[实用新型]超声波污泥浓度监测仪

说明书

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。