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(shuō) 明 書(shū)南化集團(tuán)研究院目錄1 工作原理2 主要技術(shù)參數(shù)3 儀器特點(diǎn)4 儀器結(jié)構(gòu)5 儀器安裝、使用及調(diào)試6 常見(jiàn)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(jìn)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(cè)量93%硫酸濃度的在線(xiàn)檢測(cè)儀表，將能夠降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)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(xiàn)分析儀。它克服了干吸工序腐蝕性強(qiáng)、干擾強(qiáng)等問(wèn)題，它與沸點(diǎn)法、比重法、諧振法相比有著無(wú)可比

2、擬的優(yōu)點(diǎn)。多年來(lái)，經(jīng)過(guò)眾多用戶(hù)的實(shí)際使用表明該儀表是目前測(cè)量93%硫酸濃度的最佳選擇。特別是近年來(lái)，我們對(duì)該儀表進(jìn)行了不斷改進(jìn)，使得整體儀表在技術(shù)上有了很大的提高。在測(cè)量上采用了單片機(jī)前置的方法，提高了測(cè)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(xiàn)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(guò)測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，實(shí)現(xiàn)測(cè)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(cè)介質(zhì)-反射面的路徑傳播，如果傳播所需的時(shí)間為t，則可得出

3、聲速。見(jiàn)圖1。聲速度還與被測(cè)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(cè)介質(zhì)出口 L 超聲波反射 超聲波發(fā)射、接收 被測(cè)介質(zhì)入口圖1 根據(jù)文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)，曲線(xiàn)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的濃度聲時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行多項(xiàng)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(cè)得聲速和溫度后，就可以計(jì)算出濃度值。二、主要技術(shù)參數(shù)1、測(cè) 量 范 圍： 91%95%硫酸 2、溫度補(bǔ)償范圍： 40

4、77;303、精 度 測(cè) 量： ±5% F.S 4、輸 出 信 號(hào)： 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(diǎn)1、 儀器現(xiàn)場(chǎng)部份為全封閉管道安裝式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，不受測(cè)量介質(zhì)的腐蝕，大大提高了儀表的使用壽命，維護(hù)量小。2、 通過(guò)光隔實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出的隔離，消除了諸如大電流跳動(dòng)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(qiáng)數(shù)據(jù)和邏輯處理能力，應(yīng)用廣泛的MCS-51單片機(jī)，組成小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，

5、輸出信號(hào)420mA DC，簡(jiǎn)化了儀器線(xiàn)路，提高了儀器的測(cè)量精度。4、 采樣電路置于檢測(cè)器里，采用了單片機(jī)前置的方法，溫度和聲時(shí)的檢測(cè)由前置單片機(jī)獨(dú)立完成，溫度測(cè)量采用全數(shù)字式溫度傳感器(DS1820)，大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；采樣板與信號(hào)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(cè)器、信號(hào)處理器兩部分組成（見(jiàn)圖2）。串行數(shù)據(jù)RS-485 供電檢測(cè)器信號(hào)處理器 圖2儀器結(jié)構(gòu)示意圖1.檢測(cè)器結(jié)構(gòu)檢測(cè)器為流通式檢測(cè)器。（其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3a和圖3b） 圖3a流通式檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圖 圖3b流通式檢測(cè)器安裝法蘭圖檢測(cè)器由采樣板、換能器、測(cè)溫

