直接传输到运放的同相输入端即Ui=U+;对于f<f0的低频信号, 电容C的阻抗非常高, 信号可经两个串联的电阻R直接传输到运放的同相端即Ui=U+;只有当f=f0的信号输入时, 分别经过两个通道传输:从高通滤波通道输出的电压比输入电压超前一个略小于π/2的相位;从低通滤波通道输出电压比输入电压落后一个略小于π/2的相位。两路传输到同相输入端的电压正好大小相等、相位相反, 相互抵消, 因此放大器输出电压近似为零。
2.6 12位A/D转换
TLC2543是12位分辩率A/D转换器, 在工作温度范围内10μs转换时间, 11个模拟输入通道, 3路内置自测试方式;采样率为66kbps, 线性误差±1LSBmax, 有转换结束输出EOC;具有单、双极性输出。TLC2543是12位串行A/D芯片, 所以模拟信号输入可以只采用一个端口, 本设计采用的是AIN0, 然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了, 其中CLK为输入/输出时钟端。TLC2543是12位串行A/D芯片, 所以模拟信号输入可以只采用一个端口, 本设计采用的是AIN0, 然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了。TLC2543接单片机如图2所示。
3 系统软件设计
主程序中首先对系统的各个参数, 变量, I/O口和串口进行了初始化。通过定时器精确计时产生中断, 每中断一次即启动一次AD转换子程序, 读取各个监测通道的测量信号。又通过调用温度检测子程序对测量值进行温度补偿处理测量信号。最后调用LCD1602显示子程序, 将测量值显示出来。完成了对传感器测量信号的采集、处理和显示的主循环。同时把测得的数据进行保存, 保存的位置为自定义的存储空间, 以便查找使用, 然后通过串口中断把数据发送给了RTU, RTU再发送数据给接收设备, 整体主程序如图4所示。
4 结论
本文系统介绍了水质远程监测数据采集系统的设计方法。水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成, 水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备, 监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通, 实现水质远程监测数据采集任务, 对水质监测工作具有一定的参考价值。
摘要：目前水质问题日益严重, 且水质监测数据单一, 不能很好反映污染情况, 所以设计一个水质远程监测系统可以使水质监测工作系统化、信息化。设计的水质监测系统分为现场监测部分和水质监测中心机房部分。现场监测部分主要是现场水质监测采集模块和远程测控模块。水质监测中心部分就是带有数据记录储存的计算机, 用于保存数据。本设计以水的酸碱度为主, 温度为参考量, 用单片机采集参数, 通过485总线可与远程测控模块相连实现水质远程监测数据采集任务。
关键词：监测,单片机,酸碱度,温度
参考文献
[1]王凯军, 贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京:化学工业出版社, 2001.
[2]郭鹏, 孙玮, 韩璞.基于手机短消息 (SMS) 的远程无线监控系统的研制[J].计算机测量与控制, 2002:506-507.
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水质数据 篇3
1 废水水质监测的重要性
1) 废水水质。由于城市的快速发展, 工业排放的污水和农业生产排放的污水流入水体后, 使水体中的污染物的含量远远超过水体的自身清洁能力, 使得水体的化学性质和物理性质才产生变化, 影响了水的特征, 危害了人类的身体健康, 破坏了生态环境。2) 废水水质监测的重要性。而针对这种被污染的水质, 采取有效的检测措施, 掌握水质的变化情况, 控制水污染的扩大化, 为环境保护和把维护生态平衡提供信息和依据, 对饮用水的水质进行检测和评定, 为人们的身体健康提供帮助。
2 废水水质检测中的误差分析
1) 误差。误差指的是在测量过程中, 测出的数据跟实际数据值之间存在的差异, 叫做测量误差。而这些误差受测量人员、测量手段和测量设备的影响, 同时受测量环境和测量对象的作用, 所以在检测水质中, 同样不可避免出现测量误差, 只能针对具体情况, 采取有效的手段来减小误差, 提高检测质量。
