USC-II超聲波硫酸濃度分析儀

1、USC-II超聲波硫酸濃度分析儀使 用 說 明 書南化集團研究院目錄1 工作原理2 主要技術(shù)參數(shù)3 儀器特點4 儀器結(jié)構(gòu)5 儀器安裝、使用及調(diào)試6 常見故障及排除方法7 儀器的成套8 本儀器在水中特性93%硫酸是化工生產(chǎn)及醫(yī)藥生產(chǎn)的重要原料。在硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)中作為干燥酸，直接影響著進入轉(zhuǎn)化器的SO2氣體的含水指標(biāo)。因此選擇一種準(zhǔn)確、可靠、連續(xù)測量93%硫酸濃度的在線檢測儀表，將能夠降低生產(chǎn)成本，延長催化劑壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量。-超聲波93%硫酸濃度分析儀是我院“八.五”期間自主研發(fā)的一種新型非接觸式硫酸濃度在線分析儀。它克服了干吸工序腐蝕性強、干擾強等問題，它與沸點法、比重法、諧振法相比有著無可比

2、擬的優(yōu)點。多年來，經(jīng)過眾多用戶的實際使用表明該儀表是目前測量93%硫酸濃度的最佳選擇。特別是近年來，我們對該儀表進行了不斷改進，使得整體儀表在技術(shù)上有了很大的提高。在測量上采用了單片機前置的方法，提高了測量的穩(wěn)定性；在數(shù)據(jù)傳輸上采用了抗干擾性能更加優(yōu)越的RS-485接口，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c傳統(tǒng)的單線數(shù)據(jù)傳輸相比有了本質(zhì)的提高。一、工作原理本儀器是根據(jù)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)濃度之間存在很好相關(guān)性的原理構(gòu)成。通過測量超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，實現(xiàn)測量介質(zhì)濃度的目的。在一距離（L）固定的容器里，超聲換能器產(chǎn)生的超聲波，經(jīng)發(fā)射面-被測介質(zhì)-反射面的路徑傳播，如果傳播所需的時間為t，則可得出

3、聲速。見圖1。聲速度還與被測溶液的溫度有關(guān)。即： 式中：v-聲速； t-溶液溫度； C-溶液濃度。超聲波的發(fā)射、接收采用收發(fā)合用型超聲換能器。 被測介質(zhì)出口 L 超聲波反射 超聲波發(fā)射、接收 被測介質(zhì)入口圖1 根據(jù)文獻提供的數(shù)據(jù)，曲線及實驗室測試的濃度聲時數(shù)據(jù)表明，硫酸濃度每變化1%，將引起19米/秒的聲速變化，顯然靈敏度是高的。由實驗數(shù)據(jù)，進行多項回歸：=A0+A1(v-v0)+A2(v-v0)+A3(t-t0)+A4(t-t0)+A5(v-v0)*(t-t0)這樣，當(dāng)測得聲速和溫度后，就可以計算出濃度值。二、主要技術(shù)參數(shù)1、測 量 范 圍： 91%95%硫酸 2、溫度補償范圍： 40

4、77;303、精 度 測 量： ±5% F.S 4、輸 出 信 號： 420mADC5、負(fù) 載 電 阻： 0800 6、環(huán) 境 溫 度： -10457、供 電 電 壓： 220±10%V AC 8、功 率 消 耗： <30W三、儀器特點1、 儀器現(xiàn)場部份為全封閉管道安裝式。結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，不受測量介質(zhì)的腐蝕，大大提高了儀表的使用壽命，維護量小。2、 通過光隔實現(xiàn)了輸入、輸出的隔離，消除了諸如大電流跳動所引起的的干擾，并能克服高共模電壓，大大地提高了儀表抗干擾能力。3、 選用具有較強數(shù)據(jù)和邏輯處理能力，應(yīng)用廣泛的MCS-51單片機，組成小型計算機系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)回歸，

5、輸出信號420mA DC，簡化了儀器線路，提高了儀器的測量精度。4、 采樣電路置于檢測器里，采用了單片機前置的方法，溫度和聲時的檢測由前置單片機獨立完成，溫度測量采用全數(shù)字式溫度傳感器(DS1820)，大大提高了測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；采樣板與信號處理器之間使用RS-485串行數(shù)據(jù)傳送，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力和數(shù)據(jù)傳輸距離。四、儀器結(jié)構(gòu)該儀器由檢測器、信號處理器兩部分組成（見圖2）。串行數(shù)據(jù)RS-485 供電檢測器信號處理器 圖2儀器結(jié)構(gòu)示意圖1.檢測器結(jié)構(gòu)檢測器為流通式檢測器。（其結(jié)構(gòu)見圖3a和圖3b） 圖3a流通式檢測器結(jié)構(gòu)圖 圖3b流通式檢測器安裝法蘭圖檢測器由采樣板、換能器、測溫