6、管等組成。換能器是實(shí)現(xiàn)聲時(shí)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，反之當(dāng)它受到電場(chǎng)作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，利用壓電陶瓷的這個(gè)特性，人為地對(duì)它施加一個(gè)脈沖電壓，使其產(chǎn)生超聲振動(dòng)（即超聲波的發(fā)射），當(dāng)超聲波反射波返回到達(dá)壓電陶瓷上時(shí)，由于聲壓的作用，它會(huì)產(chǎn)生脈沖電勢(shì)。這樣實(shí)現(xiàn)了電聲、聲電的轉(zhuǎn)換。采樣板作用是進(jìn)行溫度、聲時(shí)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(hào)傳送給信號(hào)處理器。其框圖見(jiàn)圖4測(cè)溫管為一不銹鋼保護(hù)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(jì)數(shù)器放大整形脈寬串行數(shù)據(jù)輸出圖4采樣線(xiàn)路框圖由CPU發(fā)出的聲時(shí)觸發(fā)信號(hào)，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(lái)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(jì)數(shù)電路后，再轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，傳送給信號(hào)處理器。溫度測(cè)量采用一線(xiàn)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(cè)量通路。它可以實(shí)現(xiàn)1/16的測(cè)量精度，且不需要進(jìn)行任何校準(zhǔn)工作。2、信號(hào)處理器結(jié)構(gòu)信號(hào)處理器是根據(jù)檢測(cè)器傳送過(guò)來(lái)的聲時(shí)及溫度信號(hào)，計(jì)算出硫酸濃度，分別送顯示和輸出，其框圖見(jiàn)圖6。

8、四位顯示計(jì)算機(jī)串行數(shù)據(jù)RS-485四位鍵盤(pán)輸出4-20mA光 隔電源報(bào)警電路圖6 信號(hào)處理器框圖 計(jì)算機(jī)組成 信號(hào)處理器以ATMEL 89C52為CPU，X5045P E2PROM為數(shù)據(jù)存貯器，四位鍵盤(pán)為“切換”、“確認(rèn)”、“增加”、“減少”，四位LED顯示用來(lái)顯示濃度和溫度等工作狀態(tài)。 信號(hào)接收、處理 信號(hào)處理器接收信號(hào)檢測(cè)器以串行數(shù)據(jù)方式送來(lái)的溫度和聲時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算和處理，然后送四位LED顯示。輸出電路 由計(jì)算機(jī)輸出濃度對(duì)應(yīng)的脈寬信號(hào)，經(jīng)光隔后，通過(guò)脈寬-電流轉(zhuǎn)換器，輸出420mA電流信號(hào)。報(bào)警電路 當(dāng)溫度或聲時(shí)采樣數(shù)據(jù)異常時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)觸發(fā)達(dá)林頓管、驅(qū)動(dòng)繼電器，輸出報(bào)警信號(hào)。

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(chǎng)的檢測(cè)器安裝和控制室信號(hào)處理器安裝兩部分進(jìn)行。1、 檢測(cè)器的安裝流通式檢測(cè)器的外形參見(jiàn)圖3a，直接安裝在采樣管路上，其安裝示意圖見(jiàn)圖11。安裝流通式檢測(cè)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(cè)酸管的側(cè)面或管上部（待測(cè)管必須充滿(mǎn)酸）以防酸泥堵塞。待測(cè)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(cè)酸管取樣閥出口至檢測(cè)器入口的采樣管線(xiàn)其水平長(zhǎng)度應(yīng)大于1.5米。檢測(cè)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(cè)器出口安裝不銹鋼閥門(mén)6，這時(shí)進(jìn)口酸

10、閥門(mén)3應(yīng)盡量開(kāi)大，出口酸閥門(mén)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(cè)量效果。采樣管路和檢測(cè)器配合法蘭，參見(jiàn)圖3b及圖11安裝材料說(shuō)明。建議在檢測(cè)器出口回酸管的端部和循環(huán)槽平臺(tái)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(guān)察到出酸量而無(wú)酸濺出為宜，其材質(zhì)應(yīng)耐腐蝕。2、信號(hào)處理器的外形、開(kāi)孔及安裝信號(hào)處理器可安裝于現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)箱內(nèi)，也可直接安裝在控制室儀表盤(pán)上。信號(hào)處理器的外形及表盤(pán)開(kāi)孔尺寸見(jiàn)圖12信號(hào)處理器外形尺寸：長(zhǎng)X寬X高=360x96x144mm信號(hào)處理器在儀表盤(pán)上開(kāi)孔尺寸：90+1x138+1mm信號(hào)處理器安裝在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)加防護(hù)箱

