第2章自动化仪表与设备

第二章给排水自动化仪表与设备常用仪表分类电动仪表气动仪表使用能源信息传递和处理过程检测仪表显示仪表控制仪表仪表组成形式基地式仪表单元组合仪表仪表安装目的集中控制装置执行器流量检测仪表水质检测仪表过程参数检测仪表给排水常用仪表与设备:1）参数检测仪表：各种水质参数，过程参数，量的参数等2）过程控制仪表：各种控制器，包括单元组合仪表3）执行设备：计量泵、水泵、调节阀、变频器等4）机电设备器件：继电器、接触器等2.1检测技术基础检测就是为了定性了解和定量掌握被测对象所包含信息所采取的一系列技术措施。检测技术：信息的获取、转换、显示、处理2.1.1仪表设置目的提高污水处理系统的稳定性、可靠性与处理效率水处理工程的节能降耗改善操作环境，减轻劳动强度提高出水品质2.1.2检测信号的获取测量性能与测量误差传感器和变送器的作用是把工艺过程的参数，检测出来转换成标准信号送往显示仪表和控制器，把变量的值显示或纪录下来。对检测仪表的基本要求：可靠、正确、迅速地反应被测变量•所处环境条件下正常长期工作；•误差不超过规定的界限；•动态响应是否比较迅速。在所处环境条件下能否正常长期工作？仪表的材料、检测方法等不断在改进：腐蚀性、含颗粒介质使用隔膜等非接触性方法，如酸、碱、絮凝剂等流量测量采用防腐内衬，氯气隔膜压力测量；高温测温材料：Pt电极，Rh电极等；DO仪的金属膜电极的使用；防爆型仪表等仪表性能是否满足要求？测量误差由仪表读得的测量值与被测量真值之间存在的差距。绝对误差：测量值与被测变量真值之间的差额：相对误差：绝对误差与标准值之比：xx0x0x0y==测量误差组成：仪表本身误差：应知道仪表的精确程度，以估计测量值的误差仪表的精度不仅与绝对误差有关，还与仪表的测量范围有关，工业上常用相对百分误差表示：在校验条件下存在的最大百分误差上限来表示仪表的等级，如：0.5级，表示不超过0.5%，工业上一般取0.5~1.0级。仪表常用精度等级：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0，仪表需要定期校验，以消除仪表本身误差同样等级的仪表，量程越大，绝对误差越大=×100%max测量范围上限－测量范围下限量程选择：温度：正常使用温度为量程的50~70%，最高测量值不超过90％，接头规格1/2”NPT压力：正常操作压力为仪表量程的1/3~2/3,压力波动较大时1/3~1/2.用表头时100mm，接头规格1/2”NPT流量：正常流量为仪表量程50-70%，最大不超过90%，最小不超过10%变送器：两线制或四线制，输出4-20mA,或叠加4-20mA，220VAC或24VDC供电，负载阻抗不低于600欧姆。数值被测参数真值测量值时间动态误差环境条件引起的误差：孔板的安装误差，流速及流体性质变化，电源电压变化，环境温度等。确定的可设法补偿，随机的无法消除测量中的动态误差：仪表响应跟不上被测参数变化，差别就表现为动态误差。反应时间的长短有不同的表示方法，一般为稳态值的95%变差测量范围正反行程测量时被测值正行和反行所得两条曲线的最大偏差测量仪表变差×100%变差=最大绝对差值量程范围灵敏度与分辨力指针仪表：灵敏度：被测参数变化引起线位移或角位移的变化，灵敏限：使指针动作的被测参数最小变化量。数字仪表：有效位最末一位代表被测参数的变化量（分辨力）均化池初沉池污泥消化池二沉池消化反应池曝气池污水流入最后过滤消毒回流活性污泥(RAS)污泥脱水污泥处置污泥图例溶解氧悬浮固体污泥界面lpH/ORP浊度余氯液位明渠流量液位差剩余臭氧110896734521111222污泥浓缩池剩余污泥(WAS)22222334出水排放12442444555577568896710污水处理厂常用检测仪表2.1.3常用检测仪表COD/BOD/NH3-N/TP/pH等水质仪表NH3-N/NOxN/TP等水质仪表COD/BOD/NH3-N/TP/SS等水质仪表取水源水处理源水输送混凝沉淀过滤深度处理消毒清水池污泥处理液位/浊度/流量/水温/压力/碱度/氨氮等浊度/液位/差压浊度/余氯/重量/余氯液位/浊度/悬浮固体送水泵房泥饼外运输配水管网电导/液位/余氯/浊度/压力/流量给水处理系统常用检测仪表污水处理试验装置现场使用在线分析仪表污水处理现场使用仪表条件恶劣仪表需要经常维护a.