CQ6-2004型掺气浓度仪使用说明书

CQ6-2004型掺气浓度仪使用说明书中国水利水电科学研究院二OO四年八月目录一、主要技术指标…………………………………………………………………1二、仪器面板介绍…………………………………………………………………2三、仪器使用方法…………………………………………………………………3四、仪器性能检验……………………………………………………………………4五、使用注意事项……………………………………………………………………5六、常见故障检查…………………………………………………………………7七、附件…………………………………………………………………………71CQ6-2004型掺气浓度仪使用说明书CQ6-2004型掺气浓度仪是在原848型掺气浓度仪的基础上改进的。采用了单片微型计算机进行数据采集和处理，并将处理的结果—掺气浓度时间平均值显示在面板上。主要特点是：①.采用运算放大器构成主振荡器，使供桥电压的稳定度大大提高。增加了仪器的长期稳定性。②.电路结构由板块式组、插件改为集成一体化，从而减小了体积，增加了仪器可靠性，亦便于携带和运输。③.主机内设置清水电阻范围调整开关，便于用户在更大范围选择和使用传感器。电阻式掺气浓度仪（或称电极式掺气仪），工作原理是通过检测两电极之间的清水电阻与掺气水流电阻来确定掺气浓度。根据Maxwell（迈克斯韦尔）理论，气水两相流的掺气浓度C（体积百分比）可以用电极间的电阻CR和0R来表征：200RRRRCCC…………………………………………（1）式中：0R——清水电阻CR——气水两相流电阻因此，掺气浓度的测量是通过对气水两相流和清水两种状态下的极间电阻的测量，再按照（1）式换算得来。关于掺气浓度仪的测量原理，可参看下列文献：1.《自然掺气水流浓度和速度量测方法的试验研究》——水科院论文集1.3集；2.《CQ型掺气浓度仪》——水科院。一、主要技术指标*.测量范围：0.0～100.0%*.分辨率：0.1%*.线性度：±0.2%（最大不超过+0.3%）*.零点漂移：＜±0.2%（8小时）*.采样速度：1020次/秒2*.积分时间：1～99s任选*.六通道设置：可预调六个测点的清水电阻*.清水电阻调节范围：300～800Ω、700～1200Ω、1200～1600Ω三档，阻值偏差±5%二、仪器面板介绍1．CQ6-2004型掺气仪正面板如图1所示：图1CQ6-2004型掺气仪正面板正面板说明：①—“电源”，电源开关。②—“测量”、“满度”、“调零”按钮，3个按钮为互锁式，使用时只能选择其中一个，不可同时按下或同时弹出。当按下“测量”钮时，仪器进入测量状态，此时将开始对预定的通道进行测量，且按选定的积分时间对该时段内的掺气量进行平均，最后结果在显示窗上显示。因此，显示窗的数据跳变速率也是由积分时间控制的。当按下“满度”钮时，将显示窗的掺气值强行设置为100.0（%），或称满度标定；当按下“调零”钮时，仪器也进入测量状态，此时将开始对预定的通道进行测试，但按1s的固定间隔对掺气量进行平均，最后结果在显示窗上显示。此时可调节对应通道的“清水调零电阻”旋钮，使示值为0.0，从而完成清水电阻的零点调节，或称零点标定。③—“通道”按钮，通道选择开关，数字1～6表示六个通道，与背面板的“插线孔”标号对应。每次只能按下一个按钮，即对该通道进行测试；不可同时按下两个以上按钮，或全部弹出。④—“清水调零电阻”旋钮，用于手动调节相应通道的清水电阻，编号与“通道”按钮上下对应。可使用直径不大于5mm的一字小螺丝刀。该旋钮单方向最多可旋转10圈（顺时针方向旋转示值增加，逆时针方向旋转示值减小）。使用时应缓缓旋转，不可调整过快，当一个方向调节遇10123456积分时间⑥①测量满度调零③④清水调零电阻中国水利水电科学研究院CQ6-2004掺气浓度仪⑤②电源3阻时，应立即改变方向。否则，长期快速调节和端部冲击将影响仪器稳定性及其使用寿命。