11、，距離檢測(cè)器遠(yuǎn)近應(yīng)以便于維護(hù)和接線(xiàn)調(diào)校方便及離腐蝕源較遠(yuǎn)的地方為宜。信號(hào)處理器應(yīng)安裝在無(wú)強(qiáng)磁干擾場(chǎng)所。整套儀表之間的外部接線(xiàn)見(jiàn)圖13，信號(hào)處理器電源的地(7#號(hào)端子)必須良好接地(接地電阻4)。信號(hào)電纜的一端與信號(hào)處理器的7#端子相連。注： （1）圖中標(biāo)示的“檢測(cè)器出口流量控制閥”必須安裝；（2）儀表正常使用時(shí)，“排污截止閥”必須關(guān)閉。圖11 流通式檢測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖 圖1 信號(hào)處理器外形尺寸及開(kāi)孔尺寸圖13 USC型檢測(cè)器與信號(hào)處理器接線(xiàn)圖（二）儀器的使用 開(kāi)機(jī) 儀器安裝正確后，關(guān)閉檢測(cè)器下部排污閥，緩緩開(kāi)啟取樣閥，使檢測(cè)器的測(cè)量槽內(nèi)充滿(mǎn)酸，流量不宜過(guò)大，如儀器第一次使用，或大修停機(jī)較長(zhǎng)時(shí)

12、間，檢測(cè)器探頭在酸中需充分鈍化，這需等待一小時(shí)左右。然后再接通儀器電源，儀器即顯示溫度值，過(guò)幾秒后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到濃度顯示。同時(shí)信號(hào)處理器輸出對(duì)應(yīng)酸濃信號(hào)。 按鍵說(shuō)明 信號(hào)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(gè)作用，分別為修改確認(rèn)和進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)?！霸黾印辨I和“減少”鍵在儀表調(diào)試狀態(tài)使用 。 維護(hù)說(shuō)明 儀器因工藝停車(chē)，長(zhǎng)時(shí)間（10天以上）無(wú)采樣酸流動(dòng)情況下，應(yīng)將流通式檢測(cè)器的鑄鋁防護(hù)罩連同換能器、采樣器一起從測(cè)量槽中拆除保養(yǎng)，待再使用時(shí)按要

13、求重新安裝接線(xiàn)。（三）調(diào)試 按住“確認(rèn)”鍵10秒左右，儀器將進(jìn)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(duì)應(yīng)的參數(shù)，其所代表的參數(shù)如下表所示： 符號(hào)對(duì)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(diǎn)o-04P- -3輸出電流量程o-20P- -4下限報(bào)警91.00（可調(diào)）P- -5上限報(bào)警95.00（可調(diào)）P- -6聲速校正1380左右P- -7回波個(gè)數(shù)3-10P- -8聲時(shí)測(cè)量值9999-5000P- -9溫度測(cè)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(shí)，按“增加

14、”鍵或“減少”鍵，可實(shí)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(shí)。（溫度無(wú)需校正） 輸出電流零點(diǎn) 當(dāng)儀器交替顯示P- -2和o- 04時(shí)，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實(shí)現(xiàn)輸出電流零點(diǎn)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(shí)，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實(shí)現(xiàn)輸出電流量程校正（20mA）。 下限報(bào)警設(shè)定 當(dāng)儀器交替顯示P- -4和下限報(bào)警值時(shí)，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實(shí)現(xiàn)下限報(bào)警設(shè)定。 上限報(bào)警設(shè)定 當(dāng)儀器交替顯示P- -5和上限報(bào)警值時(shí)，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實(shí)現(xiàn)上限報(bào)警設(shè)定。 其余參數(shù)用戶(hù)不要修改，以免影響儀器的正常測(cè)量。 修改結(jié)束