测量原理氢离子活度的负对数测定时通常用电极电位方法：在被测溶液中插入两个电极，一个为指示电极，输出电位随氢离子活度而变化，另一为参比电极，电位固定不变，两者构成原电池，该原电池的大小与溶液的pH值有关pH=lg电极电位法测定pH原理E=E*DpH(+)Hg,Hg2Cl2KCl(饱和)样品玻璃膜内参比溶液AgCl,Ag()2.2典型水质检测仪表2.2.1pH值检测仪表b.复合pH电极复合电极将指示电极和参比电极组装在一起，便于安装、标定和使用。复合电极响应：F2.303RTS(pHspH)E=Es+Es：等电位点电位R:气体常数T:绝对温度pHs：等电位点pH值S：电极斜率F：法拉第常数复合pH/ORP电极c.pH测量仪表要求：高输入阻抗，低输入电流，高稳定性，低漂移；具调节特性，零点调节，灵敏度调节，温度补偿调节和等电位点调节；显示，信号隔离和信号输出。d.pH仪表的改进智能化pH仪表：编程、通讯、控制温度补偿手动补偿自动补偿敏感膜电阻对数温度补偿e.pH/ORP测量仪表pH/ORP传感器面板安装变送器壁挂式变送器电导率反映了水和溶液的导电性质，用以了解水被杂质污染的程度和溶液中所含离子的含量，是水质监测特别是高纯工业给水监测的常规项目之一。2.2.2电导率检测仪表a.基本概念电阻率单位：Ωcm，电导率单位：Ω－1cm-1（Siemens/cm）电导为电阻的倒数：1RS=LAR=1k=LAk=S=SQQ为电导池常数c.在线测量仪表电导率传感器面板安装变送器壁挂式变送器电导电极：惰性金属材料电极；螺旋感应传感器2.2.3溶解氧检测仪表实验室溶解氧分析：碘量法（硫酸锰和碱性碘化钾）遇到干扰进行各种修正：如含亚硝酸盐时叠氮化钠修正，高锰酸钾修正亚铁离子等。但实验室测定方法不能连续测定，可用于修正在线仪表。溶氧电极应用极谱式原理,以黄金(Au)或铂金(Pt)作阴极，Ag/AgCl作阳极，电解液为0.1M氯化钾(KCl)，聚四氟乙烯作为渗透膜。测量时，在阳极和阴极间加上0.5~0.8V的极化电压，氧通过渗透膜在阴极消耗，同时在阳极提供等量的电子，此时电极间的电流与氧分压成正比，检测此电流并经运算变换成氧浓度。同时热敏电阻检测溶液的温度，并对氧浓度进行温度补偿。在线测量仪表：（1）氧电极法O2+2H2O+4e4OH4Ag+4Cl4AgCl+4e阴极反应：阳极反应：－＋用非导电的金属铊或其它化合物（氧化氮气生成硝酸根离子）与水中溶解的氧反应生成能导电的离子Tl+反应式如下:2Tl+0.5O2+H2O=2Tl++2OH-通过测定水样的电导率增量换算溶解氧浓度。（2）电导测定法a.氧电极基本类型电极电位法测量特定离子活度测定氧电极包含由一种电解质连接的阴极和阳极。半透膜溶解氧测量仪（3）测量仪表电极反应产生一个与氧分压或氧浓度成正比的电流。溶液的粘度和流速对测量影响较大。b.溶解氧测量仪表普通膜电极；金属膜电极；荧光溶氧仪；激光溶氧仪O2O2O2普通膜电极带清洗普通电极金属电极溶氧传感器：瑞士Züllig溶氧探头S14自动刮除电极表面污物荧光溶氧仪组成:探头结构探头电子部分光学部分传感器荧光溶氧仪利用电子从高能极转换为低能极时，产生荧光原理，选择能够确定荧光频率的材料，当氧出现时，这种材料根据氧浓度变化反射不同强度的荧光。