⑤—“积分时间”，选择掺气测量的平均时段和数据显示的间隔时间，有效值为1～99s。可通过表盘上、下的“-”、“+”按键分别设定十位及个位数值。例如：选择积分时间为10，则表示对掺气浓度测试的数据每10s进行一次平均，并将最后结果显示在显示窗上。注意：积分时间不可选择“00”，否则造成死机！⑥—面板“显示窗”，零点和满度标定后显示掺气浓度值，所示数字已换算为百分比浓度（如显示2.0,表示掺气浓度值为2.0%）；未进行满度标定时最大示值可能大于100.0；未进行零点标定时最小示值为-5左右（注：各台仪器略有差异，其下数据被截止，故小于-5的数据仍显示-5）。2．CQ6-2004型掺气仪背面板如图2所示：图2CQ6-2004型掺气仪背面板背面板说明：⑦—“电源插座”，引接220V单相交流电源；⑧—“保险管”，过载保护器，容量为220V/0.5A；⑨—“插线孔”，对应1～6通道引接掺气传感器导线。3．为方便用户，在仪器底板内的通道选择开关电路板上，设置了与通道选择开关一一对应的清水电阻范围调整开关及辅助跳线焊盘，并标明了电阻调整范围。必要时应由专业人员在断电条件下，打开仪器底板进行调整，操作方法详见清水调零一节。三、仪器使用方法CQ6-2004型掺气浓度仪的使用方法如下：1．操作步骤*.联接掺气浓度传感器的引线，引入背面板的“插线孔”⑨；*.接通电源；*.按下仪器面板上的“满度”按钮；654321⑨⑧⑦4*.开启电源，预热20分钟以上。正常时显示窗显示100.0，且每秒钟跳闪一次；*.将传感器置入测试用清水环境中，按下待测传感器所接入的“通道”按钮；*.按下仪器面板上的“调零”按钮，调节对应通道的“清水调零电阻”旋钮，使“显示窗”示值为“0.0”；*.选择积分时间；*.将传感器置入测量水体中，按下仪器面板上的“测量”按钮，进行测量。2．满度标定仪器的增益可能随着时间产生微小的变化（漂移），但只要按下满度按钮，变化量就会自动消除。满度标定由单片计算机自动进行，在电源开启的条件下，只要按下满度按钮，显示值均设定为100.0，与传感器引线接通与否，以及通道选择状态无关。因此，为了获得准确的测量数据，最好在每次正式测量前，均进行一次满度标定。3．清水调零掺气仪设计清水电阻调节范围是300～1600Ω，分为300～800Ω、700～1200Ω和1200～1600Ω三档，且三档之间有适当的覆盖范围，出厂时一般设置为300～800Ω档。当选用的传感器电极形式差异较大，或不同地域的水质差异较大时，传感器的清水电阻可能超出出厂设定范围。若发现无论怎样调节面板“清水调零电阻”旋钮，示值均不为零时，可打开掺气仪的底盖板进行调整。若示值总大于0.0，将对应通道配置的波段开关拨向标明较大阻值的一端。相反，若示值总小于0.0，则应拨向标明较小阻值的另一端。仍然不能调零时，再由专业人员参照附录的提示或在厂家指导下，采用更新跳线的办法解决。注意：此操作应在断电情况下进行！一般情况下，仪器内部设置的固定及可变电阻器，通常能够满足无掺气条件下的清水电阻调节，使仪器读数为零。但在特殊情况下，若清水电阻已超出原仪器设置，此时应由专业人员在厂家指导下，对固定电阻器进行更换，以适应更大的调零范围，但在使用前应进行线性测试。四、仪器性能检验1．线性度测试在有条件的情况下，可以对仪器线性度进行测试。方法是：使用无感电阻箱，通过短引线直接连接到仪器后面板的通道插线孔，并按附表数据设定电阻箱阻值，进行调零和测试。正常情况下，仪器示值误差应不大于±0.3。52．零点漂移测试使用无感电阻箱代替传感器，给出任意清水电阻值（300～1200Ω之间），调节面板“清水调零电阻”旋钮，使示值为0.0，在一般室温条件下连续运行8小时，零点示值的变化应不大于±0.2。3．稳定性测试使用无感电阻箱代替传感器，给出任意清水电阻值（300～1200Ω之间），先进行清水调零和满度标定，然后调节电阻箱阻值，使示值为50.0，在一般室温条件下连续运行8小时，示值的变化应不超过50.0±0.2。