在线化学仪表测量误差来源分析
何涌1 ，杨健2 ，曹杰玉1
1.西安热工研究院有限公司，陕西西安，710032；
2.华能丹东发电有限公司，辽宁省丹东
[摘要] 本文针对水汽系统在线化学仪表测量误差的来源进行全面的分析并探讨应对措施以减小或消除引起测量示值误差的因素。
[关键词] 在线化学仪表 测量示值误差 检定
[Abstract] The overall summary on the error sources ofmeasurement by on-line chemical instrumentation in
power plants is presented in the paper. Further discuss is focus on themethods which could be used to help
reduction or elimination of the indication-errors.
1 概述
近年来，随着我国大容量高参数火力发电机组的增多，如何保证大容量高参数机组的安全经济运行成为从事发电生产和科研单位面临的重要课题。
大容量高参数火力发电机组对水汽品质要求极高，水汽品质的准确监测是保证机组安全经济运行的必要手段。手工取样分析由于工作量繁重、速度慢等条件的限制而不能及时地反映水汽品质的变化，在线化学仪表成为水汽品质监督的重要手段。如何保证在线化学仪表的准确性便成为问题的焦点。由于相关的国家标准或行业标准的滞后，目前还一直沿用按照实验室仪表校验的方法进行校验，存在着使用环境不同，测量示值误差的来源炯异，相当数量的运行中的在线化学仪表的准确性无法得到保证，实际测量示值误差往往很大而又得不到正确的认识，从而使水汽品质恶化的问题得不到及时发现，参与加药控制的参数严重偏离控制区域，导致发电机组水汽系统发生腐蚀、结垢和积盐，造成巨大的经济损失。本文针对水汽系统在线化学仪表测量误差的来源进行全面的分析并探讨应对措施以减小或消除引起测量示值误差的因素。
2 影响测量准确性的因素
由于大容量高参数火力发电机组热力设备对水汽品质纯度有着极高的要求，而许多在线化学仪表运行在接近仪表自身检测限的区域，从而一些通常看起来非常微小的干扰信号都会导致仪表测量存在很大的误差。在表中列举了主要影响纯水电导率、pH、钠离子、溶解氧等参数测量准确度的因素。

3 测量误差的来源分析及消除措施
清楚了影响测量准确性的因素后，将进一步分析这些因素在什么条件下存在，从而确定误差的来源。被测量水样和测量系统本身以及所有和被测量水样、测量系统相接触的环节（水温、压力、管道材质、空气、离子交换柱、大地、供电电源、环境电磁场强度、环境温度、环境湿度等）都应该列入被检查的范围。

典型的在线化学仪表的运行环境如图所示，分析每一个环节对测量的影响将有助于确定在线化学仪表测量误差的来源。
3.1 测量样品的代表性
确保取样具备代表性，是测量首先必须解决的问题。针对水的液态和气态，水平管道和垂直管道，分别配置不同形式的取样装置 [1][2] 和合适的取样点选择，是确保水样品具有代表性的关键，否则测量出的数据就失去了意义。这些是设计导则、主辅机制造单位或专门的设计咨询机构应该考虑的内容，在这里不多赘述。
3.2 仪表自身的测量性能
灵敏性、准确性、稳定性和重现性是仪表性能的主要技术指标。目前使用的化学仪表绝大部分都是采用成熟的化学测量原理制成的，而电子工业的成熟现状也为化学二次仪表（信号转换、放大、显示等单元）的性能提供了有力的保证。 因此化学仪表的性能主要取决于一次仪表（传感器单元）的性能，同时一次仪表和二次仪表单元接口部分是否存在干扰测量的因素或易受到外界的影响，都直接影响化学仪表的整机性能。
传感器性能的优劣主要取决于采用的材料成分、制作工艺方法和制作过程。例如，应用广泛的pH、pNa 玻璃电极，其性能和玻璃的组成成分、制作工艺和制作过程有着密切的关系[3]，这也就是为什么同类型的仪表、不同的生产厂商制造出的产品有着不同的甚至是比较大的整体性能差异。现行的国家、行业或企业的制造标准虽然对二次仪表单元乃至整机性能作了明确的要求，但对于二次仪表单元和传感器单元的配套条件、适用范围等考虑不够。
随着化学二次仪表的不断地更新换代，而一次传感器单元的更新速度明显滞后，客观上带来更多有关匹配条件等方面的问题。而在这个方面却没有得到足够的重视甚至忽略，很少有关这方面的文献资料也佐证了上述判断。该问题的解决需要生产制造商作出更多的努力，甚至需要在相关的研究单位的配合协作下才能更好地解决。
仪表自身的测量性能的检定通常不考虑实际运行环境的影响因素，而我国现行的国家标准或行业标准均是基于对仪表自身的测量性能检定而制订的。按照这些标准检定在线化学仪表是在不同于仪表运行环境下完成的，对于运行条件下仪表测量存在的真实误差不但无法察觉，而且会对运行和维护单位造成一定的误导作用，以为在线化学仪表经过这样的检定后就不存在测量示值误差。为此，呼吁尽快出台符合现场实际应用环境条件下的在线化学仪表检定的新标准，是在线化学仪表真正发挥其在电厂化学监督中的作用。
3.3 运行环境对在线化学仪表测量的干扰
此处所说的运行环境主要指和在线化学仪表通过各种直接接触的介质、设备等组成的系统，如图所示。在线化学仪表的使用环境对测量有很大的影响。综合考虑整体的系统因素是保证化学仪表测量性能的重要方面，这一点却往往被忽略了。在线化学仪表和其运行的环境组成的系统的每一个环节、每一个装置或设备都可能对在线化学仪表的性能造成影响，多年来火电厂的实际情况也反映出这个问题的严重性。调试单位以及在线化学仪表的维护和使用单位应该在仪表的调试、维护和使用过程中分析并确定测量误差的来源和大小，采取消除或减小造成测量误差因素的措施。
3.4 在线化学仪表检定环境和运行环境的统一
二种环境的统一一致是保证在线化学仪表在运行环境下准确测量的必要条件。如果检定环境和运行环境不同，在线化学仪表表征出的系统误差明显不同，势必影响到测量的准确性。
4 结论
确保在线化学仪表在运行条件下测量准确性的必要条件，除了消除干扰测量的随机的系统因素，如测量池泄漏等，还应该使在线化学仪表的检定环境和运行环境相一致，保证在线化学仪表测量系统误差固定不变，才有可能确定并消除随机的非系统误差。
参考文献
[1] K Anthony Selby, Improve sampling andmonitoring for top water and steam quality, Power
[J] , October,1983
[2] Sheldon D Strauss, Water-treatment control and instrumentation, Power [J] ,may,1988
[3] 中国科学院长春应用化学研究所，分析化学词典（离子选择性电极分析），科学出版
社，1985
作者简介：何涌，男，1964 年出生，硕士研究生毕业，教授级高工，长期从事电厂化学仪表等方面的研
究和管理工作。