CN2424465Y - 超声波污泥浓度监测仪 - Google Patents

Abstract

超声波污泥浓度监测仪,属于超声检测技术领域,尤其适用于城市污水厂、给水厂、工业废水处理等领域的污泥浓度监测以及其它悬浮液浓度的测量。本仪器根据超声波衰减的原理测量污泥浓度,通过采用直接数字合成频率技术(DDS)提高超声波频率稳定性和自动温度补偿等方法,大大提高了仪器的测量精度和稳定性。此外,仪器设计有4—20m A和RS—232/RS—485接口,可以很方便地和计算机以及其他控制仪表连接构成自动控制系统。

Description

超声波污泥浓度监测仪

本实用新型涉及一种超声波污泥浓度监测仪，属于超声检测技术领域，尤其适用于城市污水厂、给水厂、工业废水处理等领域的污泥浓度检测以及水处理领域以外的其它悬浮液浓度的测量。

污泥浓度是给水厂、污水厂等运行中的一个重要工艺控制参数。传统的人工取样化学烘干分析方法，效率低、测量周期长，难以在工艺控制中发挥作用。为此，人们开发了以光学法、射线法、振动法、超声波法为基础的污泥浓度测量仪器，特别是超声波衰减法污泥浓度测量仪在污水处理领域应用较多。由于实际应用中环境条件变化大，被测污泥温度变化范围较宽等原因，现有的污泥浓度测量仪器很难取得满意的测量精度。便携式超声波污泥计可以通过测量前进行标定来提高测量精度，而实时在线监测用超声波污泥浓度计则很难频繁进行人工标定，因此测量误差较大，难以发挥作用。

本实用新型的目的在于提供一种操作简便、抗干扰能力强、精度高、稳定性好的污泥浓度监测仪表。其能适应在线监测环境条件变化大、被测液体温度变化范围宽的要求，并能将测量结果输出，用于自动控制。

为实现上述目的，本实用新型的超声波污泥浓度监测仪包括：超声波发射电路、超声波发射换能器、超声波接收换能器、超声波接收电路、微处理器扩展电路、串行通信电路、4-20mA电流信号输出电路、上、下限开关输出继电器电路、键盘和显示电路、温度传感器和温度测量电路、固定架。其特征在于超声波发射电路是在微处理器扩展电路的控制下，按程序设定的工作频率为超声波换能器提供激励脉冲信号，超声波接收电路把超声波换能器产生的信号经放大、检波后送给微处理器扩展电路采样，同时，温度测量电路将所测温度信号放大后送给微处理器扩展电路采样，微处理器控制软件根据采样到的超声波接收信号幅值计算出超声波的衰减比，再根据采样到的温度值按照衰减比随温度的变化规律对衰减比进行温度修正，进而根据衰减比按照污泥浓度与衰减比的关系计算出污泥浓度值。

本实用新型的另一特征是该超声波污泥浓度监测仪的超声波发射电路是采用直接数字合成技术(DDS)的发射电路，DDS技术已广泛应用于无线通信领域，属于现有成熟技术，但在超声波监测领域尚未见应用。直接数字合成技术(DDS)是用数字控制的方法从一个频率参考源产生多种频率，由于用做频率参考源的石英晶体振荡器具有极高的温度稳定性，且数字合成电路精度很高，所以由此得到的正弦波频率非常稳定，极大地提高了发射频率的稳定性，解决了频率漂移的问题。超声波换能器的电声、声电转换效率与工作频率有关，在被测液体浓度不变的情况下，工作频率的变化将使换能器偏离谐振点工作，电声、声电转换效率发生变化，从而引起测量误差。传统的超声波发射电路一般用电感电容谐振的方法产生超声波激励电信号，由于电感和电容均有较大的温度系数，所以信号频率的漂移较大，从而引起较大的测量误差，难以适应监测的要求。本实用新型突破传统方式，采用全新的思路，结合微处理器控制，将直接数字合成频率(DDS)技术引入超声波发射电路，大大提高了仪表的测量稳定性和测量精度。

本实用新型的另一特征是该超声波污泥浓度监测仪的微处理器扩展电路的存储器中储存有水温对超声波衰减的影响数据。污泥对超声波的衰减由两部分组成，一是水的吸收，二是与污泥浓度有关的污泥颗粒的散射。通过试验我们得到了0～40℃水温对超声波衰减的影响规律，并将相关参数存储到存储器中，微处理器根据检测到的被测液体的温度值按此规律进行温度补偿，计算出污泥的实际浓度。