2) 误差的本质特征。测量误差主要是实际测量值跟真值的差异, 分为直接误差和间接误差。在测量中受各种因素的影响, 测量误差不可避免, 而出现错误是可以消除的。
3) 误差术语分析。真值:在测量中真值是一个理想化的概念, 现实中是不存在的, 也无法测出。但在使用过程中, 只能通过大量的测量来求得约定真值, 该数据可以无限的接近于真值, 误差小到可以忽略掉。在实际的水质检测中要想求得真值, 就需要无数次的进行测量, 然后取各个数据的平均值, 作为约定的真值。平均值:平均值在检测中主要涉及到集合品均值、加权平均值和平方根均值等, 在实际情况中可以具体选择。在多次测量中会求得非常接近真实值的数据, 提高测量的真实度。算术平均值可以表示为:
其中n表示为观测次数, x表示每次的观测值。
准确度:准确度是指测定值跟真实值之间的偏差, 反映了系统误差的大小。
3 出现水质检测化验误差的原因
在水质检测过程中需要利用一定的手段, 采用适合的仪器设备对水质进行取样、化验、检测等程序, 所以在每个过程中都有可能出现误差。其中测量时出现的误差有系统误差和偶然误差之分。系统误差是指在受视觉、磨损、刻度、接触力、变形等因素的影响下而产生的误差, 在测量中无法改变。而这种误差可以利用合理的方式和手段来求得数据, 属于可预算的误差类型, 然后采取有效的手段来降低误差的值。
4 水质检测化验中误差的处理
4.1 直接测量误差的处理
在废水水质的检测过程中可以通过间接和直接两种方式来测量数据, 而通过仪器和设备等手段直接测量出来的数据值, 叫做直接测量值。然后通过公式计算的方式, 将测得的数据代入公式后得出的值, 叫做间接测量值。
直接测量值在检测中受单相检测误差和多次测量误差的影响。
1) 单相测量误差, 单相测量误差是由于在测量中对某次检测无法进行测量的重复, 导致测量数据不够精确。处理方式是:通过实际情况来对误差进行修正, 按照设备的说明对误差较小的进行分析和处理;若无法进行计算, 则可以将仪器最小刻度的一半作为最大误差的单相测量值。2) 多次测量误差, 在检测中可以通过多次测量的方式来减少误差, 在条件许可的情况下, 利用数学计算法将多次测量的数据进行计算, 求得最接近的真值。例如:在进行原水浑浊度的检测时, 进行多次测试, 然后可以取其中的十次或者二十次进行计算, 求得其平均值。测量中使用分光光度计来记录度数, 按照平均值的计算公式进行误差分析, 得出无限接近的真值。若在实际检测中发现相关系数为0.98, 则按照试验标准法回收率可达87%~110%, 在线监测的系统回收率达到88%~114%。可以选择建立一元线性回归方程, 根据公式氨氮含量=废水监测相关系数×检测数据+0.09, 结果会控制在有效范围之内。
4.2 间接测量误差的处理
间接测量的数值是由直接测量数值带入公式后求得的, 所以间接测量的误差值不仅受直接测量的数据值的影响, 还会受计算公式的形式影响。同时, 在直接测量值和间接测量值之间存在某中特定的函数关系, 这些关系也会对间接的测量值产生影响。
其中:间接测量算术平均误差的计算必须要考虑各种误差都存在的情况, 因为绝对误差是要相互叠加而求得, 算术平均值中含有差运算、和运算的绝对误差, 其值大小是由绝对误差和直接测量误差相加而得。
因为直接测量误差和间接测量误差中存在较多的运算关系, 其中包括加法、减法、乘法和除法、以及乘方、开方等运算关系, 多产生的误差也会受这些关系的影响。若间接测量值的公式中只包含加减运算, 则需要先计算绝对误差, 在算相对误差;若公式含有开放运算和乘除运算, 则要先计算相对误差, 之后是绝对误差的计算。
4.3 异常误差的处理
在废水水质检测中有时会出现偏离偏差范围的数值, 或者这个数值在多个数值中过大, 影响了整体数据的处理, 则该数值叫做异常误差。对于异常误差的处理主要是通过迪克逊检验、拉布斯检验、肖维涅准则等方式来进行检验和处理, 通过分析后找出整个异常的数据, 将其剔除。例如在进行酸碱度检测时, 会出现最小值和最大值, 出现异常数据, 可以计算算术平均值和标准差的方式来处理该数据。
例如在水质监测中PH的实测数据为:
9.33, 8.35, 8.34, 8.09, 8.26, 8.55, 8.58, 8.36, 7.25等数据。
可以看出最大值9.33跟最小值7.25属于异常值, 选择剔除。然后可以利用公式来计算
5 结束语
水质检测的数据质量受检测设备、检测人员的操作技术、检测手段以及检测环境的影响, 因此, 需要在检测中做好检测数据的误差处理工作, 减少出现的误差值, 提高检测水平。
参考文献
[1]苗艳.废水水质检测化验误差分析与数据处理浅谈[J].科技与企业, 2013.