如：芘、芘丁酸、氟蒽等荧光材料荧光溶解氧测量仪•测量原理：化学荧光•测量范围：0.00-20.00ppm；•准确度：1ppm±0.1ppm；1ppm±0.2ppm•重复性：0.05ppm•电缆长度：标准10米，最长300米•温度补偿：自动•水样流速要求：无•响应时间：90%的测量值的响应时间为30秒•不受下列物质干扰：H2S，pH，K+，Na+，Mg2+，Ca2+，NH4+，Al3+，Pb2+，Cd2+，Zn2+，Cr（tot），Fe2+，Fe3+，Mn2+，Cu2+，Mi2+，Co2+，CN-，NO3-，SO42-，S2-，PO43-，Cl-，原油，Cl2-•探头材料：FoamedNoryl和316SS•显示：图形LCD，128×64象素，LED背景光•准确度：满量程的1%•操作温度：-4-140℉(-20-60℃)；0-95%相对湿度。•储存温度：-22-158℉(-30-70℃)；0-95%相对湿度。•继电器输出：4个，每个继电器可被用做：传感器A溶解氧、传感器A温度、传感器B溶解氧、传感器B温度。•模拟输出：2个独立的4-20mA；最大负载600ohm•通讯：RS232；RS-485(MODBUS)；ProfibusDP•存储器备份(non-volatile)•可以接受双传感器•传感器可以即插即用•适用于多种通讯协议：Hart、Profibus、Modbus，等•仪表防护等级：IP66•重量：1.6Kg很难维护的传感器安装正在清洗的MLSS传感器传感器的安装固定式安装组件CPVC，57943-00浮球式安装组件57944-00传感器安装方式变送器安装方式水和污水中固体成分的内部相关性2.2.4浊度测量仪表a.浊度的定义与控制意义对水中所含不溶性杂质的光学度量指标b.测量方法和基本原理目前的浊度在线测量都采用光电光度法原理测量，光线通过悬浊液体时，光学分界面上会产生反射、折射、漫反射、漫折射等复杂现象。与浊度有关的光学现象介质吸收光能：透过水样后强度减弱不透明：反射粒径大于半波长透明：反射、折射粒径小于半波长：散射、衍射（1）超低量程浊度仪(FT660)：采用激光作为光源，杂散光小，量程是0.000001NTU-1NTU，主要用于工业用水及高标准水厂的出厂监测（2）低量程浊度仪(1720D)：量程0-100NTU，是应用最为广泛的在线浊度仪（3）中量程浊度仪(TxPro-2)：量程0-200NTU、0-2000NTU，主要用于原水监测（4）高量程浊度仪(SS6)：量程0-9999NTU，采用表面散射原理测量，多用于夏季以江河为水源的原水监测c.浊度仪分类根据量程可分为：根据用途可分为在线检测实验室分析按照测定方法透射光和散射光比较测定法表面散射光测定法特殊用途：高温、高压透射光测定法散射光测定法实验室用浊度分析仪（1）透射光测定法：光线平行透过液槽，受到衰减后到达受光的光电管，实验室常用而在线不常用。（2）散射光测定法：光束投射到试样水中，通过测定散射光强度而知浊度。线性好，灵敏度高，色度影响小，一般使用90度散射光式。d.浊度仪的基本构造带SOM信号输出模块的AquaTrend转换接口PS1201电源1720D浊度传感器多探头系统配置（3）透射光和散射光比较测定法：交替或同时测定透射光和散射光强度，求出两者之比值来表示浊度的方法。随着浊度的增加，散射光强度成比例提高，透射光强度将反比例缩小其比值会有较大的变化率可提高检测灵敏度。SurfaceScatter6表面散射浊度计•4-Beam(四光束交替光原理)传感器，使用两个发射源和两个检测器，测量泥浆中的悬浮固体浓度。••建立污垢及老化的补偿矩阵没有试剂消耗，维护量极小，没有昂贵的安装附件四光束悬浮固体测量仪重铬酸钾法：步骤与实验室标准方法相同2.2.5COD在线检测仪重铬酸钾法COD测量仪器多通道切换泵双氧水氧化法：双氧水加入到水样中，在UV催化消解下，双氧水产生活泼的OH基，快速氧化水中有机物，计算消耗的药剂量和溶氧变化，便可推算有机物含量。电化学氧化法（OH基由电化学方法产生）：测量原理：工作电极通电流以产生OH基；OH基作为氧化剂氧化水中有机物；新OH基形成在电极中产生电流；电位恒定电负荷与有机物浓度相关。电化学COD测量原理仪器特点：快速准确，瞬间尖峰检测，3