CN103744445B - 一种流通式自清洗pH测量控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流通式自清洗pH测量控制装置及方法。本发明的装置包括pH值测量清洗器、信号匹配器和主控机；所述pH电极的输出端通过信号匹配器与所述主控机连接；所述主控机的超声波电信号通过电缆输入到所述超声波换能器。该方法包括清洗步骤：所述嵌入式计算机周期性控制所述超声波信号发生器开启对所述pH电极进行清洗，或者根据pH电极发出的电压信号控制所述超声波信号发生器开启对所述pH电极进行清洗。本发明克服了清洗过程测量数据中断，无PID控制功能，空气静压法清洗效果不理想，毛刷配合清洗液清洗方式结构复杂、故障多，清洗过程需要加入化学清洗液破坏被测溶液，被测溶液断流易将电极暴露在空气中损坏电极等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及pH测量控制装置及方法，更具体地说就是一种对溶液内pH值进行测量、控制和对pH电极自动清洗的装置及方法。
背景技术
流通式pH测控清洗仪表是用于有色金属湿法冶金工艺中，对管道内的液体进行pH测量的仪表。目前，现有的能够实现自动对电极清洗的流通式pH计，清洗方式采用压缩空气吹扫、机械毛刷清洗配合化学试剂清洗等方式，压缩空气清洗时，执行机构将pH计拔出，压缩空气通过清洗喷嘴，吹扫玻璃电极敏感球泡，实现清洗，这种方法，对于进行清水垢等液体，有一定的效果，但是对于湿法冶金过程中金属盐类结晶物和矿浆形成的污垢，清洗效果不佳，第二种清洗方式采用机械毛刷配合化学试剂清洗的方法，清洗时，用执行机构将电机拔出，喷嘴喷射化学试剂，配合机械毛刷对玻璃电机敏感球泡进行清洗，这种方式虽然能够实现对电极清洗，清洗效果也比较好，但是这种方式机械结构复杂、故障率、清洗过程测量数据中断、化学清洗液破坏被测介质组份造成产品质量下降和清洗需要大量的清洗剂，检测成本高等缺陷，另外，可见的自动清洗pH仪表仅能测量，不具备自动控制，需要实现自动控制，需将测量信号送入调节仪表和控制系统实现自动控制。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种流通式自清洗pH测量控制装置及方法。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种流通式自清洗pH测量控制装置，其特征在于，所述测量控制装置包括pH值测量清洗器、信号匹配器和主控机；其中，
所述pH值测量清洗器包括外壳体，该外壳体内部分为上部区域和下部区域，在所述外壳体的侧面分别设有进液管和出液管，在所述外壳体的顶部插入有pH电极；所述上部区域内设有测量池，该测量池与所述外壳体之间形成溢流池，所述进液管插入所述测量池；所述下部区域内设有超声波换能器；
所述pH电极的输出端通过信号匹配器与所述主控机连接；所述主控机的超声波电信号通过电缆输入到所述超声波换能器。
根据上述的流通式自清洗pH测量控制装置，其特征在于，所述主控机包括直流电源转换器、嵌入式计算机、超声波信号发生器、触摸屏、接线端子排；所述直流电源转换器将交流电转化为直流电为所述嵌入式计算机、超声波信号发生器、固态继电器、触摸屏、信号匹配器供电；所述嵌入式计算机用于控制所述固态继电器的开启或关闭，进而控制所述超声波信号发生器的开启或关闭。
根据上述的流通式自清洗pH测量控制装置，其特征在于，所述嵌入式计算机周期性控制所述超声波信号发生器开启，或者根据pH电极发出的电压信号控制所述超声波信号发生器开启。
根据上述的流通式自清洗pH测量控制装置，其特征在于，所述接线端子排连接有pH值信号电缆、控制信号输出电缆，所述pH值信号电缆连接到其它的仪表和控制系统，所述控制信号输出电缆连接到调节阀或执行机构实现pH值自动调节。
一种使用上述的流通式自清洗pH测量控制装置的进行测量控制的方法，其特征在于，该方法包括清洗步骤：所述嵌入式计算机周期性控制所述超声波信号发生器开启对所述pH电极进行清洗，或者根据pH电极发出的电压信号控制所述超声波信号发生器开启对所述pH电极进行清洗；以及，
