（机械电子工程专业论文）光源光强调制技术的智能浊度仪的研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 英文摘要 摘要 水是人类赖以生存的重要条件，如与人民生活息息相关的自来水，浊度是水 质监测的必检项目。在环境监测、卫生防疫、食品、医药、电子和能源工业中， 对水中含有的不溶性悬浮物质都有量的限定，表示该量的主要技术参数 是浊度。浊度计作为测量水质浊度的计量仪器，广泛用于上述行业。据不完全统 计，我国每年所需工业浊度仪总数量约1 0 0 0 台左右。然而，目前我国市场上的 浊度计很大程度依赖于进口，这些浊度计虽然测量精度和稳定性都很好。但结构 复杂，价格昂贵。 计算机技术的飞速发展，测量仪器由最早的指针式仪器、数字式仪器发展到 智能式仪器仪表，近些年出现的虚拟仪器仪表。这些仪器仪表充分利用现有计算 机资源，把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量控制能力结合在一起， 从而降低了仪器的硬件成本和体积，而且具有柔性，很容易实现在测量仪器的基 础上扩充比如控制能力、同其他测量数据的综合分析等。 本文提出了用调制光源光强测量浊度的方法，实际上是将信号处理技术应用 于具体的浊度测量，即将采集到的信号通过带通滤波、整流、低通滤波，从而得 到滤出环境光、杂散光、电路噪声等干扰的浊度信号。本文进一步在计算机上对 调制光源光强测量浊度过程进行仿真实验，得到满意的结果。在此分析和仿真实 验的基础上，实践制作智能化的浊度仪。该智能化浊度仪的软件在m i r o s o f t v i s u a lc 6 0 开发环境用c h 语言编写，它充分利用计算机强大的计算处理能 力，图形界面显示、储存、打印功能。计算机程序自动获取并储存硬件系统的传 输特性，然后利用传输特性对采集数据进行非线性校正。易操作的人机界面对仪 器标定，并保存标定数据。这样对硬件转换线性度没有要求，另外即使元件老化， 可方便地重新获取并储存硬件系统的传输特性，重新标定仪器，恢复仪器的测量 精度。采集到的信号进行非线性校正后，用软件数字滤波、整流得到滤出环境光、 杂散光、电路噪声等干扰的浊度信号。浊度信号与标定数据进行插值计算得到浊 度值。通过计算机友好的图形界面显示或保存、打印。在硬件方面主要有单片视、 a d 转换、探头、多路开关组成。单片机为硬件的核心，它负责与计算机通讯， 控制m d 转换，控制电路的切换，产生调制光源信号等，整个硬件电路相当简洁。 以上所述可见仪器很大程度依赖于软件，而对硬件的要求并不高，从而降低了仪 器的硬件成本。 该仪器的测量结果显示调制光源光强测量浊度的方法结合计算机强大的数据处 理能力，确实能实现一定精度的浊度测量，而且降低硬件成本，有利于仪器的进 一步的扩展其功能。 关键字：浊度浊度测量调制背景光非线性校正 重庆入学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h ew a t e ri se s s e n t i a lt op e o p l e sl i f e i nt a pw a t e l p r o c e s s t u r b i d i t ym u s tb e m e a s u r e da n di nm a n yr e a l ms u c ha se n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n , s a n i t a t i o n ，f o o d - m a d e ， m e d i c i n e 、e l e t i - o n ，e n e r g y s o u r c ea n de t c ，t h e q u a n t i t yo ft h es u s p e n d e dm a t t e r p r e s e n t e di nw a t e ri s1 i m i t e dt os o m ee x t e n t n l i sq u a n t i t yi sm e a s u r e d i 1 1 t u r b i d i t y t u b i d i t ym e t e ri su s e dt om e a s u r et u r b i d i t y a sai n s t r u m e n tm e a s u r i n gt u r b i d i t y , t u b i d i t ym e t e ri sw i d e l ya p p l i e dt o 血o s ei n d u s t r ym e n t i o n e da b o v e a c o o r d i n gt o s t a t i s t i c at h o u s a n do ft u r b i d i t ym e t e ra r en e e d e di no u rc o u n t r ye a c hy e a t h o w e v e r , a c q u i r e m e n to ft h e n lt oag r e a te x t e n td e p e n d so ni m p o r t t h o u g ht h o s et u r b i d i t y m e t e rh a v es a t i s f a c t o r y p r e c i s i o na n dr e l i a b l e ，t h e ya r ec o m p l e x ，e x p e n s i v ea n db u l k y a sc o m p u t e rt e c h n o l o g yd r a m a t i cd e v e l o p m e n t ，m e a s u r ei n s t r u m e n te v o l v e d f r o mb a n d 。