6、管等組成。換能器是實現(xiàn)聲時電轉(zhuǎn)換的主要部件，通常是采用壓電陶瓷材料制做換能器，壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的陶瓷材料。當(dāng)它受力作用時，會產(chǎn)生電信號，反之當(dāng)它受到電場作用時，會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，利用壓電陶瓷的這個特性，人為地對它施加一個脈沖電壓，使其產(chǎn)生超聲振動（即超聲波的發(fā)射），當(dāng)超聲波反射波返回到達壓電陶瓷上時，由于聲壓的作用，它會產(chǎn)生脈沖電勢。這樣實現(xiàn)了電聲、聲電的轉(zhuǎn)換。采樣板作用是進行溫度、聲時采樣，采樣板上帶CPU控制各部件工作，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行信號傳送給信號處理器。其框圖見圖4測溫管為一不銹鋼保護管，內(nèi)裝溫度傳感器DS1820。 電源變換溫度傳感器中央處理器CPU 發(fā)射電路

7、晶片RS485接口計數(shù)器放大整形脈寬串行數(shù)據(jù)輸出圖4采樣線路框圖由CPU發(fā)出的聲時觸發(fā)信號，經(jīng)整形后，觸發(fā)發(fā)射電路，激發(fā)壓電陶瓷晶片，使其發(fā)生振蕩，產(chǎn)生超聲波，超聲波從換能器發(fā)出，經(jīng)溶液到反射面，反射回來的回波被晶片接收，經(jīng)放大整形后，送脈寬轉(zhuǎn)換電路，得到與濃度、溫度有關(guān)的脈沖寬度，經(jīng)計數(shù)電路后，再轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，傳送給信號處理器。溫度測量采用一線式的通信方式，溫度傳感器DS1820占用CPU的一根IO口，組成的溫度測量通路。它可以實現(xiàn)1/16的測量精度，且不需要進行任何校準(zhǔn)工作。2、信號處理器結(jié)構(gòu)信號處理器是根據(jù)檢測器傳送過來的聲時及溫度信號，計算出硫酸濃度，分別送顯示和輸出，其框圖見圖6。

8、四位顯示計算機串行數(shù)據(jù)RS-485四位鍵盤輸出4-20mA光 隔電源報警電路圖6 信號處理器框圖 計算機組成 信號處理器以ATMEL 89C52為CPU，X5045P E2PROM為數(shù)據(jù)存貯器，四位鍵盤為“切換”、“確認(rèn)”、“增加”、“減少”，四位LED顯示用來顯示濃度和溫度等工作狀態(tài)。 信號接收、處理 信號處理器接收信號檢測器以串行數(shù)據(jù)方式送來的溫度和聲時數(shù)據(jù)，并對其進行計算和處理，然后送四位LED顯示。輸出電路 由計算機輸出濃度對應(yīng)的脈寬信號，經(jīng)光隔后，通過脈寬-電流轉(zhuǎn)換器，輸出420mA電流信號。報警電路 當(dāng)溫度或聲時采樣數(shù)據(jù)異常時，計算機輸出信號觸發(fā)達林頓管、驅(qū)動繼電器，輸出報警信號。

9、五、儀器安裝、使用及調(diào)試（一）儀器的安裝整套儀器分為現(xiàn)場的檢測器安裝和控制室信號處理器安裝兩部分進行。1、 檢測器的安裝流通式檢測器的外形參見圖3a，直接安裝在采樣管路上，其安裝示意圖見圖11。安裝流通式檢測器的采樣管道盡量采用耐酸材料制做，例如鑄鐵管和不銹鋼管等。其酸采樣口應(yīng)位于待測酸管的側(cè)面或管上部（待測管必須充滿酸）以防酸泥堵塞。待測酸管和采樣管之間配接，采用三通及大小頭加以解決，由待測酸管取樣閥出口至檢測器入口的采樣管線其水平長度應(yīng)大于1.5米。檢測器及配管的高度，應(yīng)以便于安裝和檢修為原則，而且要充分考慮防止酸燙傷的安全事故，一般取1米高度左右。在檢測器出口安裝不銹鋼閥門6，這時進口酸

