申请日2000.03.08
公开(公告)日2001.03.21
IPC分类号G01N29/20
摘要
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。
摘要附图
权利要求书
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。
说明书
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。