o r i e n t e da n dd i g i t a ls c r e e n 、o r i e n t e di n s t m t m e n tt oi n t e l l i g e n ti n s t r u t m e n t f a r t h e rt om a li n s t r u m e n tw h i c hl a t e rd e c a d ea p p e a r e d 1 n b o s ei n s t r u m e n tf u l l y e x p l o i tt h er e s o u r c eo fc o m p u t e r , i n t e g r a t i n gc o m p u t e r sc a p a b i l i t yo fp r o c e s s i n gd a t a a n dc o n t r o l l i n ga b i l i t yo fh a r d w a r eo fi n s t r u m e n t st o g e t h e r a sar e s u l t t h eh a r d w a r e c o s ta n db u l k d e c r e a s e ，f u r t h c i t n o r et h e y a r em o r ef i e x i b l ea n de a s i e rt ob e p r o l i f e r a t e dt h a u _ t r a d i t i o n a lm e a s u r e i n s t r u m e n t s i nt h ed i s s e r t a t i o n ，p u f i n gf o r w a r dam e t h o dt h a te m p l o y sm o d u l a t i n gl i g h ta s l a m ph o u s e i nf a c t , i ti sa p p l i c a t i o no fs i g n a lp r o c e s st e c h n o l o g y t ot u r b i d i t ym e a s u r e i no t h e rw o r d ，t h es i g n a la c q u i r e dw h i c hc o n s i s t so f t u r b i d i t y , b a c k g r o u n dl i g h ta n d n o i s eo fc i r c u i t p a s s i n g ab a n d p a s s f i l t e r , c o m m u t a t o ra n dl o w p a s sf i l t e r , t h e n b e c o m i n gas i g n a le l i m i n a t e db a c k g r o u n dl i g h ta n dn o i s eo fc i r c u i t f a r t h e ri nm e d i s s e r t a t i o n , s i m u l a t i n gt h em e a s u r ep r o c e s si ne o m p u t e r , a n da b t a i n i n gs a t i s f a c t o r y y e s u l t s o nt h eb a s i so ft l l e a n a l y s i sa n dt h e s i m u l a t i o na b o r e , i m p l e m e n t i n gt h e t u r b i d i t ym e t e r t h es o f t w a r eo f t h et u r b i d i t ym e t e rw a sw r i t e di nc 抖l a n g u a g eo n m i r o s o f tv i s u a lc + 十6 0e n v i r o n m e n t t h ei n s t r u m e n tf a d l ye x p l o i t st h ec a p a b i l i t yo f c a l c u l a t i o n ，d e a l i n gw i t hg r a p