浅析水质检验中的数据误差及处理 篇4
1.1 系统误差的影响
系统误差又叫规律误差, 它是指在条件相同时对其进行重复测量, 它的影响因素往往是固定不变的。举一个例子, 如果工作人员在称量时忘记对砝码进行调整, 那么砝码可能不标准, 因此在称量时一直使用它的话, 就会出现同样的误差, 这就是系统误差。这种固定的系统误差不仅由一些固定因素影响, 而且也会受到一些不确定因素的影响。像在检测溶液浓度时, 溶液的浓度不是一成不变的, 它可能会随着系统的改变而改变。但是, 我们能够采取一些措施减小误差, 比如可以在密闭空间中进行检测。在水质检验过程中, 出现系统误差的因素分别是分析方法不正确;仪器设备不先进等。
1.2 偶然误差的影响
偶然误差的因素不像系统误差那样一成不变, 也就是说偶然误差在一般情况下会发生变化。在水质检验时, 不但系统的环境比如湿度、温度等会引起误差, 工作人员水质检验的操作过程也会引起误差。但是这种误差会随着周围环境的变化而变化。虽然工作人员的操作无误, 但是这种误差也不会消失, 因为这些影响因素在检验过程中不会轻易地发现。
1.3 过失误差
工作人员的水平和素质存在比较大的区别, 一些素质不高或者没有经验的工作人员在检测时由于种种原因没有遵守相应的步骤而引起的误差, 这就是过失误差。这些因素是能够控制的, 工作人员在检测时应该努力改正自己的缺点进行正确的检测。比如, 当工作人员在检测时要考虑周全, 使用的仪器要干净, 如在仪器中存在杂质, 杂质也参与了该反应的话, 就会对结果产生误差;另一方面, 工作人员在检测时, 取用试剂瓶时, 不注意标签或者不留意的话, 可能会用错试剂, 这样就会导致实验结果与预期结果不否。这需要工作人员在技术方面过硬, 态度方面端正, 然后进行正确的操作和使用。
2 水质检验中误差处理的措施
不管是做什么事难免会出现一些误差, 水质检验也一样, 也会引起各种各样的误差, 最终影响水质检验的结果。因此, 为了将误差减到最小, 就要采取一些相应的措施。一方面提高工作人员的素质, 另一方面引进先进技术和设备。如果依旧存在出现误差的话, 可以对结果用数字化处理等手段进行解决。
2.1 数字处理
在水质检验处理方法过程中可以按照以前检测的经验, 吸取检测其他资源的优势, 进而找出适合检测水质的误差处理办法。在水质检验时, 为了避免人的主观因素导致结果不准确, 可以找三个或三个以上的工作人员读取并且记录数据, 也可以互相学习彼此检测的经验。滴定管是一个比较精密的仪器, 在读数时可能会存在误差, 因此可以采取多读几次求平均值的办法。在读数时由于一些工作人员不能准确读数而造成误差。因此相关部门可以对工作人员进行相关培训。告诉他们在读数时要注意:平视滴定管, 视线与液体凹液面最低处保持相平;读数时可以估读到小数点后两位甚至第三位, 多读几次就会注意到个位、十位甚至百位都是一模一样, 只是小数点后面的数字不同。在多读几次之后, 取其中的中位数作为检测的最终结果即可。
2.2 对结果进行适当地处理
水质检验完成后, 要对实验数据进行分析和处理。在实验结果中会出现一些不正常的数据, 工作人员要对这些数据进行调查, 检查出现这些不正常数据产生的原因, 然后从这个过程中明白检测失误的原因, 并且从中接受教训并吸取经验, 以防再次发生同样的错误。同时也要注意在最后检测结果时不可以使用非正常的数据, 否则会使检测结果误差加大。减小误差的目的就是要使数据更加准确, 更加具有说服力, 因此在水质监测中检测人员要进行多次实验, 并且要保证每一次实验的成功率, 例如可以做五次实验, 但是至少成功四次。在对检测数据进行计算的过程中, 不可以把非正常的数据计算在内, 只需要对其余的数据进行计算, 然后求出均值。进行一系列的计算之后, 如果比值比4小, 那么保留所测数据, 否则找出不合适的数据。检测结果的计算不只这一种方法, 还有其他的方法, 在实际操作中, 具体情况要具体分析。
3 结语
在水质检测过程中由于各种因素的影响, 导致了数据误差出现了许多种。像上面所说的, 系统误差是固定不变的, 偶然误差是可以变化的, 过失误差是可以避免的。处理这些方法通常可以采用数字计算或者对结果进行处理的方法。简而言之, 由于这些误差会造成分析结果与预估结果有很大的差别, 尤其是一些非正常数据。所以, 工作人员要不断提高自身的素质, 端正检测的态度, 提高检测结果的准确度, 这样才能更好地服务于人民。
参考文献
[1]李剑.分析水质检验中的数据误差及处理[J].中国医药指南 (管理教学) , 2013 (9) .
