CN101021462A - 重量法全自动固体悬浮物含量多功能在线快速监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重量法的，满足GB11901－89标准的，快速完成测量的，多功能全自动在线悬浮物监测设备。它由水样自动提取系统、自动过滤系统、自动清洗系统、自动干燥系统，自动称重系统，自动中心控制系统、数据传输系统、电源系统组成，还可以在线测定其它物理、化学参数。当需要检测时，中心控制系统让水样自动提取系统提取水样，用样水清洗管道和量水瓶，并把量水瓶充满后交自动过滤系统过滤，用自动清洗系统清洗滤渣后开启自动干燥系统把滤渣烘干，再由自动称重系统自动称重，这些数据交自动中心控制系统计算存储，最终通过数据传输系统把数据送到管理中心。

Description

重量法全自动固体悬浮物含量多功能在线快速监测系统

技术领域

本发明涉及一种液体中固体悬浮物含量和其它物理、化学参数的现场快速测定仪器检测设备。主要用于环境保护、水土保持、生物、医药、化工生产等领域。

技术背景

目前，国家规定的水体中悬浮物测定方法为重量法。具体定义为：“水质中的悬浮物是指水样通过孔径为0.45um的滤膜，切留在滤膜上，并于103~105℃烘干至衡重的物质。”按照国标GB11901-89的要求，完成一个样品的实验室测试，大概需要0.5-1天时间。到目前为止，笔者没有查到国内、外利用重量法实现在线监测的资料。

目前查到最接近的资料有两个：一是美国培安公司生产的实验用的微波水分/固体物快速测定仪，该仪器利用微波快速对水加热的原理，快速干燥样品，并自动对样品称重和判别是否达到衡重的目的，但水样的采取、过滤、样品的清洗、样品的放入和取出干燥设备都由人工进行，达不到在线监测的目的。

另一个接近的设备是由欧洲和美国等国科学家研制的水质浊度/淤泥浓度在线监测仪，例如德国生产的7110-MTF型浊度/悬浮物/淤泥浓度测量系统，它利用90°角散射光原理进行测量，它是这样描述它的工作原理的：″在几个干赫的频率下，两个单色的LET呈脉冲，从两个光电探测器中发出的信号被隔离的转化成对数函数并进行比较分析……它明确的显示了用于测量的反射和捕获光之间的差别，其理论基础是兰伯特一比而定律，反向散射是基于反射光的强度相对于横穿距离和含有浓缩固体的液体介质按指数规律下降的原理，90°NiR光散射是基于Tyndall反映原理，散射光强度与悬浮物微粒的数量成正比。″根据上述描述，我们可以了解到：这类光学仪器是通过建立散射光的强度与悬浮物微粒的数量的函数关系来测定固体悬浮物的含量。为了达到这一目的，在建立监测系统之前，必须建立散射光强度、悬浮物含量(重量)的函数关系，并把这个关系作为稳定不变的标准输入设备，才能达到应用的目的。其应用前提是：水中悬浮物的比重是一个常数。

实际情况是：一个工厂的各个车间排放出来的水中悬浮物的比重是不一样的；一条河流的不同时段，水中固体物质的比重也是不一样的，流速高悬浮比重偏大，流速低悬浮物比重偏小。在采样口比重无规律变化的场合，这种仪器只能确定液体中微粒数量的多少，没有任何测定悬浮物含量的能力，更达不到GB11901-89提出的技术要求。为此，上海得赛、沈阳特赛仪器仪表公司代理的美国IST公司把该类产品：″PLC0.1-0.5；LS-60″严格的定名为″液体微粒计数器″，而不是″悬浮物含量测定仪″。

本发明除了能够进行固体悬浮物的在线监测之外，还要求进行其它物理、化学参数的在线监测，例如降雨、蒸发、温度、浊度、风速的自动监测、水位、流量监测、滑坡活动、位移量的自动监测、泥石流活动量的自动监测、水体中溶解氧、COD、PH、矿化度、TC、TN监测，在有的情况下，还能够进行Ca^-2、Mg^-2、So₁ ²、Na^-1、Hco3^-1等离子的定量分析，自然放射性脉冲数分析等。只有多参数的在线全自动监测，才有利于各参数之间的相互制约和相关关系分析。例如降雨量与污水总量之间的相关关系，降雨量与河流中悬浮物含量的相关关系；降雨量与滑坡、泥石流的相关关系；在同一条河流上游的不同区域，在相同或不同降雨量条件下，产生水土流失量的差异分析，进而分析出重点治理地段；多大流速情况下，流水下蚀作用开始发生作用，造成悬浮物含量增加，多大的流速下，流水以沉积作用为主，造成水中悬浮物减少......等。而具有多功能的全自动悬浮物在线检测设备在各种文献中均没有记载。

