硫酸酸浓分析仪.doc

USC-超声波硫酸浓度分析仪使用说明书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： 40303、精 度 测 量： 5%（相对误差）4、输 出 信 号： 420mADC5、负 载 电 阻： 08006、环 境 温 度： -10457、供 电 电 压： 22010%V AC8、功 率 消 耗： 30W三、仪器特点1、 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。2、 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。3、 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420mA DC，简化了仪器线路，提高了仪器的测量精度。4、 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1、 检测器结构检测器为流通式检测器。（其结构见图3a3b） 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。由于声时测量和温度测量是分时交替进行的，所以两个通道共用一个计数器电路，24M振荡器，串行信号转换、发送电路是公用的。2、信号处理器结构信号处理器是根据检测器传送过来的声时及温度信号，计算出硫酸浓度，分别送显示和输出，其框图见图6。计算机三位键盘四位显示串行数据光 隔脉宽-电流转换光 隔输出4-20mA报警电路图6 信号处理器框图计算机组成 信号处理器以ATMEL 89C52为CPU，X5045P E2PROM为数据存贮器，四位键盘为“切换”、“确认”、“增加”、“减少”，四位LED显示用来显示浓度和温度等工作状态。信号接收、处理 信号处理器接收信号检测器以串行数据方式送来的温度和声时数据，并对其进行计算和处理，然后送四位LED显示。输出电路 由计算机输出浓度对应的脉宽信号，经光隔后，通过脉宽-电流转换器，输出420mA电流信号。报警电路 当温度或声时采样数据异常时，计算机输出信号触发达林顿管、驱动继电器，输出报警信号。五、仪器安装、使用及调试（一）仪器的安装整套仪器分为现场的检测器安装和控制室信号处理器安装两部分进行。1、 检测器的安装流通式检测器的外形参见图3a，直接安装在采样管路上，其安装示意图见图11。安装流通式检测器的采样管道尽量采用耐酸材料制做，例如铸铁管和不锈钢管等。其酸采样口应位于待测酸管的侧面或管上部（待测管必须充满酸）以防酸泥堵塞。待测酸管和采样管之间配接，采用三通及大小头加以解决，由待测酸管取样阀出口至检测器入口的采样管线其水平长度应大于1.5米。检测器及配管的高度，应以便于安装和检修为原则，而且要充分考虑防止酸烫伤的安全事故，一般取1米高度左右。在检测器出口安装不锈钢阀门6，这时进口酸阀门3应尽量开大，出口酸阀门6尽量关小，并以此阀们调采样酸流量，以回酸能连续流出、不断流为好，以取得更好的测量效果。采样管路和检测器配合法兰，参见图3b及图11安装材料说明。建议在检测器出口回酸管的端部和循环槽平台之间加装漏斗装置，其目的便于了解和控制采样酸量。加装的漏斗装置以能观察到出酸量而无酸溅出为宜，其材质应耐腐蚀。2、信号处理器的外形、开孔及安装信号处理器可安装于现场防护箱内，也可直接安装在控制室仪表盘上。信号处理器的外形及表盘开孔尺寸见图12信号处理器外形尺寸：长X宽X高=360X96X144mm信号处理器在仪表盘上开孔尺寸：90+1X138+1mm信号处理器安装在现场时，应加防护箱，距离检测器远近应以便于维护和接线调校方便及离腐蚀源较远的地方为宜。信号处理器应安装在无强磁干扰场所。整套仪表之间的外部接线见图13，采用一根RVVP2X1.0两芯屏蔽电缆连接2#、3#端子，另采用一根RVVP1X1.0单芯屏蔽电缆，做为1#端子连接用。信号处理器电源的地(7#号端子)必须良好接地。或通过屏蔽层与现场检测器外壳相连。图11 流通式检测器现场安装示意图 注：（1）图中标示的“检测器出口流量控制阀”必须安装； （2）仪表正常使用时，“排污截止阀”必须关闭。图12信号处理器外形尺寸及开孔尺寸图13 USC型检测器与信号处理器接线图（二）仪器的使用 开机 仪器安装正确后，关闭检测器下部排污阀，缓缓开启取样阀，使检测器的测量槽内充满酸，流量不宜过大，如仪器第一次使用，或大修停机较长时间，检测器探头在酸中需充分钝化，这需等待一小时左右。然后再接通仪器电源，仪器即显示温度值，过几秒后自动跳转到浓度显示。同时信号处理器输出对应酸浓信号。 按键说明 信号处理器面板有四只按键，分别为“切换”键、“确认”键、“增加”键和“减少”键，其中“切换”键为显示切换，每按一下“切换”键显示窗口将由酸浓显示转换为温度显示，或由温度显示转换为酸浓显示。几秒钟不按键，仪器自动切换为酸浓显示。“确认”键有二个作用，分别为修改确认和进入调试状态。“增加”键和“减少”键在仪表调试状态使用 。 