h ，d i s p l a y m e n t ，s a v i n gd a t aa n dp r i n t i n g c o m p u t e r a u t o m a t i c a l l ya c q u i r e sa n d s a v e st h ec h a r a c t e r i s t i cd a t ao fh a r d w a r ei nt h ep r o c e s so f c o n v e r ta n dt r a n s f e r sw h i c hu s e dt or e v i s en o n l i n e a rd a t al a t e l - b yf r i e n d l yi n t e r f a c e b e t w e e nh u m a na n d c o l f l 【p u t e r , c a l i b r a t i o nb e c o m ev e r yc o n v e n i e n t t h er e a s o nt od o s oi st h a tm a d e p r e c i s i o no f i n s t r u m e n tl e s sd e p e n d so nl i n e a rp r e c i s i o no fh a r d w a r e i na d d i t i o n a le v e ni ft h ec i r c u i ta n de l e t r i cc o m p o n e n tb e c o m ea g i n g b yn o n l i n e a r r e v i s i n ga n dc a l i b r a t i n ga n e w it h ei n s t r u m e n tc a ne a s i l yr e s t o r ei t sp r e c i s i o n i nt h e a s p e c to fh a r d w a r e ，t h ei n s t r u m e n tm a i n l yc o n s i s t so fs i n g l e c h i p ，a 仍c o n v e r t o r , d e t e c t o ra n dm u l t i p l e x e r s s i n g e c h i pi st h eh e a r do fh a r d w a r e i tt a k e s c h a r g eo f c o m u n i c a t i o nw i t hc o m p u t e r , c o n t r o l l i n ga dc o n v e r t o r , s w i t c h i n gm u l t i p l e x e r sa n d p r o d u c i n gl a m p h o u s e s i g n a l 。r h eh a r d w a r eo f i n s t r u m e n ti sv e r ys i m p l e a f t e ra 1 1 t h e i n s t r u m e n tt og r e a te x t e n td e p e n d so ns o f t w a r ea n dl e s so nh a r d w a r e t h ei n s t r u m e n t i su n e x p e n s i v ea n dl e s sb u l k l y 重庆大学硕士学位论文英文摘要 t h er e s u l ta b t a i n e db yu s i n gt h ei n s t r u m e n tt om e a s u r et u r b i d i t yi n d i c a t e dt h a tt h e m e t h o dt h a te m p l o y sm o d u l a t i n gl i g h ta s l a m ph o u s ec o m b i n i n gw i t hc a p a b i l t yo f c o m p u t e r c a nd os a t i s f a c t o r ym e a s u , l - e 。i ti sw o r t h 幻r e c o m m e n d k e yw o r d s ：t u r b i d i t y , m e a s u r e m e n t o ft u r b i d i t y , m o d u l a t i o n ，b a c k g r o u n d - l i g h t ， n o n l i n e a rr e v i s i o n 重庆大学硕：t 学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 浊度的简介 1 1 1 浊度的概念 在人们生活和生产中，常用浊度( t u r b i d i t y ) 来表征液体的清洁度，水的浊 度是泥沙、粘土、微细的有机物和无机物、可溶的有色有机化合物以及浮游生 物和其它微生物等悬浮物质所组成。