10、閥門3應(yīng)盡量開大，出口酸閥門6盡量關(guān)小，并以此閥們調(diào)采樣酸流量，以回酸能連續(xù)流出、不斷流為好，以取得更好的測量效果。采樣管路和檢測器配合法蘭，參見圖3b及圖11安裝材料說明。建議在檢測器出口回酸管的端部和循環(huán)槽平臺之間加裝漏斗裝置，其目的便于了解和控制采樣酸量。加裝的漏斗裝置以能觀察到出酸量而無酸濺出為宜，其材質(zhì)應(yīng)耐腐蝕。2、信號處理器的外形、開孔及安裝信號處理器可安裝于現(xiàn)場防護箱內(nèi)，也可直接安裝在控制室儀表盤上。信號處理器的外形及表盤開孔尺寸見圖12信號處理器外形尺寸：長X寬X高=360x96x144mm信號處理器在儀表盤上開孔尺寸：90+1x138+1mm信號處理器安裝在現(xiàn)場時，應(yīng)加防護箱

11、，距離檢測器遠近應(yīng)以便于維護和接線調(diào)校方便及離腐蝕源較遠的地方為宜。信號處理器應(yīng)安裝在無強磁干擾場所。整套儀表之間的外部接線見圖13，信號處理器電源的地(7#號端子)必須良好接地(接地電阻4)。信號電纜的一端與信號處理器的7#端子相連。注： （1）圖中標(biāo)示的“檢測器出口流量控制閥”必須安裝；（2）儀表正常使用時，“排污截止閥”必須關(guān)閉。圖11 流通式檢測器現(xiàn)場安裝示意圖 圖1 信號處理器外形尺寸及開孔尺寸圖13 USC型檢測器與信號處理器接線圖（二）儀器的使用 開機 儀器安裝正確后，關(guān)閉檢測器下部排污閥，緩緩開啟取樣閥，使檢測器的測量槽內(nèi)充滿酸，流量不宜過大，如儀器第一次使用，或大修停機較長時

12、間，檢測器探頭在酸中需充分鈍化，這需等待一小時左右。然后再接通儀器電源，儀器即顯示溫度值，過幾秒后自動跳轉(zhuǎn)到濃度顯示。同時信號處理器輸出對應(yīng)酸濃信號。 按鍵說明 信號處理器面板有四只按鍵，分別為“切換”鍵、“確認(rèn)”鍵、“增加”鍵和“減少”鍵，其中“切換”鍵為顯示切換，每按一下“切換”鍵顯示窗口將由酸濃顯示轉(zhuǎn)換為溫度顯示，或由溫度顯示轉(zhuǎn)換為酸濃顯示。 “確認(rèn)”鍵有二個作用，分別為修改確認(rèn)和進入調(diào)試狀態(tài)。“增加”鍵和“減少”鍵在儀表調(diào)試狀態(tài)使用 。 維護說明 儀器因工藝停車，長時間（10天以上）無采樣酸流動情況下，應(yīng)將流通式檢測器的鑄鋁防護罩連同換能器、采樣器一起從測量槽中拆除保養(yǎng)，待再使用時按要

13、求重新安裝接線。（三）調(diào)試 按住“確認(rèn)”鍵10秒左右，儀器將進入調(diào)試狀態(tài)。 按“切換”鍵，儀器將交替顯示“P- -0” P- -9”及其相對應(yīng)的參數(shù)，其所代表的參數(shù)如下表所示： 符號對應(yīng)的參數(shù)正常值P- -0濃度校正91.00-95.00P- -1溫度校正c10.00-c90.00P- -2輸出電流零點o-04P- -3輸出電流量程o-20P- -4下限報警91.00（可調(diào)）P- -5上限報警95.00（可調(diào)）P- -6聲速校正1380左右P- -7回波個數(shù)3-10P- -8聲時測量值9999-5000P- -9溫度測量值常溫下300左右 濃度校正 當(dāng)儀器交替顯示P- -0和濃度值時，按“增加

14、”鍵或“減少”鍵，可實現(xiàn)濃度校正。 溫度校正 當(dāng)儀器交替顯示P- -1和溫度值時。（溫度無需校正） 輸出電流零點 當(dāng)儀器交替顯示P- -2和o- 04時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現(xiàn)輸出電流零點校正（4mA）。 輸出電流量程 當(dāng)儀器交替顯示P- -3和o- 20濃度值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現(xiàn)輸出電流量程校正（20mA）。 下限報警設(shè)定 當(dāng)儀器交替顯示P- -4和下限報警值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現(xiàn)下限報警設(shè)定。 上限報警設(shè)定 當(dāng)儀器交替顯示P- -5和上限報警值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現(xiàn)上限報警設(shè)定。 其余參數(shù)用戶不要修改，以免影響儀器的正常測量。 修改結(jié)束