pH调节步骤：通过触摸屏25给定控制目标值SV，与测量到的pH值也就是MV值进行PID运算，运算后的信号，通过所述嵌入式计算机模拟量输出端口AQ02+和AQ02-两个端子输出并连接到接线端子排的MV+和MV-端子，并通过连接在端子上的电缆将控制信号发送到调节阀或执行机构实现pH值自动调节。
本发明的有益效果：本发明克服了清洗过程测量数据中断，无PID控制功能，空气静压法清洗效果不理想，毛刷配合清洗液清洗方式结构复杂、故障多，清洗过程需要加入化学清洗液破坏被测溶液，被测溶液断流易将电极暴露在空气中损坏电极等缺点，为湿法冶金过程PH测量、控制和电极自动清洗提供了准确可靠的控制仪表。
附图说明
图1本发明装置的结构图；
图2主控机机箱内布置接线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的测量控制装置包括pH值测量清洗器4、信号匹配器15和主控机30三大部分。
pH值测量清洗器4包括外壳体，外壳体内部分为上部区域和下部区域，在外壳体的侧面分别设有进液管3和出液管7，在外壳体的顶部插入有pH电极12；上部区域内设有测量池5，测量池5与外壳体之间形成溢流池8，进液管3插入测量池5中；下部区域内设有超声波换能器。
被测液体通过测量清洗器4上的取样法兰2进入进液管3，进液管3与测量池5连通，液体充满测量池5后，溢至溢流池8，溢流池8一端与出液管7连通，另一端焊接法兰6用以连接出液管道，液体从出液管7流出。测量清洗器上部安装法兰10与测量清洗器4焊接连通，安装法兰10对接电极固定法兰11，pH电极12固定在电极固定法兰11中心，pH电极12测得pH电压信号和温度信号，由5芯屏蔽电缆13通过电极信号匹配器15上的电缆密封头14对应连接到信号输入端子16，信号经过1:1放大，将信号阻抗从10KΩ转换为500Ω，从连接到输出端子17的7芯屏蔽电缆19通过主控机30的电缆密封头23接入主控机13内接线端子排31上，主控机30接受测量信号，进入嵌入式计算机27进行PH转换后，用串口将数据传输到安装在主控机30前面板上的触摸屏25显示，同时，嵌入式计算机27将pH值转换为4-20mA仪表标准信号连接到接线端子31,将pH值信号通过连接到端子31的信号输出电缆23传输到其它仪表和控制系统。仪表的清洗方式采用两种清洗方法，一种为定时清洗，清洗原理为通过触摸屏25为嵌入式计算机设定清洗时间间隔和清洗时间，嵌入式计算机27计时程序到清洗周期，发出清洗信号，接通主控机30内的固态继电器28，使超声波信号电路板29得电，发出超声波电信号，信号连接至接线端子31，用电缆20将超声波电信号传输到测量清洗器超声波换能器9，超声波换能器9发出超声波，将超声波传播到测量池5内被测液体中，传播时的声压剧变使液体发生强烈的空化和乳化现象，每秒产生数百万计的微小空化气泡，这些气泡在声压作用下急速地大量产生，并不断地猛烈爆破，产生强大的冲击力和负压吸力，使附着在PH玻璃电极12敏感球泡上的污垢剥离，清洗过程嵌入式计算机27启动计时程序，当计时器到设定清洗时间后，嵌入式计算机27发出清洗停止信号，固态继电器28断路切断超声波信号发生器29电源，超声波换能器9停止工作，完成清洗。第二种清洗方式为，嵌入式计算机27实时监测pH电极发出的电压信号，并对信号波纹进行统计，当pH电极9结垢后，电极的灵敏度会降低，信号波纹会降低，当一定的时间内波纹范围连续低于0.2mv时，嵌入式计算机27发出清洗信号，清洗过程信号传递与第一种方式相同。
PID自动控制原理，PH测量电极发出测量信号，经过电极匹配器，进入嵌入式计算机27作为PV值，触摸屏输入控制目标值，并通过通讯结构传输到嵌入式计算机27作为给定信号SV值，嵌入式计算机27根据测量信号和给定信号的差异，经过PID运算程序，发出4-20mA的控制信号MV，控制信号连接到主控机30内的接线端子31，并通过控制输出电缆22，将信号发送到阀门和其它执行机构，实现自动调节和控制。
主控机的供电用交流220v，也可以用直流24v，采用交流220v作为电源时，交流电通过电源电缆21连接到接线端子31，火线串联电源开关24后接入直流电源转换器26，直流电源转换器26将电源转换为24v后，为嵌入式计算机27、触摸屏25和电极信号匹配器提供24v电源。
