摘 要：隨著人們生活水平的提升，人們對生活飲用水的質量要求也逐漸提高。為保證人們能夠飲用安全健康的水源，有關單位做好水質監(jiān)測工作，為人們的生命安全和身體健康提供保障。目前，我國在生活飲用水質量檢測方面存在很多問題，尤其是在水質檢驗中會存在數(shù)據(jù)誤差。本研究詳細闡述了數(shù)據(jù)誤差形成的原因及對應的處理方法，為進一步提升水質檢驗質量提供助力。

關鍵詞：飲用水;水質在線儀表;檢測;誤差

Analysis of Factors Causing Errors in On-Line Instrument Detection of Drinking Water Quality

LI Linna

（Qiqihar Water Resources Center， Qiqihar 161005， China）

Abstract： With the improvement of people's living standards， people's requirements for the quality of drinking water are also gradually improved. In order to ensure that people can drink safe and healthy water sources， relevant units do a good job in water quality monitoring to provide guarantee for people's life safety and health. At present， there are many problems in the quality inspection of drinking water in China， especially the data error in the water quality inspection. This paper expounds the causes of water quality error and the corresponding treatment methods， and provides a detailed explanation for the improvement of water quality.

Keywords： drinking water; water quality online instrument; testing; error

當前，我國存在水資源嚴重污染的問題，水資源直接影響人們的日常生活和切身利益。因此，水質檢驗具有十分重要的意義。在水質檢驗過程中，應確保數(shù)據(jù)準確，進而為防治水資源污染、保障水資源衛(wèi)生質量奠定基礎。然而在實際開展生活飲用水水利建設時，存在數(shù)據(jù)誤差，影響水資源管理。因此，應保障水資源管理準確度，控制數(shù)據(jù)誤差。在采用儀器儀表進行測量和勘探時，受設備、測量人員和周邊環(huán)境因素影響，所測數(shù)據(jù)與實際值之間存在偏差或誤差。其中，在儀表測量中的誤差無法完全避免，但需要高度重視，在監(jiān)測過程中，盡可能避免誤差的產(chǎn)生，通過分析儀器儀表測量找出誤差的形成原因，進一步探討降低誤差的有效方法，為儀器測量提供重要參考[1]。

1 水質檢驗數(shù)據(jù)誤差類型

1.1 可測誤差

在生活飲用水水質檢驗過程中，可測誤差較為穩(wěn)定，而產(chǎn)生誤差的因素通常也是固定的，因此可測量誤差即系統(tǒng)誤差。在誤差校正的基礎上反復測量，這種情況下會導致誤差不斷重復，這種誤差為固定誤差。由于某種原因也會導致不固定誤差產(chǎn)生，如在濃度測量時溶液溶質和溶劑揮發(fā)使水質測量實際濃度以及取樣濃度不同，這種測量誤差可通過標準計算降低。

1.2 偶然誤差

相比可測誤差而言，偶然誤差并不是由于固定因素產(chǎn)生的[2]。例如，在生活飲用水水質檢測時，操作人員沒有按照規(guī)范操作，或受環(huán)境因素影響，可能導致所測數(shù)據(jù)缺乏客觀性和準確性，雖然可通過環(huán)境控制方法降低誤差產(chǎn)生的可能性，但操作人員會存在主觀因素影響導致的誤差，并且正負誤差不統(tǒng)一，這種類型的誤差即偶然誤差。

1.3 過失誤差

在水質檢驗時，過失誤差發(fā)生的概率也較高，過失誤差可以通過采取措施避免。因此，產(chǎn)生過失誤差時應由相應的檢測人員負責。

2 水質在線檢測儀表誤差形成原因分析

2.1 儀表自身誤差

一些在線檢測儀器儀表本身存在一定的測量誤差，通常是以精確度表示誤差范圍及量值，生產(chǎn)廠家提供的儀器說明書中會有對應介紹。如1720E濁度儀以及DKK pH儀器，對這兩種儀器進行儀表測量誤差分析。其中，1720E濁度儀采用福爾馬肼散射法進行水質檢測，該濁度儀的測量量程為0～100 NTU，可采用單點校準法進行儀器校準，在處于0～40 NTU時，具有良好的內線性范圍，可用于低量程水質測量，可分段控制精確度。針對0～10 NTU量程為±2%讀數(shù)值，或0.015 NTU，針對10～40 NTU量程為±5%讀數(shù)值，對于40～100 NTU量程為±10%讀數(shù)值。對于DKK pH儀器，采用玻璃電極法進行pH值測量，該儀器的量程為0～14，采用兩點校準法進行儀器校準，精確度可達到0.01。對于Cl17型余氯設備，采用DPD比色法，該設備的測量量程為0～5 mg/L，可用于自由氯以及余氯檢測，采用單點標準法，準確度達5%，或0.003 5 mg/L[4]。