这些悬浮物质能吸附细菌和病毒，所以浑 浊度低有利于水的消毒，对确保水质指标有极重要的影响。国际标准化组织定 义为：由于不溶解物质的存在所引起的液体透明度降低，可见，浊度不等于固 体悬浮物质( s u s p e n d e d - - s o l i d s ) 含量，固体悬浮物质含量是水中可以用滤纸截 留的物质重量；而浑浊度则是一种光学效应，它表现出光线透过水层时受到阻 碍的程度。这种光学效应与颗粒的大小及形状有关，实践证明浑浊度与悬浮物 固体物质的重量浓度没有任何的相关关系。水的浑浊度越高，反射光和散射光 就越强，而透射光就越弱；反之，水的浑浊度越低，反射光和散射光就越弱， 而透射光就越强。因此测定散射光与透射光强度间的变化，就可以测得水的浊 度。 1 1 2 浊度的计量单位 最早水的浊度测定只能是采用定性描述，以“浑”的程度大小表示水的浑 浊程度。随浑浊度定量的发展。出现了不同浊度大小定量测量的单位。 早在1 8 9 9 年美国人杰克逊( d ，d 。3 a k s o n ) 首创烛光浊度仪是通过慢慢放 低试管水位直到人的眼睛刚刚见不到烛光火焰为止，所测出的水深查表求得混 浊度，以j t u 为单位，称为杰克逊浊度单位( j t u ) ，但浊度单位长期没有统一。 国际标准化组织1 9 8 4 年颁布的i s 0 7 0 2 7 水质一浊度的测定国际标准，规定 了浊度标准溶液的配制方法和浊度单位，为浑浊度的测定提供了可靠的依据。 目煎许多国家( 包括我国) ，在浑浊度测定标准单位的使用上，还未达到规范化， 除j t u 外，还有“度”、“m g 1 ”、“f n u ”、“f + r u ”、“n t u p p m ”等。一些书刊上 的标准溶液配制方法和浊度单位也不规范统一，给测定工作带来麻烦。现将各 种浊度标淮溶液单位的意义解释如下 ( 1 ) 杰克逊浊度单位( 3 - t u ) 一般使用的是烛光浊度计。这种浊度计用蜂蜡 和鲸脑蜡按定规格制成标准烛，规定燃烧速度，在垂直的玻璃管下点燃，用 目视来确定水拄高度后测定标准烛单位。这种浊度单位在欧洲应用较多。 ( 2 ) m g 1 、度以不溶性硅，如漂白土、高岭土等，在蒸馏水中所产生的光 学阻碍现象为基础，规定l m g 1 的s i o , 所构成的浑浊度为l 度。这个单位称为 “硅单位”。它虽然比较实用，但不十分严格。我国国家标准g b 5 7 5 0 - - 8 5 生 活饮用水标准检验法中规定“相当于i m g 一定粒度的硅藻土在1 0 0 0 m l 水中所 产生的浑浊程度称为1 度”。6 2 款“分光光度法一甲脂聚合物标准”中， 采用硫酸肼和六次甲基四胺配制浊度标准溶液，单位也称之为“度”，方法完全 与i s 0 7 0 2 7 相同。 ( 3 ) f n ui s 0 7 0 2 7 国际标准中称之为福尔马肼浊度单位，其标准溶液的配 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 制方法是： 溶解1 0 o g 六亚甲基四胺( c 。n ) 于蒸馏水中，并稀释至l o o m l ( 溶液a ) ； 将1 o g 硫酸联氨( n 。h 。h 。s 0 。) 溶于蒸馏水中，并稀释至l o o m l ( 溶液b ) ； 取5 m l 溶液a 和5 m l 溶液b 混合，在2 5 6 3 。c 下放置2 4 h ，然后用蒸馏水稀 释至1 0 0 0 m l ： 此溶液为4 0 0 f t u ( 福尔马肼浊度单位) 。在2 5 6 3 。c 的干燥洁净的环境中可 稳定保存四周； 用移液管和容量瓶以蒸馏水稀释贮存溶液，配制所需浊度范围内标准对照 溶液。例 如，取4 0 0 f t u 标准溶液2 5 m l ，加蒸溜水稀释至l o o m l ，此溶液浊度为i o o f t u ， 这种溶液仅能稳定保存一周。 ( 4 ) f t u1 9 7 1 年美国公共卫生协会采用福尔马肼( f o r m a z i n ) 聚合物作为基 准液，当l l 水中含有i m g 此种悬浮物时，其浑浊度称之为l f t u 。溶液的配制 方法同i s 0 7 0 2 7 国际标准。 ( 5 ) n t u 当散射原理的浊度仪采用福尔马肼( f o r m a z i n ) 聚合物作为基准物 时，l l 水中含有i m g 此种悬浮物时的浑浊度称之为1 n t u 。溶液的配制方法同 i s 0 7 0 2 7 国际标准。 ( 6 ) p p m 将l g 精制的高岭土放人l l 的烧瓶中，然后加入蒸馏水至1 l 刻度 为止，便得1 0 0 0 p p m 的标准溶液。用此溶液可配制出各种浓度的标淮浊度溶 液。 通过以上介绍可以看出，f n u 、f t u 和n t u 的方法完全一致，但必须指出 标准浊度单位p p m ( 硅藻土) 与福尔马肼聚合物标准浊度单位f t u 、n t u 、f n u 之间并没有任何对应的线性关系。由于配制溶液所使用的试剂不同，所以其 结果也是两种不同的浊度单位。现世界各国普通采用再现性和稳定性好的福 尔马肼( f o r m a z i n ) 聚合物浊度标准单位测得的浊度即f n u 、f t u 和n t u 。