15、后，按“確認(rèn)”鍵退出修改。 X5045P存儲(chǔ)器數(shù)初始化，在儀表送電前同時(shí)按下“增加”鍵和“減少”鍵。然后送電，這時(shí)儀表指示“EEEE”。大約10秒鐘后儀表關(guān)電后重新開(kāi)電即可。初始化后儀表中已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將被全部清除，儀表需要進(jìn)行重新標(biāo)定后，方能正常使用。六、常見(jiàn)故障及排除方法儀器出現(xiàn)故障時(shí)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(méi)有接好,儀表后部插頭松動(dòng)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(shí)際被測(cè)介質(zhì)溫度之間的關(guān)系。實(shí)際被測(cè)介質(zhì)溫度可以用玻璃溫度計(jì)測(cè)量；溫度傳感器DS1820是全數(shù)字化產(chǎn)品，

16、所以?xún)x器溫度顯示無(wú)需調(diào)校3超聲接收信號(hào)是否正常超聲接收信號(hào)是否正常決定了儀表能否正常工作，如發(fā)現(xiàn)濃度無(wú)指示或指示異常，可進(jìn)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(gè) 硫酸沒(méi)有充滿(mǎn)測(cè)量槽或沒(méi)有酸流過(guò)測(cè)量槽, 換能器接線(xiàn)沒(méi)有接好,或換能器和反射板故障 沒(méi)有按照要求安裝檢測(cè)器. 檢測(cè)器線(xiàn)路板故障 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器與信號(hào)處理器之間的串行數(shù)據(jù)通信線(xiàn)有問(wèn)題關(guān)小出口閥，全開(kāi)進(jìn)口閥，調(diào)出口閥有合理酸流量 將換能器連線(xiàn)重新接好,并檢查換能器和反射板按照要求安裝檢測(cè)器. 檢查檢測(cè)器線(xiàn)路板故障或與生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)系檢查現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器與信號(hào)處理器之間的接線(xiàn)2濃度指示跳動(dòng)，P7狀態(tài)下回

17、波數(shù)大于三個(gè)，P-6指示跳動(dòng)， 被測(cè)介質(zhì)中有氣泡開(kāi)大進(jìn)口閥，進(jìn)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(gè)，P-6指示異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)不正常重新對(duì)X5045存儲(chǔ)器數(shù)初始化在P-6狀態(tài)下，通過(guò)面板操作進(jìn)行調(diào)整與生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)系4顯示濃度與實(shí)際不符，有一定差距儀器有誤差在P-0狀態(tài)下，通過(guò)面板操作進(jìn)行調(diào)整5溫度和濃度數(shù)據(jù)均沒(méi)有檢測(cè)器與信號(hào)處理器之間通信線(xiàn)沒(méi)接好現(xiàn)場(chǎng)干擾大線(xiàn)路板故障檢查檢測(cè)器與信號(hào)處理器之間通信線(xiàn)將屏蔽層接地與生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)系4 沒(méi)有電流輸出順序現(xiàn)象原因排除方法1沒(méi)有輸出信號(hào)外聯(lián)儀表故障或外聯(lián)接線(xiàn)有問(wèn)題輸出電路OP07損壞檢查外聯(lián)儀表或外聯(lián)接線(xiàn)更換OP07功放5 儀器走死線(xiàn)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(xiàn)，輸出電流不變化被測(cè)酸不流動(dòng)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(dòng)更換OP07功放，或與廠(chǎng)家聯(lián)系重新送電或與生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)系七、儀器的成套整套儀器包括：信號(hào)處理器一臺(tái)（包括安裝托架一付）；檢測(cè)器一臺(tái)說(shuō)明書(shū)一份測(cè)量槽一個(gè) 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(shí)有一定的危險(xiǎn)性，可以用蒸餾水代替硫酸對(duì)本儀器的以下某些性能進(jìn)行標(biāo)定。在用水代替硫酸進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可用一個(gè)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(mǎn)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(duì)儀器溫度信道的檢測(cè)，如儀器指示與水的實(shí)際溫度不一致，可按P1的調(diào)整方法調(diào)整。水的實(shí)際溫度可用玻璃溫度計(jì)測(cè)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