水质数据 篇5
随着沿海经济的高速发展和海洋资源开发利用力度的不断加大, 海洋环境受污染程度日益加剧, 海水水质质量不断恶化, 严重危害到海洋生物生存。我国是水产养殖大国, 海水水质质量直接影响沿海渔民的养殖经济收入。因此, 对于海洋水环境的治理和保护迫在眉睫, 而这一举措的前提是需要获取足够多的海洋水质数据。本设计就是基于这样的时代背景下, 研究海洋水质参数数据采集传输技术, 构建数据采集系统。数据采集系统的工作方式是通过将被测对象参数做A/D转换后送入计算机, 由计算机来实现对信号数据处理。基于Lab VIEW的数据采集系统由硬件部分和软件部分组成。硬件部分依托NI 9219 数据采集卡实现对前端水质传感器的信号采集工作。数据采集软件部分采用NI图形化编程软件Lab VIEW进行相关采集程序的设计。Lab VIEW是一种图形化开发环境, 能够实现信号采集、数据分析、数据处理和信号显示等功能, Lab VIEW软件包含了各种用于数据采集, 信号处理、数据分析的功能模块, 它能够实现数据采集、分析与显示功能集中在同一个开放式的开发环境中。[1]
海水水质检测通常涉及参数主要有:盐度、p H、溶解氧、电导率、水温、无机磷、无机氮 (硝酸盐、亚硝酸盐和氨) 、油类以及一些重金属元素等。本设计考虑海水水质检测的常规参数结合自身实际需求最终选择了对海水水温、PH值、溶解氧、电导率和氨氮量五项水质信息进行数据采集。
2 海水水质采集系统的硬件组成
2.1 NI9219 数据采集卡
本设计选择NI9219 数据采集卡, 它是一款4 通道, 24 位通用模拟输入模块, NI 9219 能够测量传感器中的多种信号, 如应变计、RTD、热电偶、测压元件和其他需要供电的传感器。由于通道接受单独选择, 4 条通道可以分别进行不同类型的测量。测量范围随测量类型而异, 包括±60 V最大电压范围和±25 m A最大电流范围。NI 9219 共有4 个6 端子弹簧端子连接器, 每个连接器可提供一个模拟输入通道。NI 9219 各通道间相互隔离。4 个24 位模数转换器 (ADC) 可同时对4 个模拟输入通道进行采样。NI 9219 可为需要激励输入的模式提供激励电路, 并在每种模式下重新配置ADC和激励电路, 以适应不同传感器类型。实物及通道说明如图1 所示。
2.2 传感器选型
从2000-2014 年中国海洋环境质量公报[3]中我们可以看出:我国每年都要对海水水质质量进行评价, 每年在全海域开展了春季、夏季和秋季三个航次的海水质量监测, 主要的监测参数包括海水中无机氮、活性磷酸盐、石油类和化学需氧量等;同时还在我国管辖海域开展了海洋表层水温和水体盐度监测, 并在部分海域开展了海流监测。海水水质参数的检测在沿海水产养殖中同样至关重要, 海水水质质量健康, 才有利于水生动物正常生长, 降低了水生动物的发病率, 达到可观的养殖效益[4]。通过了解了海洋环境监测的主要海水水质参数和水产养殖的关键参数, 最终本设计方案结合项目需求和现实可行性确定了对海水的水温、含氧量、ph值、氨氮量和电导率五项水质参数进行检测。
2.2.1 温度传感器。温度传感器选用四线制的PT 100 铂热电阻温度传感器。铂热电阻的阻值会随着温度的变化而改变, 其输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系。该温度传感器精度高, 结构紧凑, 功耗低。在模拟量采集的过程中还可以抗外界的电磁干扰, 保证了传感器的可靠性。主要技术参数如下:
测量对象:液体、气体和蒸汽
测量量程:-5℃~60℃
精度等级:±0.5%FS
供电电压:12~36V DC, 标准值24VDC;
输出信号:4~20m A DC (四线制)
2.2.2 含氧量传感器。含氧量的检测选用德国WTW公司生产的FDO 700 IQ含氧量传感器, 利用荧光法测量, 根据水体水质中红光持续时间的长短测试含氧量的浓度。它具有测量精度高、寿命长等优点。使用时对水流速度无要求, 使用过程中无需进行校正。主要技术参数如下:
测量方法:荧光法
测量量程:0~20.00mg/L
分辨率:0.01mg/L
测量精度:±0.05mg/L