而 国际标准化组织颁布了i s 0 7 0 2 7 - - 1 9 8 4 水质浊度的测定的国际标准，无疑 这是对p p m 、m 1 、度等标准度的单位提出了挑战。我国国标g b 5 7 5 0 - - 8 5 中6 2 款也是采用福尔马肼聚合物标淮浊度溶液，只不过单位称之为“度”。我国的 标准应与国际标准单位统一，使浊度测量做到标准化、规范化。 1 1 3 浊度测量方法 浊度的测定目前有化学分析法和仪器分析法两种，化学分析法采用透明度 试管法和透明度试验圆盘法，适用于实验室或野外作人工分析测定；仪器分析 法利用8 8 0 h m 近红外光源，采用光学透射或散射原理，将浊度转换为光电信号， 测出浊度数值大小。工业过程浊度仪可对各种工艺过程中水质浊度进行长期、 连续分析测量；而实验室浊度仪为小型台式或便携式，适用于实验室中或野外 对水质浊度进行间隔分析测量。仪器分析法基本方法如下几种： ( 1 ) 透光式测定法光透过浊液被减弱的程度与浊度有一定函数关系，测量透过 待测浊液的光的强度，来得到浊度值。透射光强度随浊度的变化遵从朗伯 特一比尔定律，即透射光随浊度增加按指数形式衰减 i r = i o e x p ( 一k t l ) 式中，i o 为入射光的强度，l 为液体透光层厚度，k 为比例常数，i 。为透射 光的强度，t 为水的浊度。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 图1 1 透射法测量原理 f i g1 1p r i n c i p l eo f t r a n s m i s s i o n - b a s e d m e a s u r e ( 2 ) 散射测浊度法由于液体中悬浮微粒引起光的散射，散射光的强度与浊度有 关。通过测量散射光强，可得到浊度信息。在浊度不大的情况下 ( 2 0 0 0 f t u ) ，9 0 。方向所接受到的散射光强度可用下式来表示： i 。= i 。( i ( n v 2 4 ) 式中，i 。为入射光的强度，k 为系数，n 为单位容积的微粒数，v 为微粒的 体积，九为入射光波长。假设九和v 为常数，则k n v 2 4 与单位容积微 粒的总数或总体积成正比，也就是与浊度成正比，则有： i r - k t i d 式中t 为水的浊度，k 为系数。 按其测量方向的不同，又分为前散射式、垂直散射式和向后散射式三种方 法。 图1 29 0 ”散射法测量原理 f i g1 2p r i n c i p l eo f s c a t t c t b a s e dm e a s u r ea t9 0 0d i r e c 在o n ( 3 ) 透射光和散射光比较测定法即透射光和散射光比较测定法。它是以上两种 方法的综合，采用透射光和散射光强比较的方法测量浊液的浊度，这种方 法可以消除部分干扰，提高灵敏度。 ( 4 ) 表面散射法表面散射法测量发生在水层的近表面层的散射光强度，来得到 浊度值。表面散射浊度测量是一种非接触测量法，即散射光接收光学系统 及接收器与水样是非接触的，避免了光学接收窗口等的污泥、结垢现象。 且其测量范围宽、线性度好，因而常用于浊度较高的水源水测量中。 ( 5 ) 偏振法对于粗大的颗粒，散射光为部分偏振光，而且偏振的程度与颗粒的 大小和形状有关。通过对偏振度的检测，可测量浊度。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 图1 3 表面散射法测量原理 f i g1 3p r i n c i p l eo f s u r f a c e s c a t t e r - b a s e dm e a s u r e 1 1 4 浊度仪的种类 测量浊度的仪器叫浊度仪。按照所测量浊度的范围，可分为低浊度仪、中 浊度仪、高浊度仪。基于测量浊度的方法，可分为透射式、散射式、透射光和 散射光比值式、表面散射式、偏振光式浊度仪。当然，测量浊度的范围和测量 浊度的方法是有关系的。比如，透射式浊度仪一般也是中、高浊度仪。而透射 式浊度仪也是低浊度仪。按浊度仪结构不同，可分为窗口测定槽式、落流式、 振动片式和积分球式。按浊度仪安装结构不同，有可分为流通式、沉入式、插 入式、伸缩可拆卸带球阀插入式浊度仪。总之，选用浊度仪必须考虑测量的范 围、工作环境等因素。 1 。2 国内外浊度仪现状 1 2 1 国外浊度仪器的现状 进入如上个世纪9 0 年代后，国外许多仪器仪表公司推出了技术先进、性能 优良的浊度仪。在众多的浊度仪产品中具有代表性的品种有英国a b bk e n t ( 肯 特) 公司的4 6 7 9 系列；美国m a c h ( 哈期) 公司的1 7 2 0 d 、9 s 6 系列：美国 r o s e m o u n t ( 罗斯蒙特) 公司的2 1 2 d 系列；德国e + h ( 恩德斯壕斯) 公司的c u m l 5 1 1 2 1 、c u s i c u s 3 系列；法国p o l y m e t r o n ( 波尼梅隆) 公司的t x p r 0 2 w p 2 0 0 系列；美国g r e a tl a e k s ( 大湖) 公司的9 5 t 8 2 2 系列i 瑞士z u l l i g ( 助力) 公司 的c o s m o s 系列；日本d k k 公司的t u f 一7 m 系列；日本东亚电波公司的t b m 系列 以及日本横河公司的8 5 6 0 系列等等。