五、使用注意事项1.传感器的形状和尺寸传感器的形状和尺寸对测量结果有一定影响。本仪器的设计是以文献1的验证成果为依据，该成果采用两块6mm宽，25mm长，相距6mm的平行直立电极（材料为不锈钢）。如果采用卧式电极或其它形状或尺寸较小的传感器时，使用前应对传感器进行率定。目前，常规使用的传感器电极形式为：（1）立式标准电极：电极材料为不锈钢或表面镀金铜箔，优点是方便移动，可测量任意水层深度中的掺气浓度，比较适宜模型试验测量。但在水流速度较高（大于6m/s）时，难以抑制抖动和避免水流产生分离，因而会影响测量结果。（2）卧式镶嵌电极：电极材料为不锈钢，优点是方便移动，直接测量近壁水流的掺气浓度，也不受水流速度限制。当选用不同形式的取样器配合使用时，亦可测量水流内部的点掺气浓度。比较适宜模型试验和原型观测试验。（3）卧式贴片电极：电极材料为不锈钢或表面镀金铜箔，优点是粘贴方便，常限于模型试验中测量近壁水流掺气浓度，也不受水流速度限制。缺点是在特殊情况下调零时的清水条件难以建立。2.清水电阻的影响水质、水温和传感器的电极尺寸，以及电极表面糙度和洁净度等，都是决定水电阻大小的主要因素。清水电阻准确调零，是保证掺气测量结果准确性的关键。因此，在进行清水调零时，必须将传感器设置在与掺气水流具有相同水质、水温，以及相同水层厚度等其他相同边界条件的非掺气水流中，否则会造成测量误差或错误。（1）正确安装传感器，立式电极应注意极片与水流平行，卧式或镶嵌式电极应注6意控制表面不平整度；（2）电极表面清洗，无论使用何种形式的传感器电极，在使用前（包括使用中）必须先清洗电极表面，尤其是卧式或镶嵌式电极，长期浸泡在水中易产生水垢，须选用弱酸性洗剂清洗。一般情况下，可选用中性清洗剂，用棉球轻轻擦拭电极表面，切忌使用坚硬物体，以免划伤电极表面。（3）使用立式电极测量近壁掺气浓度时，应先在近壁安装位置进行清水调零。（4）测量前后要进行清水电阻的零点比对，同时测量中还要注意满度标定。（5）水体温度变化引起的测试误差是不容忽视的，温度升高时水电阻减小，试验表明，水温每增加一度，仪器示值就减小1.3左右。（6）水流分离问题：立式传感器是两片很薄的金属片，在高速水流中，如果流线与金属片不平行，在传感器的尖端就会引起水流分离。水流分离后产生的腔体，若处于电极范围之内，仪器读数就会出现很大的误差。所以测量时必须注意调整好传感器的方向或改用卧式电极的传感器。（7）测量中，若所示数据大于100.0，则表示尚需进行满度标定；若所示数据小于0.0，则表示原清水电阻的零点调节不够准确，或表明当前的水质、水温等发生了变化，必须重新调零。3.传感器的导线长度由于传感器及其引线在测量电桥中共同组成一个桥臂，因此引线的电阻和线间电容以及对地电容，都会引起读数变化，使线性度变坏。导线长度越长，误差越大。在试验室内使用时，可采用2×16/0.15（2×0.3mm2）或以上截面的普通胶质电线，长度不要超过10m。最大导线长度的限制可采用下述方法加以判断：在清水中进行零点和满度标定后，将传感器拿出水面，且甩干表面残留水体，若示值仍大于98.0，则表明线长适宜，否则应缩短导线或进行长线标定。导线引起的误差大小与传感器的清水电阻值有关，清水电阻越大误差越大，因此最好使用清水电阻值在300～1200Ω之间的传感器，超过1500Ω的传感器不宜使用。在原型观测时，可能需要很长的引线，有时长达几百米，在这种情况下，必须进行现场长线校正。4．仪器电源本仪器适用的电源电压为单相交流200~240v，无需电源地。警告：禁止机壳接地或与水体及供水管路联通。75．日常维护（1）操作时，不可随意频繁按动面板开关按钮或快速旋转清水调零电阻旋钮，否则，增加部件磨损，影响稳定性。（2）闲置时，应将仪器置于干燥、通风处存放。六、常见故障检查序号故障现象原因分析解决方法1开机无显示检查电源是否接通接通电源，重新开机保险管是否烧断更换保险管，重新开机2开机无显示或示值状态不对机器内部接插件脱离打开机