文档介绍：USC-II超声波硫酸浓度分析仪
使用说明书
南化集团研究院
目录
1 工作原理
2 主要技术参数
3 仪器特点
4 仪器结构
5 仪器安装、使用及调试
6 常见故障及排除方法
7 仪器的成套
8 本仪器在水中特性
93%硫酸是化工生产及医药生产的重要原料。在硫酸生产系统中作为干燥酸,直接影响着进入转化器的SO2气体的含水指标。生产中需要有一种正确、连续、可靠的在线测量93%硫酸浓度仪表。
国内已有应用沸点法、比重法、谐振法的93%硫酸浓度仪,现在我们根据干吸工序腐蚀性强的特点,推出一种新颖的非接触式的超声波硫酸浓度仪。
早在六十年代,超声工业测量技术就十分盛行,由于当时与它配套的电子技术难以满足技术要求,以致路线很复杂、故障率高、维修量大、投资高。随着计算机及集成电路的发展,超声技术方面的应用领域日趋广泛。用超声原理制作的传感器,其结构简单、稳定可靠、耐腐蚀性强,用户使用十分方便。
一、工作原理
本仪器是根据超声脉冲波在介质中传播和反射原理构成。计算机发射一脉冲,放大后传输给超声换能器,电脉冲在换能器上转换超声波传到反射板扫射回来,通过超声换能器又转换成电讯号。
从发射脉冲和反射回来的超声脉冲时间差S,可得出声速见图1,当溶液在固定的容器中流动时,声速度与被测溶液的浓度和温度有关。
被测介质出口
即:C=f(J,t)
式中:J—声速
超声波反射 L 超声波发射 t—溶液温度
c—溶液浓度
被测介质入口
图1
根据文献提供的数据,曲线及实验室测试的浓度声时数据表明,硫酸浓度每变化1%,将引起19米/秒的声速变化,显然灵敏度是高的。
由实验数据,进行多项回归:
C=f(J,t)=a0+a1(J-J0)+a2(J-J0)2+a3(t-t0)+a4(t-t0)2+a5(J-J0)×(t-t0)
这样,当测得声速和温度后,就可以计算出浓度值。
二、主要技术参数
1、测量范围: 91%~95%硫酸(可调)
2、温度补偿范围: 40℃±30℃
3、精度测量: ≤±5%(相对误差)
4、输出信号: 4~20mADC
5、负载电阻: 0~800Ω
6、环境温度: -10℃~45℃
7、供电电压: 220±10%V AC
8、功率消耗: <30W
三、仪器特点
仪器现场部份为全封闭管道安装式。结构简单、性能可靠,不受测量介质的腐蚀,大大提高了仪表的使用寿命,维护量小。
通过光隔实现了输入、输出的隔离,消除了诸如大电流跳动所引起的的干扰,并能克服高共模电压,大大地提高了仪表抗干扰能力。
选用具有较强数据和逻辑处理能力,应用广泛的MCS-51单片机,组成小型计算机系统,进行数据回归,输出信号4~20mA DC,简化了仪器线路,提高了仪器的测量精度。
采样电路置于检测器里,大大减小了超声波信号传输时带来干扰,采样板与信号处理器之间使用串行数据传送,提高了传送的抗干扰能力及其传送精度。
四、仪器结构
该仪器由检测器、信号处理器两部分组成(见图2)。
串行数据
检测器
信号处理器
供电
图2仪器结构示意图
检测器结构
检测器为流通式检测器。(其结构见图3a~3b)
图3a流通式检测器结构图图3b流通式检测器安装法兰图
检测器由采样板、换能器、测温管等组成。
换能器是实现声时—电转换的主要部件,通常是采用压电陶瓷材料制做换能器,压电陶瓷是一种具有压电效应和逆压电效应的陶瓷材料。当它受力作用时,会产生电信号,反之当它受到电场作用时,会产生应力和应变,利用压电陶瓷的这个特性,人为地对它施加一个脉冲电压,使其产生超声振动(即超声波的发射),当超声波反射波返回到达压电陶瓷上时,由于声压的作用,它会产生脉冲电势。这样实现了电—声、声—电的转换。
采样板作用是进行温度、声时采样,采样板上带CPU控制各部件工作,并将数据转换成串行信号传送给信号处理器。其框图见图4
测温管为一不锈钢保护管,内装温度传感器AD590。
晶片
声时触发信号
整形
放大整形脉宽
发射电路
整形
温度脉宽转换
振荡器
计数器
温度触发信号
串行信号转换、输出
串行数据输出
集电极开路
图4采样线路框图
由CPU发出的声时触发信号,经整形后,触发发射电路,激发压电陶瓷晶片,使其发生振荡,产生超声波,超声波从换能器发出,经溶液到反射面,反射回来的回波被晶片接收,经放大整形后,送脉宽转换电路,得到与浓度、温度有关的脉冲宽度,经计数电路后,再转换成串行数据,传送给信号处理器。
同样,由CPU发出的温度触发信号,经整形后,触发由AD590组成的温度-脉宽转换电路送至计数电路后,转换成数字串行信号传送给信号处理器。
由于声时测量