这些新型的工业浊度仪，都是采用单片微 计算机技术，许多仪器的单片机都是目前最新型高级的单片微机芯片。如美国 m o t o r o l a 公司的m c 6 8 h c i i f i 增强型单片微机，显示屏采用带有背光的点阵l c d 液晶屏，使得所显示的信息量非常大，方便了用户的使用。有的公司产品将测 定浊度和固体悬浮物质可以用同一只探头、同一台仪器操作，只需按下功能 转换键就可以了，不需要重新进行参数没定和更换测量探头，大大扩张了仪器 的应用范围，增强了仪器检测的多元化功能。几乎所有高浊度产品都带有自动 清洗装置、许多低浊度产品可选配自动清洗装置或自带清洗装置，仪器可以在 较为恶劣的工况环境中使用，如工业废水、粘性较大的工业现场等。可根据测 量要求，对自动清洗程序自行设定，从而保证了浊度仪长期稳定地运行。 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 美国h a c h 公司在1 9 9 8 年下半年最新推向市场的1 7 2 0 低浊度仪，是广泛用 于工业除盐水、 生产饮用水输水浊度监测的一种高性篚低价值的先进在线浊度仪。1 7 2 0 d 是原 】7 2 0 c 的换代产品，测量量程为0 0 0 1 一l o o n t u ，传感发送器的安装形式为流通 式，1 7 2 0 d 具有如下一些突出的优点： ( 1 ) 在水样进样流路中有一系列内置隔板从而有效地将水样中空气气泡排 空排除了浊度读数不稳定和防止了虚假的高浊度读数现象出现。 ( 2 ) 在光路光源设计中有效减少杂射光提高了仪器的稳定性。 ( 3 ) 每套仪器可连接8 个1 7 2 0 d 传感发送器即可同时监测8 个点，并由一 台a q u a t r e n d 多通道显示器作为网络界面将各点测出的数据显示出来。当在一 个网络中不止一台多通道显示器时可将其中一台指定为主显示器，其余的作 为远程显示嚣，此时主显示器就是网络的管理员用户可根据需要增减设备台 量。主显示器和远程显示器都能进入任何仪器的设定菜单而改变其设置并执行 校正。 ( 4 ) 1 7 2 0 d 采用两种校正方法：常规校正和对比校正。所谓常规校正是采用 i s 0 7 0 2 7 国际标准中的方法配制f o r m a z i f i e 标准浊度溶液进行校正；所谓对比 校正是用实验室浊度仪来校正1 7 2 0 d 浊度仪这时a q u a t r e n d 多通道显示器会 在屏幕上显示出数据信息，即可一步步完成校正。此外1 7 2 0 d 在传感器头部材 料也进行了改进耐腐蚀性更强，可长期用于腐蚀性极强的恶劣工况中。这种 采用计算机网络技术用于浊度检测控制中， 不能不说这是1 7 2 0 d 的一个成功突破。 瑞士z u l l i g 公司的c o s c o m 浊度仪采用插入式浊度探头，可以只使用一只探 头既可测量浊度又可测量固体悬浮物质，浊度范围从o 1 4 0 0 0n t u ；显示单位 除n t u 外，还可以自动换算为p p m 或m g 1 对高浓度的固体悬浮物质的测量通过 专门校准完成，其值最高可测到l o o g l 活性污泥和4 0 0 9 l 二氧化硅。c o s c o m 浊度仪的安装使用非常灵活，可以插入式，也可以流通式或沉人式测量。仪器 带有自动清洗装置该清洗装置由一旋转的清洗器组成，清洗时间程序根据需 要自行设定。c o s c o m 在进行大范围不同浓度的浊度或固体悬浮物质检测时检测 室内不产生气泡，这是因为在仪器内装有一个独特的除气泡系统可有效消除 对浊度或固体悬浮物测量的影响。当仪器进行校正时，对浊度测量时一般可不 需校正即使需要校正时，测量浊度和固体悬浮物质也只需进行一点校正已完 今满足要求；但c o s m o s 浊度仪最多能提供1 5 点用于校正作线性曲线的测量需 要。在需要进行测量固体悬浮物质时，只要用手触按浊度固定悬浮物选择按 键即可，不需作其它任何改变，使用操作非常方便。 英国a b bk e n t 公司的4 6 7 0 系列浊度仪具有四种类型的浊度传感发送器 可任意选配，7 9 9 7 一l o o 型为流通式低浊度测量，量程最大为o 一3 0 n t u ：7 9 9 7 2 0 0 型为流通式低浊度测量最大量程为o 2 5 0 n t u ；7 9 9 7 3 0 0 型为流通 式，中浊度测量最大量程为o 一5 0 0 n t u ；7 9 9 7 4 0 0 型为浸入式，高浊度测量， 适用于敞开式管道和容器安装使用，最大量程为o 一1 0 0 0 n t u 。根据所测量的浓 度选择合适量程的浊度传感器可最大限度地保证测量的准确性和精度。4 6 7 0 系列浊度仪另一个显著的特点是仪器校准方便，采用湿法和干法两种校正方法。 湿法校准是采用f o r m a z i n e ( 福尔马肼) 浊度标准溶液进行校准但在使用过程 中不大方便这时可用干法进行校正。干法校正是用固态二次校正标准方法固 态二次校正标准是一个独立的部件，它直接安装在7 9 9 7 浊度传感器中，不需要 重庆大学顾士学位论文1 绪论 用化学标准溶液来校正，所以使用时非常方便。每个固态二次校正标准部件上 标有浊度值，此数值是在出厂前已用f o r m a z i n e 标准校正并在此部件上标明， 所以十分可信，使用时将所需要浊度值的固态二次标准部件装上即可。