输入电源:由IQ Sensor Net供电24V DC
输出信号:4~20m A DC
功耗:0.7W
校正:不需要
2.2.3 PH值传感器。海水水质中的p H值检测选用德国WTW公司生产的PH/ORP Senso Lyt 700 IQ传感器。该传感器内置不锈钢探头, 具有玻璃感测电极, 适用于恶劣的环境下工作, 耐腐蚀。主要技术参数如下:
测试范围:0~14.00p H
输入电源:由IQ Sensor Net供电24V DC
输出信号:4~20m A DC
耐温/ 耐压:0~60℃/bar
电气连接:2 芯屏蔽电缆, IQ专用电缆
功耗:0.2W
2.2.4 氨氮量传感器。海水水质中的氨氮量的检测选用德国WTW公司生产的氨氮测量仪。采用离子电极法测量, 具有自动补偿的功能, 消除了水质中其它干扰离子的影响。该传感器响应速度快, 运行可靠, 维护成本低。主要技术参数如下:
离子电极:1 支参考电极, 2 支测试电极
补偿配置:干扰离子补偿电极
测量范围:0.1~100.0mg/L
测量精度:0.01mg/L
操作温度:0~40℃
输入电源:由IQ Sensor Net供电24V DC
输出信号:4~20m A DC
功耗:0.2W
2.2.5 电导率传感器。海水水质中的电导率检测选用了德国WTW公司生产的Tetra Con 700/IQ
四极式测试技术通过测试两个极板之间电解液的电导 (电阻的倒数) , 之后与电极常数相乘, 得到结果就是溶液的电导率。计算机的任务是把由电导率传感器输出的电流信号进行处理, 之后乘以电极常数, 最后换算成电导率。四极式电导率传感器有两个优点, 第一解决了高电导率测试时的极化难题;第二, 解决了电极污染造成读数不准的问题。
综上所述最终设计的海水水质数据采集系统硬件组成如2 图所示。
3 海水水质数据采集系统的软件设计
3.1 数据采集系统软件设计方案
在完成采集系统的硬件设计之后, 对数据的处理分析用NI公司的Lab VIEW软件实现, Lab VIEW是实验室虚拟仪器集成环境 (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 的简称, 又称为G语言, 是一种新的编程语言。该软件是美国NI公司在1986 年研发的虚拟仪器开发平台, 也是现今应用最为广泛、发展速度最快以及功能最为完善的一款集成图形开发软件。Lab VIEW以图形的形式提供了多种信号分析和处理函数, 可以更加高效的构建虚拟的测量仪器, 实现对数据的分析处理。上位机采用Lab VIEW代替硬件实现数据处理, 那么以后系统升级都不再需要对硬件进行修改, 只需要改善上位机软件即可。本设计数据采集系统软件设计框图如下图3 所示, 接下来本文主要在传感器信号采集程序设计上做详细介绍。
3.2 数据采集模块程序设计
数据采集模块实现采集卡对前端传感器信号的采集工作, 完成了数据从硬件系统到计算机存储模块的转移。本文海水水质数据采集系统利用DAQ助手实现对NI9219 数据采集卡输出的信号进行采集。
3.2.1 数据采集前硬件检查。启动NI MAX, 在measurement&Auto Nation explore界面检查设备和接口是否连接正常, 在软件选板检查NI采集卡、NI-DAQ等驱动程序是否安装成功。如图4所示。
3.2.2 数据采集程序设计。数据采集程序实现对前端数据采集卡输出的模拟信号进行采集。本设计在数据采集程序设计过程中是要是使用DAQ助手实现对采集卡输入的信号进行采集。下面以对溶解氧信号采集为例, 主要设计步骤:
在Lab VIEW软件中, 新建程序框图, 打开函数面板下的测量I/O选板中的DAQmx- 数据采集子选板中的DAQ助手, 将其拖到程序框图中, 系统将自动弹出DAQ助手初始化窗口。在此窗口中我们将要选择采集数据信号的测量类型, 包括一个或多个通道定时、触发等属性的集合。要在DAQ数据采集任务中完成多个测量类型, 必须首先创建具有一个测量类型的任务。任务创建完毕后, 单击添加通道按钮可向任务添加一个新的测量类型。在此窗口中我们选择采集信号的类型, 包括模拟输入、数字输入、计数器输入和TEDS。本次设计溶解氧测量仪输出的是电流, 所以我们选择模拟输入, 电流信号。如图5 所示。