2.2 在線儀表信號傳輸誤差

對于水質在線檢測儀表而言，一般采用兩種方法進行數(shù)據(jù)采集：現(xiàn)場總線制輸出;通過輸出信號提供模擬信號方式。其中采用總線制儀表進行信號傳輸時，其產(chǎn)生誤差一般可以忽略，而對于4～20 mA

模擬信號傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸時，由于受多種因素干擾，會形成各種誤差。結合對儀表輸入端干擾作用，可將其分為共模和串模干擾，其中串模干擾是疊加與被測信號中的干擾，共模干擾是加在儀表任意輸入端和地的干擾。

3 水質檢驗數(shù)據(jù)處理分析

為保證在生活飲用水水質檢驗中所測數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)接近，要求在水質檢驗時，需要準確計算各項數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)結果，保證所記錄結果具有真實性和準確性。例如滴管液體數(shù)值讀數(shù)過程中，分別記錄4.56 mL、4.58 mL、4.55 mL和4.59 mL這4個數(shù)據(jù)，前3個數(shù)據(jù)可通過測量獲得真實數(shù)據(jù)，最后一個數(shù)據(jù)是估計出來的。因此，最后數(shù)字為無效數(shù)據(jù)，僅前3個數(shù)據(jù)為實際數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析時需進行有效數(shù)字取舍，取舍結果將影響數(shù)據(jù)分析準確性。對于有效數(shù)字如果數(shù)據(jù)中含有分數(shù)或倍數(shù)關系，這種情況下可以選取多個有效個數(shù);如果數(shù)據(jù)第1個數(shù)字大于7，那么僅能選擇一個有效數(shù)字。需要注意的是，為減小誤差產(chǎn)生，一般可通過保留有效數(shù)字的方式降低誤差[5]。

3.1 儀器儀表自身誤差控制

3.1.1 選擇合適的儀表

在水質監(jiān)測過程中沒有合理選擇儀表，將會導致所測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，甚至還會出現(xiàn)長期漂移問題。因此，需合理選擇儀表進行水質監(jiān)測，這對于檢測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準確性十分重要。例如，對于pH儀，在水廠建設時采用P53/PC1R1A型，在設備運行前期所檢測數(shù)據(jù)具有較大偏移，經(jīng)過問題分析，發(fā)現(xiàn)原水電導率較低，導致原水電導率為40～60 μs/cm，電導率對于pH儀選型具有較大影響。對于低電導率的水，應采取純水電極，因此可使用SC200/Dkk儀表，在后期使用時，pH儀表測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。以上泰公司生產(chǎn)的PC3110型pH儀為例進行分析，該儀表配套純水電極，可用于低電導率水質檢測，并可實現(xiàn)連續(xù)性使用，具有良好的穩(wěn)定性，能同時采用一到三點較準法[3]。

3.1.2 儀器鑒定期間核查及儀器比對融合

在線儀器儀表的實際管理中，為檢測儀表準確性，通常需要對儀器儀表所測數(shù)據(jù)與其他化學實驗室測量數(shù)據(jù)進行比較，實驗室檢測儀器應通過具備一定資質的法定機構的檢測，并定期由管理人員進行提前核查，有效控制計量管理風險，保證數(shù)據(jù)具有法定效力。通過核查可保證儀表在使用期間檢測數(shù)據(jù)的安全性、可靠性，通過比較實驗室的數(shù)據(jù)與在線儀表數(shù)據(jù)，能夠提高在線數(shù)據(jù)測量準確性，確保數(shù)據(jù)溯源有效。當前部分水廠配備的在線水質儀表僅具備法定機構強檢資質，但沒有強化過程管理，無法實現(xiàn)對儀表準確度的有效控制。

3.2 信號傳輸誤差控制

3.2.1 減少串模干擾

生產(chǎn)過程儀表執(zhí)行機構以及控制系統(tǒng)間信號傳輸，會導致儀表與設備傳輸受干擾，一旦形成這種干擾，無法有效消除，在布線時，需充分考慮串模干擾問題。在設計時，可采用屏蔽電纜，嚴格做好強弱電分離，有效抑制傳輸干擾的產(chǎn)生。針對后期使用中存在較大干擾的信號，應增加信號隔離器，抑制干擾信號傳遞，盡可能減少信號傳輸誤差產(chǎn)生。