其它如 独立的消除气泡系统、长时间的自动零点跟踪功能、发送器自动清洗装置、大 屏幕点阵l c d 字符显示等等，都体现出4 6 7 0 系列独度仪产品的技术先进，是 9 0 年代后期国外较新颖、先进的分析仪器品种之一。 法国p o l y m e t r o n 公司1 9 9 8 年初推向市场的t x p r o2 系列浊度固体悬浮 物质分析仪是原t x p r o 高浊度仪的重新设计型产品，是一种新型的工业过程浊 度仪表。t x p r o2 对高低浊度和固体悬浮物的测量全部使用插入式传感发送 器其中w p 一2 4 0 为使用压力0 4 m p a 的浊度测量探头，w p - 2 4 2 为带伸缩可拆 卸球阀用于1 m p a 压力的低浊度测量探头，量程均为0 2 0 0 n t u 。用于高浊度测 量的w p 一2 6 0 探头，使用压力为0 4 m p a ，而带伸缩可拆卸球阀的w p 一2 6 2 探 头使用压力则可达1 m p a ，测量量程均为o - - 2 0 0 0 n t u 。当测量固体悬浮物时，把 w p 系列浊度探头换成r d 系列固体悬浮物探头即可。探头上带有自动清洗装置。 由于测量窗孔透光材料采用抗磨宝石，所以自动清洗寿命长，整个自动清洗时 间程序根据使用测量工况自行设定，可靠性好，操作使用十分方便。t x p r o2 采用带背光点阵液晶显示屏显示字符、菜单设定参数、故障自诊断、自动校正、 传感发送器性能白检等等功能，不但整机的技术性能十分先进，而且都是从用 户的应用出发，既实用又几乎达到维护工作量又极小的最佳状态。 1 2 2 国内浊度仪器的现状 我国的工业过程浊度仪，从无到有，近几年来得到较大发展。7 0 8 0 年代，工业浊度在线测量仪表，在我国几乎还是一个空白点即使后来有了浊 度仪，也是指针显示体积较大，只能进行流通式测量，可靠性和稳定性都很 差。经过近1 0 年的技术攻关和引进国外先进技术经验，国产的浊度仪已有很大 变化，不但初具规模，有多家厂商生产，而且有些技术指标还达到了较高水平。 上海雷磁仪器厂的w z t - 1 7 0 型高浊度仪，测量范围o 一1 0 0 0 f t u ：w z t 7 0 1 型低浊度仪，测量范围为o 一2 5 f t u ，广泛用于自来水厂、污水处理厂、废水处 理监测等行业。这两种浊度仪的外形尺寸相同，十分小巧，仅2 0 0 x 1 2 0 x 7 5 m m 。传感发送器为流通式，直接安装在管路中进行连续测量，整套仪器安装 在一个支撑座架上，只要将样水用管道直接接入传感发送器即可测量。为防止 对传感发送器污染，若需清洗，可选用超声波清洗器进行定时清洗。w z t 系列 高、低浊度仪均有六种不同的测量量程可供选择，根据用户需要，在出厂时加 以确定。若不提要求，则按最大测量量程即高浊度o 一1 0 0 0 f t u 、低浊度。一2 5 f t u 供货。国营2 6 7 厂的w g z 一1 型浊度仪是军工厂军转民较成功的一个产品，仪器 具有六种测量范围可供选择，从o - - 2 至o 1 0 0 0 f t u 。仪器流程中装有消泡器， 使测量数值稳定性好；为了防止对传感器测量室的污染，可以选配自动清洗装 置，使用时应根据仪器测量范围调整清洗定时旋钮确定自动清洗间隔时间， 一般测量浊度值在1 0 f t u 以内，清洗间隔3 5 h ；测量浊度值在i o o f t u 以内， 清洗间隔时间1 - - 2 h ；测量浊度值在i o o f t u 以上时，清洗间隔l h 以内。但由 于w g z l 传感器与控制器组合在一个箱体内，安装只能从箱体水管连接引入， 安装方法较单一，许多场合如江河湖塘、他槽、敞口箱等工况环境都较难使用， 因此应用工况受到较大局限性。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 2 3 浊度传感器的现状 工业浊度仪传感器日前有插入式、沉入式、流通式和伸缩可拆卸带球阀插 入式等几种安装形式。为保证长期稳定分析测量的目的，几乎所有传感器都带 有自动清洗装置、消泡器，清洗的时间程序根据现场工况需要自行在控制器上 编程设计；消泡器则做成一个独立的部件，装入发送器内即可使用时非常方 便。 ( 1 ) 许多公司都提供多种发送器供不同工业流程中使用，如英国a b bk e n t 公司的4 6 7 0 系列浊度仪，就有7 9 9 7 1 0 0 、7 9 9 7 2 0 0 、7 9 9 7 3 0 0 、7 9 9 7 4 0 0 等多种传感发送器供选择配用。 7 9 9 7 - - 1 0 0 型：流通式结构，具有长时间的自动零点跟踪和极低的背景杂 散光，稳定性特别好，分辨率0 o i n t t ，精度可达0 1 n t u ，适用于检测处理 过的饮用自来水和过滤水。由于测量的浊度值较小，水质较好，一般不需使用 自动清洗装置。 7 9 9 7 2 0 0 型：流通式结构，测量范围o 一2 5 0 n t u ，它和自动清洗装置配合 使用，通过对4 6 7 0 系列的编程选择测量范围，可使量程从o 一5 0 n t u 提高至0 2 5 0 n t u ，适用于检测饮用水或工业水处理经初步过滤后的水。 