DAQ数据采集测量类型创建完成后, 就要选择前端采集卡的物理通道, 如之前已配置了与任务具有相同测量类型的全局虚拟通道, 单击虚拟栏可向任务添加或复制全局虚拟通道。复制全局通道至任务后, 全局通道将变为一个局部虚拟通道。将全局虚拟通道添加至任务后, 任务将使用实际的全局虚拟通道, 任何对全局虚拟通道的改动都将反映在任务中。如图6 所示。
完成了数据采集测量类型的选择和测量任务通道的分配之后, 就要对采集数据信号进行配置, 包括采集数据信号的输入设置和定时设置。输入设置包括信号输入范围, 电流与被测量的自定义换算以及换算后的单位。溶解氧测量仪输出信号是4-20m A, 所以在信号输入范围的最大值填写20m A, 最小值4m A;在自定义换算新建溶解氧, 填写换算后单位mg/L。如图7 所示。
以此方法步骤分别配置好Ph传感器信号、电导率传感器信号和温度信号。
3.3 数据采集系统程序框图
配置好DAQ助手之后, 利用Lab VIEW图形化编程技术, 完成海水水质数据采集系统的程序框图设计, 程序框图见图8 所示。
结束语
本次设计海洋水质参数数据采集系统, 实现了对海水水温、ph值、含氧量、氨氮量和电导率数据的采集。在硬件部分, 通过NI9219数据采集卡精确高效的完成了对水质传感器信号的采集和向上位机传输传感器信号的工作, 采集的信号质量高, 响应速度快, 基本无响应延迟。在软件部分, 通过Lab VIEW完成对信号采集程序的设计。实验结果证明基于Lab VIEW海水水质数据采集系统具有使用方便, 数据采集工作效率高, 采集到的水质数据精确等优点。
参考文献
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水质数据 篇6
人类生存与发展离不开水,水资源在我们的生活中起着必不可少的作用。中国虽然地大物博,资源丰富,但由于中国人口众多,所以个人分配资源极度贫乏,而且由于经济迅速发展,环境破坏日益严重,水资源的污染问题也非常严峻[1]。一旦水资源出现问题,将严重影响中国国民的生存发展。但是就目前来说,中国水质控制相对比较落后,不能及时发现监测出水质的污染程度、污染情况。随着中国近年由农业国向工业国转型,大量建立工厂、工业产业,污染日益严重。而为了保证用水安全,对水质进行监测十分重要,环境水质分析监测技术可以确定水质被污染的程度。这项技术能够监测和评价一个地区的水资源质量状况的好坏,能够为控制相关工业单位水污染物的排放情况提供支持,因此要注重对环境水质分析监测技术与监测数据的处理。
1 环境水质分析监测技术概述
1.1 环境水质分析监测技术
环境水质分析监测技术主要是监测水的质量,分析造成水质量下降的原因和其中导致这种原因的物质。对水质进行监测,主要是监测水中的有害化学物质,包括有毒物质、重金属污染、悬浮物、底泥等。随着中国工业发展,工业废水排放的问题日益严重,而工业废水严重污染水资源,因此加强对企业排放污水的管理监测也很重要,这时可以通过环境水质远程监测技术来进行这项工作,严格监督企业的污水排放的水质。
1.2 环境水质分析监测技术方法
1.2.1 水质监测的常用方法
在进行水质监测过程中,常用的水质监测方法有重量分析法、滴定分析方法、采样分析法、仪器法、质量法、电化学法、原子吸收法、分光光度法、离子色谱法等。
1.2.2 采样分析法
水质监测包括两方面监测,一是对环境水体进行监测,二是对水的污染源进行监测。采样分析法是指收集水源处的水,对企业污水排放过程和工业设备机械排放的各类废水分别进行采样,将不同地方的水源编上号码,然后使用环境水质测试技术对每处的水质进行监测和观察。在测试之后,会得到相应的数据资料,形成水质质量报告。中国水质监测部门可以根据这份报告对水质的污染类型、水质是否达标等进行相关数据处理。英国根据水质监测技术,制定了工业废水的水质污染指标。
1.3 环境水质监测意义
环境水质监测对整个水资源环境保护、水资源污染控制及维护水资源环境的健康发展有重要作用。
1.3.1 饮用水