报警说明 当接收数据超限时，仪器将自动用面板上的二个指示灯显示报警状态，并接通报警触接点。 维护说明 仪器因工艺停车，长时间（10天以上）无采样酸流动情况下，应将流通式检测器的铸铝防护罩连同换能器、采样器一起从测量槽中拆除保养，待再使用时按要求重新安装接线。（注：铸铝件和测量槽紧固的4只螺栓切勿用力太大，避免接裂铸铝法兰）。（三）调试 按住“确认”键10秒左右，仪器将进入调试状态。 按“切换”键，仪器将交替显示“P- -0” P- -9”及其相对应的参数，其所代表的参数如下表所示：符号对应的参数正常值P- -0浓度校正91.00-95.00P- -1温度校正c10.00-c90.00P- -2输出电流零点o-04P- -3输出电流量程o-20P- -4下限报警91.00（可调）P- -5上限报警95.00（可调）P- -6声速校正1380左右P- -7回波个数3-10P- -8声时测量值9999-5000P- -9温度测量值常温下2000左右 浓度校正 当仪器交替显示P- -0和浓度值时，按“增加”键或“减少”键，可实现浓度校正。 温度校正 当仪器交替显示P- -1和温度值时，按“增加”键或“减少”键，可实现温度校正。 输出电流零点 当仪器交替显示P- -2和o- 04时，按“增加”键或“减少”键，可实现输出电流零点校正（4mA）。 输出电流量程 当仪器交替显示P- -3和o- 20浓度值时，按“增加”键或“减少”键，可实现输出电流量程校正（20mA）。 下限报警设定 当仪器交替显示P- -4和下限报警值时，按“增加”键或“减少”键，可实现下限报警设定。 上限报警设定 当仪器交替显示P- -5和上限报警值时，按“增加”键或“减少”键，可实现上限报警设定。 其余参数用户不要修改，以免影响仪器的正常测量。 修改结束后，按“确认”键退出修改。X5045P存储器数初始化，在仪表送电前同时按下“增加”键和“减少”键。然后送电，这时仪表指示“EEEE”。大约10秒钟后仪表关电后重新开电即可。六、常见故障及排除方法仪器出现故障时可按以下顺序检查1仪器通电检查顺序现象原因排除方法1. 显示器不亮，仪器不工作电源没有接好,仪表后部插头松动检查供电电源是否正常,抽出仪器芯,重新插好插座2 检查仪器显示温度是否符合要求。这温度要求是指仪器显示与实际被测介质温度之间的关系，实际被测介质温度可以用玻璃温度计测量也可根据经验估计。如仪器显示与实际相符则进入下一节“超声接收信号是否正常“检查，如不一致，则进入仪表调试状态，按下表顺序检查顺序现象原因排除方法1在P-9状态下，指示值在正常范围，但温度指示为0000，或异常数据X5045P存储器内数据不正常重新对X5045存储器数初始化在P-1状态下，通过面板操作进行调整与生产厂家联系2在P-9状态下，指示值为0000AD590损坏或接线有误现场检测器与信号处理器之间的串行数据通信线有问题温度通道不正常或LM555损坏检查AD590接线或更换AD590检查现场检测器与信号处理器之间的接线更换LM555，或与生产厂联系3显示温度与实际不符，有一定差距AD590 有误差在P-1状态下，通过面板操作进行调整4显示温度有0.5度以上跳动接地不好信号处理器7#接地端是否接地，或通过屏蔽层与现场检测器外壳相连3超声接收信号是否正常超声接收信号是否正常决定仪表能否正常工作，如发现浓度无指示或指示异常，可进入仪表调试状态，按以下顺序检查顺序现象原因排除方法1浓度指示异常，在P7状态下回波数少于三个 硫酸没有充满测量槽或没有酸流过测量槽, 换能器接线没有接好,或换能器和反射板故障 没有按照要求安装检测器. 检测器线路板故障 现场检测器与信号处理器之间的串行数据通信线有问题关小出口阀，全开进口阀，调出口阀有合理酸流量 将换能器连线重新接好,并检查换能器和反射板按照要求安装检测器. 检查检测器线路板故障或与生产厂家联系检查现场检测器与信号处理器之间的接线2浓度指示跳动，P7状态下回波数大于三个，P-6指示跳动， 被测介质中有气泡开大进口阀，进一步关小出口阀3浓度指示异常，P7状态下回波数大于三个，P-6指示异常数据存储器内数据不正常重新对X5045存储器数初始化在P-6状态下，通过面板操作进行调整与生产厂家联系4显示浓度与实际不符，有一定差距仪器有误差在P-0状态下，通过面板操作进行调整5温度和浓度数据均没有检测器与信号处理器之间通信线没接好现场干扰大线路板故障检查检测器与信号处理器之间通信线将屏蔽层接地与生产厂家联系4 没有电流输出顺序现象原因排除方法1没有输出信号外联仪表故障或外联接线有问题输出电路OP07损坏检查外联仪表或外联接线更换OP07功放5 仪器走死线指仪器输出不随酸浓变化而变化顺序现象原因排除方法1仪器走死线，输出电流不变化被测酸不流动输出电路OP07损坏软件或硬件故障调节放酸量，保证取样槽中有酸流动更换OP07功放，或与厂家联系重新送电或与生产厂家联系七、仪器的成套整套仪器包括：信号处理器一台（包括安装托架一付）；检测器一台说明书一份测量槽一个 附：本仪器在水中的特性，由于硫酸在作