7 9 9 7 - - 3 0 0 型：流通式结构，测量范围0 5 0 0 n t u ，与自动清洗装置配合使 用。由于专为中高浊度测量设计，测量稳定可靠，主要用于污水排放和混浊河 水的入口监测，也可用于过滤后冲系统测量。 7 9 9 7 _ 4 0 0 型：浸入式( 沉入式) 结构，量程超过1 0 0 0 n t u ，具有背景光补偿 系统以确保高浊度测量的精确。自动清洗装置作为标准配置，可使维护量最小 且保证了仪器长期连续地使用。广泛应用于污水排放监测、污水厂爆气池、沉 砂池的污水浊度测量。 ( 2 ) 各类仪器的传感器虽然外形结构不一样，但传感器有插入式、浸入式、 流通式等各种形式，适用于各种工业现场，只不过每种型号的浊度仪不一定具 备这么全的安装形式，可根据需要的工况来选择传感器和浊度仪。 ( 3 ) 传感发送器的材料有许多品种任选：3 1 6 s s 不锈钢、聚苯硫醚工程塑料、 a b s 工程塑料等，对不同工况的条件，如温度、压力、腐蚀状况进行选择，使 之既满足测量要求，又能做到经济实惠。 ( 4 ) 在进行浊度测量时，传感发送器与控制显示器的距离一般为5 一1 5 m ， 所以各种浊度仪自带信号电缆不同，大约在5 一1 5 m 之间，若安装距离大于自带 电线长度，在订贷时一定要提出。因为浊度仪与传感发送器之间连接的电缆是 专用信号传输电缆，普通信号电缆不能使用，需特别注意。 ( 5 ) 各公司的传感发送器都有较好的外壳防护性能，一般均可达到 n e m a ( i p 6 5 ) 等级。有的发送器具有本安防爆级别，如p o l y m e t r o n 公司的w p 一 2 4 0 、w p 一2 4 2 、w p 一2 6 0 、w p 一2 6 2 ，均可在有爆炸危险的环境中长期连续使用。 ( 6 ) 由于光电一体化的先进技术，使有的浊度传感发送器的体积做得十分 小巧。8 8 0 n m 的固定波长光源是一只发光二极管，经过光电转换后再将信号输 入至控制显示器。因现代电子元器件体积都特别小，传感发送器外形尺寸仅 3 8 x 1 7 5 m m ，如法国p o l y m e t r o n 公司的w p - - 2 4 0 、w p 一2 6 0 ：德国e + h 公司的 c u s l 浊度传感发送器外形尺寸也只有q ) 4 0 x 2 1 7 m m 。 ( 7 ) 传感发送器都带有自动清洗装置，有的自动清洗装置看起来十分简单可 靠，但设计得十分合理巧妙。清洗装置材料用柔性耐磨橡胶，所以擦洗光源窗 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 口，不会造成损伤，长期连续使用极少发生故障，而且清洗时间程序设定范围 非常宽最短时间可精确至秒最长时则可达1 9 9 9 h 。 ( 8 ) 许多传感器光源窗口采用抗擦伤宝石材料，长期清洗磨擦也不会格窗 口透明度擦毛，如z u l l i g 公司的c o s m o s 浊度探头、e + h 公司的c u s i 探头、 p o l y m e t r o n 公司的w p 一2 4 0 、w p 一2 6 0 探头等。探头中8 6 0 n m 脉冲红外光线通 过特殊设计的6 个宝石，为光通道进出测量介质，6 个通道在一个平面上， 通过两个脉冲红外光源的发射，传感器正确反映浊度值而不受镜面污染和颜色 的影响。 ( 9 ) 一般浊度传感发送器可用于0 3 m p a 压力下测量。p o l y m e t r o n 公司的 w p 一2 4 0 、w p 一2 6 0 浊度探头、e + h 公司的c u s i 浊度探头在装入可拆卸球阀后， 就可在压力i m p a 的高压工况中测量。 ( 1 0 ) 测量浊度和悬浮物固体使用同一台仪器，但用不同的探头，如e + h 公 司的c u s i 传感发送器测量浊度，换上c u s 4 就可测悬浮物固体物质；p o ly m e t r o n 公司的w p 一2 4 0 、w p - 一2 4 2 、w p - - 2 6 0 、w p 一2 6 2 传感器测浊度，r d 一2 4 0 、r d 一 2 4 2 、r d 一2 6 0 、r d 一2 6 2 、传感器测悬浮物固体物质；瑞士z u l l i g 公司的c o s m o s t l 浊度探头既可测量浊度，同时也可测量悬浮物固体物质，做到了合二为一， 给使用帝来极大便利。 ( 1 1 ) 传感发送器测量的浊度值，根据用户需要可以各种浊度单位显示，如 n t u 、f t u 、m g l 、p d m 等，其转换关系自行生成( 作为散射式浊度仪，是严格 按国际标准i s 0 7 0 2 7 采用f o r m a z i n e 浊度标准溶液进行校准的，浊度单位为n t u 、 f t u 与p p m 、m g 1 的标淮溶液采用的是高岭土或硅藻土配制的，标准物质是完 全不同的，所以n t u 、f t u 与p p m 、m g 1 之间并无直接的对应关系，各公司均 是近似进行折算，所以其p p m 、m g l 值只能作参数，特此说明) 。 ( 1 2 ) 对浊度仪的校淮目前均采用f o r m a z i n e 浊度标准溶液这在使用过程 中较麻烦，不但需暂停在线测量，而且稀释配制的f o r m a z i n e 浊度标准溶液保 存期不超过7 天，从而给使用者带来不便。a