本发明严格按照重量法的概念，根据GB11901-89等标准的相关规定设计仪器，它能广泛的应用于任何悬浮物比重变化的场所，且能在十几分钟内完成各种参数测试。

发明内容

本发明的主要目的是研发一种基于重量法的，满足GB11901-89标准的，快速完成测量的，多功能全自动在线悬浮物监测仪。该仪器由如下几大部分组成：

1.水样自动提取系统，该系统由特制的微型水泵、电磁阀、量水器等组成，其主要功能是：自动定量获取真实水样。其中微型水泵扬程应达到五米以上，量水器容积大于100ml。

2.自动过滤系统，该系统由若干微型电机、过滤器、送纸架、除渣杆、渣杯等组成，其功能是全自动送纸、换纸和过滤水样。其中过滤器用纸的过水孔径为0.45um。

3.自动清洗系统：由洁水桶、电磁阀等组成，其目的是对已过滤的渣样用蒸馏水进行清洗，去除渣中残留的可溶性物质。

4.自动干燥系统：利用微波能使水迅速发热的原理对已过滤的渣样进行快速烘干，主要由微波发生器和引风机组成。

5.自动秤重系统：由电子天平和过滤器托架组成，电子天平精度不低于0.1mg，用于称重。过滤器托架是一个可上下活动的装置，只有在秤重时才放在天平上。

6.中心控制系统，由单片机、LED显示、A/D转换器、Flush、RAM，时钟电路，若干I/O扩展口，若干RS232，RS485接口等组成，其目的是对各项设备进行管理和控制，使其按照规定的逻辑，自动协调工作，该系统要有儿套对付不同工作状态的软件程序。该系统除了具备上述功能外，还能进行多种物理，化学参数的自动监测，如温度、湿度、降雨量、蒸发量、溶解氧、COD、PH值、矿化度、位移、水位、流量、风速……等。由于仪器具有多种参数的测试能力，它可以为研究人员提供引起悬浮物含量变化的原因、悬浮物起源地、悬浮物的沉降和搬运规律……等分析资料。

7.数据传输系统。该系统由卫星、光纤或GPRS等无线或有线通讯模式组成，达到数据远程传输的目的，即工作人员只需在办公室，就可立即了解野外现场的各项数据，并对野外现场进行管理。

8.电源系统。设备采用的各类机电设备需要不同功率、不同电压的电源，因此本系统应设置专用的电源系统。该系统可以是220V交流电源，也可以是太阳能、风能、水能等发电设备对蓄电池充电产生的电源。以便适应于偏远地区工作。为此，该系统应该配备变压器、多组整流滤波器、逆变器、DC/DC等设备，电源系统要自带防雷设备。

附图说明

图1是本发明总体结构原理图。(见图1)

具体实施方式

下面结合附图1对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

1.中心控制机设置的采样时间到或接到服务器发出的工作指令，将依次完成如下动作：

2.中心控制机经1口给电机3供电，让托架和过滤器下降到电子天平的称盘上。

3.经2口和3口分别给电子天平和微波干燥器供电，让滤纸上的水份蒸发，经T1时刻后，每5秒称一次重量，如果连续称重5次，重量误差小于0.2mg，视为滤纸已烘干。关闭2口，3口电源。电子天平把称重数据交中心控制机保存。

4.经1口给电机3供电，托架上升，让电子天平不再承受托架和过滤器的重量。

5.中心控制机4、5口，输出功率电源，供微型水泵和电磁阀1工作，水泵抽起来的样水首先用于清洗量水器、送样管道，清洗水经电磁阀1的出口外排到设备外部。T2时刻后，5口停止供电，样水进入量水器，当量水器口有水溢出时，经7口返同一个讯号，让4、5口电源关闭。溢出的水经过盛水器口的溢出口外排到设备外。