参照图2，所述电路工作原理为：闭合电源开关24，仪表送电，PH电压输入信号从端子排31+和-端子输入，分别连接到嵌入式控制计算机27的模拟量输入端AO1+和AO1-接线端子，温度测量电阻信号从接线排31的RTD输入端子输入，其中RTDb和RTDc为三线制断路信号，输入信号经过嵌入式计算机17运算、温度补偿后的pH值通过嵌入式计算机27的通讯接口TX+和TX-将数据链接到触摸屏25的通讯接口TX+和TX-,触摸屏25接受到信号并显示出来，同时嵌入式计算机将测得的pH值转换为4-20mA的标准信号从AQ01+和AQ01-两个端子输出并连接到接线排31的Out+和Out-两个端子，并通过连接在这两个端子上的电缆23送到其它的仪表和控制系统。清洗过程为:嵌入式计算机27发出从端口DO01H和GND发出24v的开关信号，送入固态继电器28的控制端，接通固态继电器，将交流220v电源通过LO和NO端加到超声波信号发生器29的电源端L和N，超声波信号发生器得电后产生超声波电信号，通过I和D端子将信号传输到接线排31的I和D接线端子，并通过连接在端子上的电缆20将信号传递到超声波换能器9，开始清洗，停止清洗时，嵌入式计算机27从端口DO01H和GND发出0v的信号，送入固态继电器28的控制端，切断固态继电器输出，超声波信号发生器29失去电源后无超声波电信号，超声波换能器停止发出超声波，清洗停止。
PH调节过程为，通过触摸屏25给定控制目标值SV，与测量到的pH值也就是MV值进行PID运算，运算后的信号，通过嵌入式计算机27模拟量输出端口AQ02+和AQ02-两个端子输出并连接到端子排31的MV+和MV-端子，并通过连接在端子上的电缆22将控制信号发送到调节阀或执行机构实现pH值自动调节。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本方案所作的任何等效变换，均为本发明保护范围。
Claims (3)
1.一种流通式自清洗pH测量控制装置，其特征在于，所述测量控制装置包括pH值测量清洗器、信号匹配器和主控机；其中，
所述pH值测量清洗器包括外壳体，该外壳体内部分为上部区域和下部区域，在所述外壳体的侧面分别设有进液管和出液管，在所述外壳体的顶部插入有pH电极；所述上部区域内设有测量池，该测量池与所述外壳体之间形成溢流池，所述进液管插入所述测量池；所述下部区域内设有超声波换能器；
所述pH电极的输出端通过信号匹配器与所述主控机连接；所述主控机的超声波电信号通过电缆输入到所述超声波换能器；
所述主控机包括直流电源转换器、嵌入式计算机、超声波信号发生器、固态继电器、触摸屏、接线端子排；所述直流电源转换器将交流电转化为直流电为所述嵌入式计算机、超声波信号发生器、固态继电器、触摸屏、信号匹配器供电；所述嵌入式计算机用于控制所述固态继电器的开启或关闭，进而控制所述超声波信号发生器的开启或关闭；
所述接线端子排连接有pH值信号电缆、控制信号输出电缆，所述pH值信号电缆连接到其它的仪表和控制系统，所述控制信号输出电缆连接到执行机构实现pH值自动调节；所述执行机构是调节阀；
所述嵌入式计算机周期性控制所述超声波信号发生器开启，或者根据pH电极发出的电压信号控制所述超声波信号发生器开启。
2.一种使用权利要求1所述的流通式自清洗pH测量控制装置进行测量控制的方法，其特征在于，该方法包括清洗步骤：所述嵌入式计算机周期性控制所述超声波信号发生器开启对所述pH电极进行清洗，或者根据pH电极发出的电压信号控制所述超声波信号发生器开启对所述pH电极进行清洗；以及，pH调节步骤：通过触摸屏给定控制目标值SV，与测量到的pH值也就是MV值进行PID运算，运算后的信号，通过所述嵌入式计算机模拟量输出端口AQ02+和AQ02-两个端子输出并连接到接线端子排的MV+和MV-端子，并通过连接在端子上的电缆将控制信号发送到执行机构实现pH值自动调节。
3.一种如权利要求2所述的进行测量控制的方法，其特征在于，所述执行机构为调节阀。
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