本实用新型的另一特征是超声波发射换能器和超声波接收换能器相对间隔布置，中间通过固定架固定。这样确保超声波发射换能器发出的超声波穿过被测污泥之后，能稳定地到达超声波接收换能器，带动超声波接收换能器振动。

本实用新型的另一特征是该超声波污泥浓度监测仪的温度传感器固定在超声波发射或接收换能器的壳体的内壁上。

本实用新型的超声波污泥浓度监测仪的超声波接收电路为程控增益放大电路，即由微处理器根据接收信号的强弱控制放大电路采用不同的放大倍数。

与已有的超声波污泥浓度监测仪表及相关技术资料比较，本实用新型有以下主要优点：

1．在ROM中存储多条温度衰减曲线，实现了大范围的温度补偿，提高了测量精度。

2．超声波发射电路采用DDS直接数字合成频率技术，极大提高了发射频率的稳定性，从而提高了测量精度和稳定性。3．本实用新型把温度传感器和超声波传感器装在同一个探头内，能同时检测被测液体的浓度和温度，应用方便。

4．本实用新型设计4-20mA和RS-232/RS-485接口，可以很方便地和计算机以及其他控制仪表连接构成自动控制系统。

下面结合附图对本实用新型的实现方式进行详细的描述，其中：

图1为本实用新型的超声波污泥浓度监测仪的基本原理图；

图2为本实用新型的超声波污泥浓度监测仪的浸没式探头示意图；

图3为本实用新型的超声波污泥浓度监测仪的管道式探头示意图；

如图1所示，本实用新型利用超声波衰减原理测量污泥浓度。在微处理系统扩展电路16中的微控制器控制下，超声波发射电路11将按程序设定的工作频率为超声波发射换能器12提供激励脉冲信号，激励超声波换能器12振动，向被测污泥10辐射超声波，超声波穿过被测污泥10之后，带动超声波接收换能器13振动，超声波换能器13将把接收的声信号转换成电信号，并送入超声波接收电路14放大，放大后的信号送入微处理扩展电路16中，经检波、采样后，求得接收信号的幅值。与此同时，温度测量电路15将把测得的被测污泥的温度送入微处理扩展电路16中，微处理器计算出衰减比，并根据衰减比与温度的关系数据进行温度补偿修正，然后根据污泥浓度与超声波衰减的规律计算出污泥浓度，通过键盘和显示电路20中的显示器显示出测量值，与此同时串行通讯电路17、电流信号输出电路18，将分别输出代表污泥浓度值的数字信号和模拟信号，微处理器把测量浓度值与设定的上、下限浓度值比较后，控制上、下限开关输出继电器电路19中的开关继电器动作，满足后继自动控制的需要。

如图2所示的浸没式探头由连接管21，固定架22、发射换能器23、接收换能器24、温度传感器25组成。超声波发射换能器23和超声波接收换能器24相对间隔布置，中间通过固定架固定。当浸没式探头浸在污泥中时，可以监测发射换能器23和接收换能器24之间的污泥的浓度。

如图3所示的管道式探头由连接法兰31、35，发射探头32，管道33，接收探头34组成，温度传感器在发射探头或接收探头内，被测液体从管道中流过时，浓度计监测发射探头32和接收探头34之间的污泥的浓度。

Claims (2)

1．一种超声波污泥浓度监测仪，包括超声波发射电路(11)、超声波发射换能器(12)、超声波接收换能器(13)、超声波接收电路(14)、温度传感器(25)、温度测量电路(15)，微处理器扩展电路(16)、串行通信电路(17)、4～20mA电流信号输出电路(18)、上下限开关输出继电器电路(19)、键盘和显示电路(20)、固定架(22)，其特征在于：(1)超声波发射换能器(12)和超声波接收换能器(13)相对间隔布置，中间通过固定架(22)固定；(2)它的超声波发射电路是采用直接数字合成技术DDS的发射电路；(3)它的微处理器扩展电路中有储存水温对超声波衰减的影响数据的存储器。

2．根据权利要求1所述的超声波污泥浓度监测仪，其特征在于该超声波污泥浓度监测仪的温度传感器(25)固定在超声波发射或接收换能器(23、24)的壳体的内壁上。

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