15、后，按“確認(rèn)”鍵退出修改。 X5045P存儲器數(shù)初始化，在儀表送電前同時按下“增加”鍵和“減少”鍵。然后送電，這時儀表指示“EEEE”。大約10秒鐘后儀表關(guān)電后重新開電即可。初始化后儀表中已存儲的數(shù)據(jù)將被全部清除，儀表需要進行重新標(biāo)定后，方能正常使用。六、常見故障及排除方法儀器出現(xiàn)故障時可按以下順序檢查1儀器通電檢查順序現(xiàn)象原因排除方法1. 顯示器不亮，儀器不工作電源沒有接好,儀表后部插頭松動檢查供電電源是否正常,抽出儀器芯,重新插好插座2 檢查儀器顯示溫度是否符合要求。檢查指儀器溫度顯示與實際被測介質(zhì)溫度之間的關(guān)系。實際被測介質(zhì)溫度可以用玻璃溫度計測量；溫度傳感器DS1820是全數(shù)字化產(chǎn)品，

16、所以儀器溫度顯示無需調(diào)校3超聲接收信號是否正常超聲接收信號是否正常決定了儀表能否正常工作，如發(fā)現(xiàn)濃度無指示或指示異常，可進入儀表調(diào)試狀態(tài)，按以下順序檢查順序現(xiàn)象原因排除方法1濃度指示異常，在P7狀態(tài)下回波數(shù)少于三個 硫酸沒有充滿測量槽或沒有酸流過測量槽, 換能器接線沒有接好,或換能器和反射板故障 沒有按照要求安裝檢測器. 檢測器線路板故障 現(xiàn)場檢測器與信號處理器之間的串行數(shù)據(jù)通信線有問題關(guān)小出口閥，全開進口閥，調(diào)出口閥有合理酸流量 將換能器連線重新接好,并檢查換能器和反射板按照要求安裝檢測器. 檢查檢測器線路板故障或與生產(chǎn)廠家聯(lián)系檢查現(xiàn)場檢測器與信號處理器之間的接線2濃度指示跳動，P7狀態(tài)下回

17、波數(shù)大于三個，P-6指示跳動， 被測介質(zhì)中有氣泡開大進口閥，進一步關(guān)小出口閥3濃度指示異常，P7狀態(tài)下回波數(shù)大于三個，P-6指示異常數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)不正常重新對X5045存儲器數(shù)初始化在P-6狀態(tài)下，通過面板操作進行調(diào)整與生產(chǎn)廠家聯(lián)系4顯示濃度與實際不符，有一定差距儀器有誤差在P-0狀態(tài)下，通過面板操作進行調(diào)整5溫度和濃度數(shù)據(jù)均沒有檢測器與信號處理器之間通信線沒接好現(xiàn)場干擾大線路板故障檢查檢測器與信號處理器之間通信線將屏蔽層接地與生產(chǎn)廠家聯(lián)系4 沒有電流輸出順序現(xiàn)象原因排除方法1沒有輸出信號外聯(lián)儀表故障或外聯(lián)接線有問題輸出電路OP07損壞檢查外聯(lián)儀表或外聯(lián)接線更換OP07功放5 儀器走死線指儀

18、器輸出不隨酸濃變化而變化順序現(xiàn)象原因排除方法1儀器走死線，輸出電流不變化被測酸不流動輸出電路OP07損壞軟件或硬件故障調(diào)節(jié)放酸量，保證取樣槽中有酸流動更換OP07功放，或與廠家聯(lián)系重新送電或與生產(chǎn)廠家聯(lián)系七、儀器的成套整套儀器包括：信號處理器一臺（包括安裝托架一付）；檢測器一臺說明書一份測量槽一個 八、本儀器在水中的特性由于硫酸在作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定本儀器時有一定的危險性，可以用蒸餾水代替硫酸對本儀器的以下某些性能進行標(biāo)定。在用水代替硫酸進行試驗時，可用一個燒杯裝入適量的蒸餾水，將分析儀倒插入燒杯中，如圖所示。 注：蒸餾水要充滿燒杯，在傳感器與蒸餾水之間不能有空隙。P1：溫度校正 水的溫度與儀器在此狀態(tài)下的指示溫度一致，這是對儀器溫度信道的檢測，如儀器指示與水的實際溫度不一致，可按P1的調(diào)整方法調(diào)整。水的實際溫度可用玻璃溫度計測量。P6：聲速校正不同溫度下超聲波在水中傳播速度是不一樣的，不同溫度下超聲波在水中傳播速度如表所示，如儀器在此狀態(tài)下的指示值與表格的數(shù)據(jù)不一至，可以按P6的調(diào)整方法調(diào)整，使其指示值與表格的數(shù)據(jù)一至