3.2.2 減少共模干擾

不同水質在線檢測儀器均含有接地點，并且大地在不同點間存在電位差，將其與PLC進行連接后，可通過系統(tǒng)形成到地泄漏電流，通過電阻耦合，能夠作用于在線儀表，使其形成共模干擾。經(jīng)過濾后的水在測量其濁度和余氯時數(shù)據(jù)存在較大波動，分析結果發(fā)現(xiàn)，在機柜測接地點與自控系統(tǒng)接地點電位差達到10 V以上。因此，針對兩個系統(tǒng)采取同一點接地進行改進后，能夠恢復數(shù)據(jù)穩(wěn)定。針對信號電纜屏蔽層接地，要求采取單點接地法。目前控制系統(tǒng)設計中，通常在控制系統(tǒng)側進行接地。如果屏蔽層在儀表側和信號輸入端接地，地電位差可通過屏蔽層形成回路，相比屏蔽層來說地電阻較小，因此在屏蔽層會形成一定的電位梯度，可通過屏蔽層與信號導線分布電容器耦合到回路中，但要求屏蔽層單點接地。

3.2.3 合理使用總線制儀表

在水廠進行水質在線儀器儀表使用時，顆粒計數(shù)器應采用總線傳輸方法進行數(shù)據(jù)傳輸，其不會形成傳輸誤差。在傳輸過程中，總線制儀表是通過數(shù)字信號的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，能夠防止傳輸誤差產(chǎn)生，但該儀表成本較高，且要求設定合理傳輸量程。在采用在線儀表進行信號傳輸時，應選擇合適量程，放大測量信號，以減少干擾信號的占比，降低誤差產(chǎn)生。結合實際需求，水廠需要將安裝于不同位置的濁度儀，設置最大傳輸量程，通常需要設置為日常均值5～10倍，不會影響水質濁度測量，同時可顯著降低誤差產(chǎn)生[6]。

3.3 安裝及維護誤差控制

3.3.1 安裝取樣管路

為保證管路中還有持續(xù)流動的水樣，在安裝過程中，需針對取樣泵增加穩(wěn)壓閥或緩沖池，以控制流量。例如對pH儀取樣管路，要求做成U型，保證停水時電極能完全浸沒在水中。pH電極放置在三通管路中，以保證管路電壓與大氣壓一致，通過溢流軟管排出水，可對進水流量進行控制，在安裝余氯儀時，應按照相關說明進行操作，以保證進入儀表壓力可滿足測量需求。

3.3.2 對設備做好日常維護

不同水廠的水質不同，要結合實際情況，制定符合水廠實際生產(chǎn)需求和儀表規(guī)范的規(guī)程。水廠相關負責人員應對在線儀器儀表的維護周期作出詳細規(guī)定。在校驗頻率上，pH儀、濁度儀應每月進行1次校準;在清洗要求上，濁度儀需每周1次清洗，每半月1次驗證;pH儀每月兩次清洗，顆粒計數(shù)儀每周1次清洗，溶氧儀每月兩次清洗。在儀表監(jiān)督過程中，要求班組成員應每天針對水質在線儀器儀表進行巡檢，以觀察儀表數(shù)據(jù)和進出水管路是否正常。同時，相應的管理人員還需要每周對儀器儀表所檢測數(shù)據(jù)與實驗室數(shù)據(jù)進行比對;比對中控室上位機數(shù)據(jù)與儀表現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，保證在線儀表運行規(guī)范及其數(shù)據(jù)可靠。在日常儀表維護過程中，均應保持輸出方式，防止由于清洗校準造成數(shù)據(jù)不準確。采用4 000 NTU標準物質量體，配置為20 NTU標準液進行儀器校準，利用濕態(tài)驗證，結合儀表檢測不同時段水質配置相應的標準溶液，如由于數(shù)據(jù)變化范圍較大，原水濁度儀可配置20 NTU進行標準液驗證。沉淀池水質濁度儀，可配置1 NTU標準液進行驗證。

4 結語

水質檢驗誤差存在可測、偶然和過失3種不同類型的誤差。進行水質檢驗時誤差無法避免，需采取有效方法合理控制誤差。尤其對于水質在線檢測儀表來說，需通過誤差原因分析，進行控制方法探討。在具體使用時，需結合工藝，選擇不同的儀表類型，在儀表日常管理時，分析誤差形成原因并做好儀器控制，在水廠日常比對校準時，結合儀表特點，儀表精度，按照絕對值誤差，合理控制測量精確度。

參考文獻

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作者簡介：李林娜（1970—），女，湖南邵陽人，本科，副高級工程師。研究方向：水資源保護、水質監(jiān)測。