日常生活中都需要饮水,水是生命之源,但是如果水中有污染,就会产生很多问题,当水中存在有毒细菌时,很多疾病就会随之而来,例如痢疾、伤寒病、霍乱等。当水中存在大量海藻一类的物质时,水就会变质,会产生臭味,水色也会有差异。所以水资源一旦被污染,那么疾病就会被迅速传播,因此对环境水质监测对保证中国国民能否正常饮用健康水有重要意义。
1.3.2 工业用水
近年来,中国工业发展势头迅猛,随着工业厂家大幅度增加,工业用水也越来越多,但是工业用水存在很多安全隐患,企业有时在这方面会忽略。例如在锅炉用水时,如果水里面含有许多Ca和Mg的硫酸盐,就会导致锅炉产生水垢,既耗费了更多燃料,也容易引起爆炸,对生命安全造成威胁。因此,监测工业用水质量对节约企业生产资本和保证员工人身安全有重要意义。
2 环境水质监测数据处理
2.1 收集有效数据
要收集水质每次监测后的数据,进行有效分类整理,每次对于数据的准确性,要进行考量和分析,确保数据是有参考价值的。当需要再次使用时,保证可以找到数据资料[2]。
2.2 反复验证方法
为了保证数据准确性,获得最精准的数据,需要对水质监测的数据反复抽样,例如在一个地区,可以用不同的监测方法在不同时间取样,获取监测数据,反复验证的方法可以更好地监测出水质中的真实数据。
3 中国环境水质监测技术中存在的问题
3.1 采样单一性
在对水资源的样品取样时,存在采取样品数据不够具有代表性的问题,样品有时是在同一时间段、同一点位和同样的方法进行取样。在对水质环境监测时,要在不同时间段、用不同方法进行样品采样。要事先选取与洗涤装置样品的容器,在样品保存和运输过程中要保证样品不被污染。如果这些做得不够得当,就容易影响水质监测结果。
3.2 监测数据处理的问题
数据的处理直接影响着监测结果的准确性。在数据方面,要遵照“数据修约原则”,否则容易造成测量结果失去准确性。
3.3 监测人员水平参差不起
在水质监测的过程中,操作人员对水质监测技术的操作不够熟练,操作人员操作水平比较低、不够规范,导致水质监测数据会出现较大误差。
3.4 监测管理体系不统一
中国环境水质监测是由很多个部门管辖的,形成了各自为政的局面,每个部门只考虑自己辖区的利益,缺少对全流域范围内的水资源的完整性考虑。而且由于分成众多部门,各职能人员的分工职责不明确,给工作造成困扰。
4 解决对策
中国开始重视环境水质监测工作,但开展环境水质监测工作比欧美等国家相对晚一些。自1973年以来,中国环境水质监测进入新的发展时期,中国水质监测水平也在快速发展。但是中国环境水质监测中仍旧存在许多问题,根据这些问题,找出关于环境水质监测问题的解决对策。
4.1 完善环境水质监测管理体系
监测水质质量是水质监测工作的重要核心问题,准确的水质监测数据是水资源管理工作的基础。因此为了加强水质监测的质量管理水平,就要完善环境水质监测的管理体系,明确不同部门的监测人员的主要职能,明确各部门人员职责,让每个人明白自身职责,同时各个部门之间都需要相互协作配合,保证监测数据的准确性。
4.2 提高监测人员素质
中国在水质监测专业的领域缺乏具备高技术的人才,因此中国要加大资金支持,培养高素质高水平的环境水质监测的技术人员。要对专业知识能力进行培训,可以定期邀请在环境水质领域有重要研究的学者和专家来进行讲座,要明确规章管理制度,明确监测人员的岗位职责。
4.3 公开水质监测信息
公众有知情权、参与权和监督权,水质监测信息需要公开化、透明化。因此水质监测站应定期公布监测数据和分析结果,使水质信息公开化,让公众参与到其中来。这样,当公众遭遇水污染问题时,可及时将监测信息反馈到管辖部门,有效督促主管部门的工作。同时,也能够提高中国国民对政府部门的信任,有利于社会监督。
5 结语
在经济全球化的大环境下,水污染问题日益严重,已经对人民的生命安全问题造成了重大威胁,成为人民身体健康和社会可持续发展的严重阻碍。水是生命之源,是人类赖以生存的基础,为了保障人民的生命安全,改善中国水资源质量,中国需要借鉴国内外的先进经验技术,逐步改良中国环境水质监测技术和监测数据质量的处理水平,加大对水质监测的力度,进一步完善环境水质监测标准体系,对环境水质监测过程中存在的问题进行仔细分析,找寻切实可行的解决方法,这样才能不断提高水环境的监测工作水平。
参考文献
[1]李云,项亮.探讨环境水质分析监测技术与监测数据的处理[J].化工管理,2015(36):211.