6.再经过t3时刻后，量水器口水已停止溢出，通过8口给电磁阀2供电，量水器中的待滤液经电磁阀2和限流阀，逐渐流入过滤器，经t4时段当水过滤完后，经9口给电磁阀3供电，让洁水桶内蒸馏水经电磁阀3、2去清洗量水器和过滤器内的渣，把滤渣中的可溶性盐类带走，按规程几次冲洗之后停止冲洗，关闭8、9口。过滤器出来的水经管道排除设备之外。

7.经过3、6口给微波发生器和风机供电，微波发生器的发射口直接对过滤器发射微波，滤纸和滤渣中的水份，在微波作用下发热蒸发，蒸发出来的水蒸气经风机送出设备之外。经t5时刻后关闭3、6口电源，在微波工作同时，热敏探头监测加热温度，控制其始终不高于105℃，如果高于105℃立即关闭3口电源，低于103℃又开启3口电源。

8.中心控制机经1口给电机3供电，让过滤器托架由悬空的位置下降，全部放到电子天平上，经过t6时段后，经2口给电子天平供电，开始对滤渣称重，再过t7时段后，再次开启3口电源给样品加热蒸发，在蒸发过程中，不断采集重量数据，每5秒由中心控制机进行一次比较，如果连续5次数据均无变化，或数据变化量小于0.2mg，则停止加热，并把数据存入RAM内存。在关闭3、2口的同时，打开6口电源，让引风机把设备内的水蒸气全部抽出。T9时刻后关闭6口。

9.给电机3反向供电，托架恢复到原悬空位置，过滤器和电子天平脱离接触。

10.经8口给电机1供电，让送纸架上升，当带渣滤纸的底部高于过滤器顶部位置，8口停止供电，经10口给电机2供电，托纸盘中心轴转动，带渣的滤纸移动到顶渣杆下方，10口停止供电，再经8口给电机1供电，托纸架上升，在上升过程中，除渣杆与滤纸接触并压迫滤纸，迫使带渣滤纸落如渣杯中，与此同时，一张新的滤纸又位于过滤器上方。

11.经8口给电机1供电，让托纸架下降一个新位置，在此位置滤纸安全放入过滤器中，且送纸架与过滤器完全脱离机械接触。到位后关闭8口。

12.多路A/D转换器，用于测量其它物理化学参数。

13.LED用于显示工作状态和测量数据。

Claims (9)

1.一种重量法全自动固体悬浮物含量多功能在线快速监测设备，其特征在于它由水样自动提取系统、自动过滤系统、自动清洗系统、自动干燥系统、自动称重系统、中心控制系统、数据传输系统、电源系统所构成.

2.根据权利要求1所述的水样自动提取系统，其特征在于一只微型水泵、电磁阀、和量水器组成，在中心控制机管理下，能直接从河道、湖泊、污水沟中定量提取水样。其中量水器容积不得小于100ml.

3.根据权利要求书1所述的自动过滤系统，其特征在于它由若干微型电机、限流阀、电磁阀、过滤器、送纸架、除渣杆、渣杯等组成，在中心控制机管理下，进行过滤、安装滤纸、清除已用过滤纸等工作。滤纸的过水孔径为0.45um.

4.根据权利要求书1所述的自动清洗系统，其特征在于包括一个盛有蒸馏水的洁水桶，一只电磁阀，在中心控制机管理下去清洗量水杯和过滤器中的渣。

5.根据权利要求书1所述自动干燥系统，其特征在于由微波发生器和引风机组成，在中心控制机管理之下，微波让水快速发热蒸发，并被引风机带出设备之外。

6.根据权利要求书1所述的自动称重系统，其特征在于它由电子天平和过滤器托架组成，电子天平精度达到0.1mg，过滤器托架在不称重时与电子天平称重轴脱离接触。

7.根据权利要求书1所述的中心控制系统，其特征在于它由单片机、LED显示器、A/D转换器、flash、RAM、时钟电路、若干I/O扩展口、若干R8232、RS485口组成，能进行多种物理、化学参数的在线监测。

8.根据权利要求书1所述的数据传输系统，其特征在于通过有线通讯设备，例如卫星、光纤、GPRS建立野外机和中心机控制机之间的数据传送。

9.根据权利要求书1所述的电源系统，其特征在于由变压器、多组整流滤波器、逆变器、DC/DC组成，既可用交流电工作，也可用蓄电池工作。