分析水质检验中的数据误差及处理 篇7
1 水质检验中的数据误差分析
1.1 固定因素引起的误差
固定因素引起的误差最为常见, 也最有规律可循, 因而又被称作系统误差。此种误差多可在同一系列水质监测工作中反复出现, 且同类误差的产生原因为固定因素。这些固定的影响因素可以使检验工具因素, 也可是环境因素。检测工具引起的系统误差常见于砝码方面, 当进行水质检验操作前没有规范进行砝码校正、反复用砝码称量操作时, 就难免出现称量误差, 用同一未校正砝码称量得出的结果有相同的误差;水质浓度监测环节出现的系统误差则常有不固定的特点, 待检测的标准溶液容易受到环境因素影响, 进而出现体积变化, 体积的变化就会导致标准溶液浓度出现波动, 从而影响水质浓度检测结果, 由于不同的环境下溶液体积变化不同, 因而实际浓度检测结果误差也不固定。
固定或不固定的检测误差都是可以找到原因、找到规律并加以克服的, 称重时的固定误差可通过规范校正砝码而消除或减小, 浓度检测时的不固定误差也可通过避免环境影响而减小, 同时提升检测仪器精确度、规范检测操作, 就能提升检验操作准确度。
1.2 不确定因素引起的误差
此种误差也叫偶然误差。顾名思义, 在水质检验操作中, 存在着一些不固定、无规律可循的影响因素, 包括操作因素及环境因素。此处所指的操作因素不全指错误操作引起误差, 而是在规范的检验操作下, 仍不可避免的误差现象;环境因素也不是指检测环境的变化, 而是在同一环境下的检测结果出现误差。出现偶然误差的主要原因是检测温度、气压、湿度等的波动难以避免, 总会对检测结果造成直接或间接的影响。
各种环境因素及其他因素引起的检测误差有的呈正向变化, 有的朝负向变化, 具体误差方向与检测项目及影响因素本身的特点有关。
1.3 操作误差
此种误差多是由水质检验操作人员实际操作中的失误引起, 这与检验操作人员的检验操作技能掌握程度及综合操作素质等有直接或间接的关联。常见的操作误差如使用不洁的检验器具盛放待检水, 污染待检水或促使待检水质发生变化而直接影响到其检验结果;还可见检验操作中错误使用了检验试剂、试剂添加量错误, 以及对检验结果错误记录、计算等都会直接导致检验误差的出现。另外, 此类误差都具有不确定的特点, 有可能检验结果偏大, 也可能偏小。
2 水质检验中的数据误差处理
水质检验的误差发生可通过规范操作、确定影响因素误差特点总结等方式最大限度避免或降低, 因而在实际的水质检验操作中, 应通过数字处理及结果分析两个方面处理误差, 以为后续工作提供更为可靠、真实的结果。
2.1 检验所得数字处理
在检验结果计算分析过程中, 要结合以往相关检验数据处理经验、借鉴其他类型检验项目相似的误差处理方案, 安排2人以上的工作人员反复对检验数据进行读取、记录、统计, 在读取及记录的同时, 凭借以往工作经验及实践知识快速分析所得数据是否与所检验的项目吻合、是否能够基本反映出检验项目实质。在进行滴定管数据读取时, 就应多次读取、记录, 并注意每次读取数据之时都应保持实现与滴定管中的液体凹面相平, 且从滴定管之上读出的体积数据应保留小数点后2位数字, 而第二位数字应根据以往实践经验相对准确地估测, 不可因为避免误差就省去小数点后第2位数字。在同一标准多次测量中, 就会发现大多测量结果小数点前及小数点后1位数字是相同的, 而小数点后第2为数字存在差异, 依照经验及测量数据处理规范比较多数检验结果无误后, 去中位结果作为最终测量数据。
应当注意的是, 数据读取及记录中, 最后一位数字的估测并不是随意捏造, 也不是引起测量误差的根源, 根据丰富的测量结果及数据处理经验对最后一位有效数字进行准确估测是避免数据误差产生的重要手段。
2.2 检验结果分析处理
当一次测量结果及计算结果不符合逻辑推断、预期结果或与其他几次测量计算结果存在明显差异之时, 就需要对其进行科学分析判断。实际检验操作及结果处理过程中, 必须对异常数据进行多种角度分析判定, 避免对异常值在内的数据取平均值得出的结果出现偏差。工作人员应根据异常数据的偏大、偏小及检测背景、实际操作等情况分析检测及记录过程中异常数据产生的原因, 明确原因后还是要将异常数据废弃, 以免影响最终测量结果。
实际数据检测及记录中, 尽量进行5次以上反复规范检测, 保障有4次测量数据基本可靠、准确, 采用4d法对检测数据进行处理:将得出的异常数据去除之后, 计算得出其余数据的平均偏差d及平均值x, 进而计算出测量数据x与平均值x之间的绝对值, 计算出两组绝对值之间的比值, 当最终所得之比>4时, 去除异常数据, 反之则保留。除此之外, 还有多种误差处理及预防方式, 实际检测分析过程中可灵活根据实际情况选择数据处理分析方式。
3 结语
水质检验中产生的数据误差产生于操作失误、环境因素等, 因固定因素而引起的数据误差具有固定的误差值;不可控因素影响下产生的误差多没有固定的特点, 此种误差也只能通过规范操作、稳定环境降低误差;操作误差有操作不规范引起。工作人员应积极运用现代化的测量检验技术及数据处理知识, 强调检测数据的准确性及数据结果的分析, 提升水质检验数据准确度。
摘要：水质检验工作是资源管理及水文工作的重要部分, 其检验质量及水平直接影响水资源管理水平。新时期的水质检验工作应明确数据处理中的各种固定、不固定误差及操作误差, 充分分析和了解各种误差产生原因及特点, 积极运用现代化的测量检验技术及数据处理知识, 强调检测数据的准确性及数据结果的分析, 突破水质检验的误差瓶颈, 最大限度提升水质检验数据准确性与科学性。
关键词：水质检验,数据误差,误差处理
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